海洋聲傳播研究方法及其特點

① 海洋聲學的特性

海底對從海水入射的聲波的反射和散射，以及聲波在海底沉積物中的傳播速度和衰減等特性。
海底對聲波在海中的傳播，特別是對聲波在淺海中的傳播影響很大。聲波在海底沉積物中的傳播速度，通常與頻率沒有明顯的關系。在平均粒徑極小而孔隙率很大的稀薄沉積物中的聲速，接近或低於海水中的聲速。在較密實的沉積物中的聲速，隨粒徑的增加和孔隙率的減小而單調增加，且大於海水中的聲速。在固化程度較高的沉積層中，聲波除縱波外，還有橫波傳播。海底沉積物中的聲衰減,主要由沉積物的粘滯性和摩擦產生,與沉積物的粒徑和孔隙率也有關系。在海底沉積物中，細砂、砂質粉砂和粉砂質砂的聲衰減最大。在同一沉積物中，聲衰減隨聲波頻率的增加而增加，在某個頻率范圍內，這種增加近似於線性關系。
海底的聲反射和散射，主要和沉積物的分層結構有關，也與海底表面的粗糙程度有關。若海底表層中的聲速底於其上海水中的聲速,這種海底稱為低聲速海底;反之，則稱為高聲速海底。一般說來，前者的反射本領低於後者。海底的聲反射損失，一般隨聲波頻率的增加而增加，它和聲波入射角的關系與海底類型有關，對於低聲速海底，有一個全透射角，聲波在此角度下入射，多數聲能透射入海底；若為高聲速海底，則存在一個全反射角。
根據海底的聲學特性，可以對海底沉積物進行聲遙測分類。例如，淺地層剖面儀就是利用沉積物各層的聲學特性不同而引起的聲波反射各異的特點，來測定海底地層的分層結構。聲遙測方法在近代海洋工程如海港和海上鑽井採油等工程的地質勘探中，有很重要的作用。

② 聲音是如何傳播的用什麼方法來研究

聲是由物體的振動產生的。聲的傳播需要介質（固體，液體，氣體。其中，固體傳播速度最快，氣體傳播速度最慢）而真空不能傳聲.
聲是由物體的振動產生的驗證的方法：1、可以將正在發音的音叉貼近面頰，這樣可以音叉的振動。
2、我們說話時可以將手放在升帶上，感受聲帶的振動，
3、在桌子上放一個裝著水的杯子。敲擊桌面，可以看到杯子里的水在波動。
聲的傳播需要介質的驗證方法：1、將兩張桌子對在一起，一人輕巧桌面，另一人把耳朵貼在領一張桌子上，可以聽到聲音，說明聲能靠固體傳播。
2、漁民通過播放魚類喜歡的音樂，將魚群誘入漁網，魚兒聽到音樂聲說明聲可以靠液體傳播。
3、我們可以聽到廣場上音樂噴泉的優美旋律說明聲能靠氣體傳播
4、航天員在飛船內可以直接對話，但在飛船外共同作業時，他們不能直接對話，必須藉助電子通信設備進行交流，說明真空不能傳聲。
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③ 海洋聲學的簡史展望

1826年，瑞士物理學家J.D.科拉東和法國數學家J.C.F.斯圖謨在日內瓦湖測量聲在水中傳播的速度，開始了現代水聲學的研究。1911年，有人用炸葯筒作聲源，進行了最初的水下回聲測探實驗，並記錄到海底的回聲。1912年，美國科學家R.A.費森登設計並製造的一種新型動圈換能器，是第一台水下發信和回聲測探設備。
第一次世界大戰中，由於潛艇在水下作戰的需要而研製出聲吶，從而發展了聲波在海洋中傳播的理論。在不同海區、不同季節和晝夜使用聲吶時，發現聲吶的作用距離與海洋水文要素、波浪、海流、內波、海底地質地貌、海洋環境雜訊和海中浮游生物等有密切關系。
因此，20世紀50年代以後，逐漸形成了研究聲波在海洋中傳播的規律，和利用聲波探測研究海洋的新的學科分支——海洋聲學。
此後，聲波被廣泛應用於探測海底沉積物和地層結構，海底的地形地貌，海水的流動，海水的溫度和流速的不均勻性，海水中各種物體如魚群、深海散射層、冰山和沉船，海面的波浪和水下的內波等，並可用於台風和海嘯等自然災害的預報。此外，它還用於水下導航、定位、信號傳遞和遙控等技術中。
聲波能在海洋中遠距離傳播，但在傳播的過程中，海水的溫度分布和鹽度分布、海面和海底的狀況、海水的運動，海中包含的各種不均勻體如氣泡和生物等，都能產生很大的影響。
聲學技術的廣泛應用，需要更深入地研究聲波在海中的傳播規律，研究溫度、鹽度、風浪、海流、內波、海底類型和海中懸浮物等因素對聲波傳播的影響，以便更好地獲取和識別聲信號。聲波在深海中的傳播規律，已有系統的理論，但在淺海中傳播時，由於海底和水文條件的多變性，理論計算很困難，應用了電子計算技術之後，一些相當復雜的淺海傳播問題，已得到初步解決。海洋聲學的實驗規模較大，除依靠調查船外，已大量採用浮標和固定岸站來完成，有些實驗因耗資過大，往往需要幾個國家聯合進行。當前利用電子計算機，把從發射到接收聲波的過程中的波形的變化，反推聲在海中傳播的規律，進而判斷海洋媒質的狀態，將是海洋聲學研究的一個新方向。此外，現代的微電子學、微計算機、信號處理技術和換能技術等的發展，都對海洋聲學的發展有重要的影響。

④ 海洋聲學的基礎理論

風浪的攪拌，使表層海水形成等溫層。其中的靜壓力，使聲速隨深度的增加而略有增加。等溫層內自聲源出發的聲線總是彎曲向上，經海面反射而向前傳播，也可以傳播到較遠的地方，稱為表面聲道。
在無風浪攪拌的條件下，表層海水經日光照曬，往往出現上層的溫度和聲速都比下層高的情況，使聲速呈負梯度的垂直分布。在這種情況下，聲波傳播的曲線，總是彎曲向下，在聲能達不到的地方產生聲影區。另外，如果海比較淺，則聲線會碰到海底。由於海底的反射損失大，聲能衰減很大，因此不能傳播得很遠。 水中的懸浮體，隨著水流而運動，故應用聲學技術觀察這種散射體的運動，就可以了解海水的運動情況。利用這種方法，還可以觀察內波的規律，了解沉積物的搬運情況，也可以測量海水的流速。此外，利用聲波起伏規律來研究內波譜的方法，已很受重視；利用深海散射層的散射頻率響應，可以進行深海生物的區系劃分，其結果和一般的區系劃分一致；利用魚類對聲波的散射和反射，可以探測魚群和了解魚類資源的分布。
由波浪產生的500～5000赫的雜訊，與海面的風級和海況有關。利用此頻率的雜訊，可以監測海面的風級和海況。利用海嘯產生的水下雜訊，可以預報海嘯。海洋生物發出的聲音，與其種類和生活狀態有關。監聽這種聲音的特徵以區分生物的種類，可以掌握其生活規律，為研究漁業資源提供信息。此外，有可能利用聲信號控制海洋生物的活動，以滿足人類的需要。
在海洋開發中，聲技術是勘探海底唯一有效的手段，廣泛應用的地震勘探儀便是聲技術應用的一例。海底的界面不平整，底質內部的顆粒大小不一，以及分層和水千方向的不均勻性，都影響著聲波的散射和反射。使用高頻窄水平波束的測掃聲吶，可以得出海底凸出部分對聲波的強烈散射和凹下部分的聲陰影區所構成的地貌聲圖。 海底沉積物一般都是分層的。因各層的聲學特性不同，故可以利用聲學方法測定海底沉積物的分層情況和各層中的聲速。常用的方法有折射法和反射法，對於較淺的沉積層，也可以用淺地層剖面儀進行測量。
利用聲學遙感技術對海底的底質進行分類的工作，已得到迅速發展。它與最新的微電子學、微計算機和換能技術結合，廣泛用於水文、地質、地貌和生物等領域的測量，並用於水下定位、導航、通信、遙控、遙測等各方面，在海洋調查和海洋開發中起著重要的作用。

⑤ 水下聲學定位技術在軍事和海洋工程中的應用有哪些

水聲定位技術在海洋環境觀測、海洋測繪、資源勘探和水下通信中起了重要作用,在海洋工程中有著廣闊的應用前景。 研究海洋中的聲傳播需要選擇適當的傳播模型對海洋環境進行建模,精確的傳播模型是聲源定位研究的基礎。射線聲學模型是常用的水聲傳播模型之一。射線聲學簡單、直觀,適用於各種信號,並且可以計算介質參數隨距離變化情況下的聲場。因此,射線聲學模型也是水聲定位研究中重要的聲場模型。 本文採用有限狀態機對聲線追蹤建模,給出了聲線追蹤內在的狀態及其轉移分析。同時,給出了本徵聲線搜取的近似處理方法。在此基礎上,基於射線聲學理論編制了一套聲線計算程序,該程序可以計算二維聲場中的聲線軌跡和傳播時間以及搜索到達接收點的本徵聲線。程序中採用分層等梯度近似來描述海洋中的聲速分布。模擬算例結果表明,該聲線求解方法具有良好的運算速度和求解精度。

⑥ 海底聲學特性、海洋環境雜訊

海底聲學特性
海底對從海水入射的聲波的反射和散射，以及聲波在海底沉積物中的傳播速度和衰減等特性。海底對聲波在海水中傳播，特別在淺海中傳播影響很大。海底的聲反射系數和海底底質的聲吸收系數是表徵海底聲學特性的重要物理量。海底沉積物中的聲衰減，主要由沉積物的粘滯性和摩擦產生，與沉積物粒徑和孔隙率也有關。海底對聲波的反射損失主要與海底物質的密度、聲速和聲波的入射角有關。在聲吶使用中，常利用海底反射特性來提高聲吶作用距離。

海洋環境雜訊
海水運動、風對海面作用、厚冰層移動或融化、海底地質構造變化、海中生物體等發出的聲響。屬海洋本身的雜訊。海洋環境雜訊源主要有：海水分子熱運動產生的海水熱雜訊，海浪、海流、拍岸浪、風、雨滴等產生的水動力雜訊，海冰移動和振動、冰塊破裂、浮冰群積成等產生的冰下雜訊，海中能發聲的生物（如甲殼類、魚類、哺乳類等）發出的生物雜訊，遠處航船動力裝置傳來的水下雜訊，地震、海底火山爆發、大尺度湍流和遙遠的風暴等產生的極低頻雜訊。海洋環境雜訊是聲吶接收機的重要背景雜訊，會干擾聲吶系統的正常工作，限制聲信號在海洋中的傳播距離。

⑦ 聲納來探測海洋深度,運用超聲波什麼特點

聲納來探測海洋深度,運用超聲波的方向性好、聲能較集中、在水中傳播距離遠等特點。

⑧ 海中聲音的傳播方式是什麼

前面已經說過，由於電波不能在海水中傳播，大氣中電波的作用在海中大部分都由聲波來完成。人們想方設法發明了水下聲響式電視機、雷達測量裝置示意圖

收音機、收發報機、雷達等多種測量裝置。

但是，聲波有一個大缺點：頻率越高傳播距離就越短。10千赫茲的聲波大概能傳播10千米，但是這個頻率不可能傳送連續的畫面，只能傳送靜止的畫面。

並且聲波在海中的傳播速度僅為1，500米／秒，比起30萬千米／秒的電波速度，簡直微不足道。

海水中的音速隨著溫度、壓力、鹽分等的變化也產生非常大的變化。海水溫度上升1℃，音速增加5米／秒。水深增加100米，音速增加1.7米／秒。眾所周知，海水上層的溫度較高，在水深500米處水溫驟降，到了1，000米深處就變化很小了。

所以，聲波在上層理論上應該傳播得較快，但是下層由於壓力較大，傳播速度也較快，情況變得復雜。結果在多數海域的約1，000米深處存在著「音速最小層」。

在這一層上聲波傳播得最慢，但同時也傳播得最遠。

雷達測量裝置

波總是具有向波速小的方向偏移的特性。由音速最小層發出的聲波經反射和折射後大多返迴音速最小層，所以音速最小層聲波集中，而且能量減弱，可以傳播得很遠。

1991年曾在澳大利亞南部的哈德島上用大型的揚聲器發射70赫茲的聲音信號，世界各地的科學家都在音速最小層上安置了麥克風來測定聲波的到達時間。海洋科學技術中心的觀測船在新幾內亞海域上測到了該聲波。

這次試驗的目的是根據音速隨海洋水溫變化的原理來檢測地球表面溫室化現象。計劃在10年後(2001年)重復該試驗，再次測定世界各地的傳播時間。如果傳播時間變短，則證明海水溫度在升高，從而可以確認地球溫度在升高。

另一種大規模的利用海中聲波的是「海洋聲音層面X射線照相術」。在音速最小層傳播的聲波能量最強，但是到達最遲。另外，在音速較快的表層與底層反復折射的聲波卻較早到達。因此，一個聲波群可能被接收到幾十次。可以根據接收所需時間來推測它幾次經過音速最小層。

每隔1，000千米放置一個信號接收裝置，進行觀測。在反復的觀測過程中，由於海水上層溫度的變化，音波群的到達時間也會發生變化。根據到達時間的變化便可以逆推出海洋溫度的變化，這就是海洋聲音層面X射線照相術。

這個方法雖然仍處在試驗階段，但是由於只要增加信號收發器的數量便可以擴展到整個地球的洋面，將收發信號的設備互換進行雙向測定便可以測得各層的流速，很有希望成為未來觀測海洋的重要方法。

⑨ 海洋聲學的介紹

海洋聲學（marine acoustics）是研究聲波在海洋中傳播的規律和利用聲波探測海洋的科學。它是海洋學和聲學的邊緣學科。

⑩ 詳述聲在海洋中傳播與哪些海洋參數有關系

檢測水中聲源目標和測定水體參數是聲吶系統的主要任務,被廣泛應用於軍事和民用領域中,如對敵方水雷,蛙人和魚群的偵測,或為勘探礦藏而對海洋、海底物理特性的測定,因此准確定位水下聲源和獲悉海域性質無論從國防戰略角度還是經濟開發、資源利用角度都有重要意義。 水下聲源的判定和定位在理論和實踐上都有成熟的大氣中雷達信號檢測方面的成果和經驗可以借鑒,因而自聲吶系統問世以來,國內外的關於聲源定位的相關研究都取得了迅速的進展,實用技術亦相對比較成熟,涌現了大量的關於波束形成、干擾抵消、雜訊消除等方面的科研成果。 另一方面,海洋聲學參數的反演問題則由於其信號處理的復雜性,體現為反演參數數量多,參數耦合關系復雜,對處理器計算性能要求較高,因而其實用性的進展要相對緩慢一些,很多具體環節尚在理論和實驗性的階段。如何能使反演達到更高的精確度,更高的時效性是目前亟待解決的問題,也是本文研究的初衷。 聯合反演多項聲學參數技術是一項在復雜的多維參數空間內尋優的工作。一般而言,由於空間大維數高,故不能用窮舉法尋優,只能考慮用遺傳演算法等尋優演算法。此外,反演性能的好壞要通過多次,大量的統計結果而得出,並體現在對反演結果的唯一性和不確定性的合理解釋上。再者,反演演算法所採用的海洋聲場傳播模型同所反演的具體海域關系密切,對反演結果會有決定性的影響。目前已有的反演演算法如根據對反演參數空間的劃分情況,主要可分為在全參數空間內搜索的演算法和分為子空間搜索的演算法。前者直接在全部參數構成的空間內搜索,維數高空間大,缺乏足夠的效率,但相對較為穩健;後者將參數以一定的准則歸類分成子空間搜索,空間縮小了,利於尋優,但由於各子空間並非完全獨立,故而穩健性相對不足。本文研究的主要內容是對海洋地聲參數和聲源位置聯合反演,其主要創新點為通過新的演算法設計,用某種方式將已有兩類演算法加以結合,實現優勢互補,從而提高反演的精確度和時效性。所設計的反演方案是在分析已有的匹配場反演方法的基礎上,構造的一種用閾值提取子空間的多步匹配場反演方法。它根據一定反演環境下參數的不同敏感性將參數劃分為子集(子空間),並依次在各敏感子空間內反演。反演時用一定的閾值將目標函數優於閾值的參數區域提取出,最後在提取出的已相對縮減的區域和最後一個子空間(通常是不敏感參數子空間)內聯合反演全部參數,求得最優值。從理論上而言,這樣既可減小反演參數空間又能避免已有的子空間方法反演結果受非反演參數失配影響大的問題,從而能更加可靠的保證精確度。 模擬對本文設計的反演方案和已有的兩類反演方案進行了對比實驗,採用差異進化結合模擬退火演算法作為尋優演算法並採用基於重要性抽樣的原理估計了反演參數的後驗概率密度,從統計意義上比較了三者的性能。結果表明,本文演算法比已有的兩類演算法在性能上有明顯提高。 本文還給出了研究工作中所採用的聲場模型KRAKEN的原理和程序包簡介,KRAKEN模型屬於局地簡正波聲場模型的一種,是計算拷貝場,從而實現匹配場處理,並最終實現反演的不可或缺的有效工具。