海洋声传播研究方法及其特点

① 海洋声学的特性

海底对从海水入射的声波的反射和散射，以及声波在海底沉积物中的传播速度和衰减等特性。
海底对声波在海中的传播，特别是对声波在浅海中的传播影响很大。声波在海底沉积物中的传播速度，通常与频率没有明显的关系。在平均粒径极小而孔隙率很大的稀薄沉积物中的声速，接近或低于海水中的声速。在较密实的沉积物中的声速，随粒径的增加和孔隙率的减小而单调增加，且大于海水中的声速。在固化程度较高的沉积层中，声波除纵波外，还有横波传播。海底沉积物中的声衰减,主要由沉积物的粘滞性和摩擦产生,与沉积物的粒径和孔隙率也有关系。在海底沉积物中，细砂、砂质粉砂和粉砂质砂的声衰减最大。在同一沉积物中，声衰减随声波频率的增加而增加，在某个频率范围内，这种增加近似于线性关系。
海底的声反射和散射，主要和沉积物的分层结构有关，也与海底表面的粗糙程度有关。若海底表层中的声速底于其上海水中的声速,这种海底称为低声速海底;反之，则称为高声速海底。一般说来，前者的反射本领低于后者。海底的声反射损失，一般随声波频率的增加而增加，它和声波入射角的关系与海底类型有关，对于低声速海底，有一个全透射角，声波在此角度下入射，多数声能透射入海底；若为高声速海底，则存在一个全反射角。
根据海底的声学特性，可以对海底沉积物进行声遥测分类。例如，浅地层剖面仪就是利用沉积物各层的声学特性不同而引起的声波反射各异的特点，来测定海底地层的分层结构。声遥测方法在近代海洋工程如海港和海上钻井采油等工程的地质勘探中，有很重要的作用。

② 声音是如何传播的用什么方法来研究

声是由物体的振动产生的。声的传播需要介质（固体，液体，气体。其中，固体传播速度最快，气体传播速度最慢）而真空不能传声.
声是由物体的振动产生的验证的方法：1、可以将正在发音的音叉贴近面颊，这样可以音叉的振动。
2、我们说话时可以将手放在升带上，感受声带的振动，
3、在桌子上放一个装着水的杯子。敲击桌面，可以看到杯子里的水在波动。
声的传播需要介质的验证方法：1、将两张桌子对在一起，一人轻巧桌面，另一人把耳朵贴在领一张桌子上，可以听到声音，说明声能靠固体传播。
2、渔民通过播放鱼类喜欢的音乐，将鱼群诱入渔网，鱼儿听到音乐声说明声可以靠液体传播。
3、我们可以听到广场上音乐喷泉的优美旋律说明声能靠气体传播
4、航天员在飞船内可以直接对话，但在飞船外共同作业时，他们不能直接对话，必须借助电子通信设备进行交流，说明真空不能传声。
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③ 海洋声学的简史展望

1826年，瑞士物理学家J.D.科拉东和法国数学家J.C.F.斯图谟在日内瓦湖测量声在水中传播的速度，开始了现代水声学的研究。1911年，有人用炸药筒作声源，进行了最初的水下回声测探实验，并记录到海底的回声。1912年，美国科学家R.A.费森登设计并制造的一种新型动圈换能器，是第一台水下发信和回声测探设备。
第一次世界大战中，由于潜艇在水下作战的需要而研制出声呐，从而发展了声波在海洋中传播的理论。在不同海区、不同季节和昼夜使用声呐时，发现声呐的作用距离与海洋水文要素、波浪、海流、内波、海底地质地貌、海洋环境噪声和海中浮游生物等有密切关系。
因此，20世纪50年代以后，逐渐形成了研究声波在海洋中传播的规律，和利用声波探测研究海洋的新的学科分支——海洋声学。
此后，声波被广泛应用于探测海底沉积物和地层结构，海底的地形地貌，海水的流动，海水的温度和流速的不均匀性，海水中各种物体如鱼群、深海散射层、冰山和沉船，海面的波浪和水下的内波等，并可用于台风和海啸等自然灾害的预报。此外，它还用于水下导航、定位、信号传递和遥控等技术中。
声波能在海洋中远距离传播，但在传播的过程中，海水的温度分布和盐度分布、海面和海底的状况、海水的运动，海中包含的各种不均匀体如气泡和生物等，都能产生很大的影响。
声学技术的广泛应用，需要更深入地研究声波在海中的传播规律，研究温度、盐度、风浪、海流、内波、海底类型和海中悬浮物等因素对声波传播的影响，以便更好地获取和识别声信号。声波在深海中的传播规律，已有系统的理论，但在浅海中传播时，由于海底和水文条件的多变性，理论计算很困难，应用了电子计算技术之后，一些相当复杂的浅海传播问题，已得到初步解决。海洋声学的实验规模较大，除依靠调查船外，已大量采用浮标和固定岸站来完成，有些实验因耗资过大，往往需要几个国家联合进行。当前利用电子计算机，把从发射到接收声波的过程中的波形的变化，反推声在海中传播的规律，进而判断海洋媒质的状态，将是海洋声学研究的一个新方向。此外，现代的微电子学、微计算机、信号处理技术和换能技术等的发展，都对海洋声学的发展有重要的影响。

④ 海洋声学的基础理论

风浪的搅拌，使表层海水形成等温层。其中的静压力，使声速随深度的增加而略有增加。等温层内自声源出发的声线总是弯曲向上，经海面反射而向前传播，也可以传播到较远的地方，称为表面声道。
在无风浪搅拌的条件下，表层海水经日光照晒，往往出现上层的温度和声速都比下层高的情况，使声速呈负梯度的垂直分布。在这种情况下，声波传播的曲线，总是弯曲向下，在声能达不到的地方产生声影区。另外，如果海比较浅，则声线会碰到海底。由于海底的反射损失大，声能衰减很大，因此不能传播得很远。 水中的悬浮体，随着水流而运动，故应用声学技术观察这种散射体的运动，就可以了解海水的运动情况。利用这种方法，还可以观察内波的规律，了解沉积物的搬运情况，也可以测量海水的流速。此外，利用声波起伏规律来研究内波谱的方法，已很受重视；利用深海散射层的散射频率响应，可以进行深海生物的区系划分，其结果和一般的区系划分一致；利用鱼类对声波的散射和反射，可以探测鱼群和了解鱼类资源的分布。
由波浪产生的500～5000赫的噪声，与海面的风级和海况有关。利用此频率的噪声，可以监测海面的风级和海况。利用海啸产生的水下噪声，可以预报海啸。海洋生物发出的声音，与其种类和生活状态有关。监听这种声音的特征以区分生物的种类，可以掌握其生活规律，为研究渔业资源提供信息。此外，有可能利用声信号控制海洋生物的活动，以满足人类的需要。
在海洋开发中，声技术是勘探海底唯一有效的手段，广泛应用的地震勘探仪便是声技术应用的一例。海底的界面不平整，底质内部的颗粒大小不一，以及分层和水千方向的不均匀性，都影响着声波的散射和反射。使用高频窄水平波束的测扫声呐，可以得出海底凸出部分对声波的强烈散射和凹下部分的声阴影区所构成的地貌声图。 海底沉积物一般都是分层的。因各层的声学特性不同，故可以利用声学方法测定海底沉积物的分层情况和各层中的声速。常用的方法有折射法和反射法，对于较浅的沉积层，也可以用浅地层剖面仪进行测量。
利用声学遥感技术对海底的底质进行分类的工作，已得到迅速发展。它与最新的微电子学、微计算机和换能技术结合，广泛用于水文、地质、地貌和生物等领域的测量，并用于水下定位、导航、通信、遥控、遥测等各方面，在海洋调查和海洋开发中起着重要的作用。

⑤ 水下声学定位技术在军事和海洋工程中的应用有哪些

水声定位技术在海洋环境观测、海洋测绘、资源勘探和水下通信中起了重要作用,在海洋工程中有着广阔的应用前景。 研究海洋中的声传播需要选择适当的传播模型对海洋环境进行建模,精确的传播模型是声源定位研究的基础。射线声学模型是常用的水声传播模型之一。射线声学简单、直观,适用于各种信号,并且可以计算介质参数随距离变化情况下的声场。因此,射线声学模型也是水声定位研究中重要的声场模型。 本文采用有限状态机对声线追踪建模,给出了声线追踪内在的状态及其转移分析。同时,给出了本征声线搜取的近似处理方法。在此基础上,基于射线声学理论编制了一套声线计算程序,该程序可以计算二维声场中的声线轨迹和传播时间以及搜索到达接收点的本征声线。程序中采用分层等梯度近似来描述海洋中的声速分布。仿真算例结果表明,该声线求解方法具有良好的运算速度和求解精度。

⑥ 海底声学特性、海洋环境噪声

海底声学特性
海底对从海水入射的声波的反射和散射，以及声波在海底沉积物中的传播速度和衰减等特性。海底对声波在海水中传播，特别在浅海中传播影响很大。海底的声反射系数和海底底质的声吸收系数是表征海底声学特性的重要物理量。海底沉积物中的声衰减，主要由沉积物的粘滞性和摩擦产生，与沉积物粒径和孔隙率也有关。海底对声波的反射损失主要与海底物质的密度、声速和声波的入射角有关。在声呐使用中，常利用海底反射特性来提高声呐作用距离。

海洋环境噪声
海水运动、风对海面作用、厚冰层移动或融化、海底地质构造变化、海中生物体等发出的声响。属海洋本身的噪声。海洋环境噪声源主要有：海水分子热运动产生的海水热噪声，海浪、海流、拍岸浪、风、雨滴等产生的水动力噪声，海冰移动和振动、冰块破裂、浮冰群积成等产生的冰下噪声，海中能发声的生物（如甲壳类、鱼类、哺乳类等）发出的生物噪声，远处航船动力装置传来的水下噪声，地震、海底火山爆发、大尺度湍流和遥远的风暴等产生的极低频噪声。海洋环境噪声是声呐接收机的重要背景噪声，会干扰声呐系统的正常工作，限制声信号在海洋中的传播距离。

⑦ 声纳来探测海洋深度,运用超声波什么特点

声纳来探测海洋深度,运用超声波的方向性好、声能较集中、在水中传播距离远等特点。

⑧ 海中声音的传播方式是什么

前面已经说过，由于电波不能在海水中传播，大气中电波的作用在海中大部分都由声波来完成。人们想方设法发明了水下声响式电视机、雷达测量装置示意图

收音机、收发报机、雷达等多种测量装置。

但是，声波有一个大缺点：频率越高传播距离就越短。10千赫兹的声波大概能传播10千米，但是这个频率不可能传送连续的画面，只能传送静止的画面。

并且声波在海中的传播速度仅为1，500米／秒，比起30万千米／秒的电波速度，简直微不足道。

海水中的音速随着温度、压力、盐分等的变化也产生非常大的变化。海水温度上升1℃，音速增加5米／秒。水深增加100米，音速增加1.7米／秒。众所周知，海水上层的温度较高，在水深500米处水温骤降，到了1，000米深处就变化很小了。

所以，声波在上层理论上应该传播得较快，但是下层由于压力较大，传播速度也较快，情况变得复杂。结果在多数海域的约1，000米深处存在着“音速最小层”。

在这一层上声波传播得最慢，但同时也传播得最远。

雷达测量装置

波总是具有向波速小的方向偏移的特性。由音速最小层发出的声波经反射和折射后大多返回音速最小层，所以音速最小层声波集中，而且能量减弱，可以传播得很远。

1991年曾在澳大利亚南部的哈德岛上用大型的扬声器发射70赫兹的声音信号，世界各地的科学家都在音速最小层上安置了麦克风来测定声波的到达时间。海洋科学技术中心的观测船在新几内亚海域上测到了该声波。

这次试验的目的是根据音速随海洋水温变化的原理来检测地球表面温室化现象。计划在10年后(2001年)重复该试验，再次测定世界各地的传播时间。如果传播时间变短，则证明海水温度在升高，从而可以确认地球温度在升高。

另一种大规模的利用海中声波的是“海洋声音层面X射线照相术”。在音速最小层传播的声波能量最强，但是到达最迟。另外，在音速较快的表层与底层反复折射的声波却较早到达。因此，一个声波群可能被接收到几十次。可以根据接收所需时间来推测它几次经过音速最小层。

每隔1，000千米放置一个信号接收装置，进行观测。在反复的观测过程中，由于海水上层温度的变化，音波群的到达时间也会发生变化。根据到达时间的变化便可以逆推出海洋温度的变化，这就是海洋声音层面X射线照相术。

这个方法虽然仍处在试验阶段，但是由于只要增加信号收发器的数量便可以扩展到整个地球的洋面，将收发信号的设备互换进行双向测定便可以测得各层的流速，很有希望成为未来观测海洋的重要方法。

⑨ 海洋声学的介绍

海洋声学（marine acoustics）是研究声波在海洋中传播的规律和利用声波探测海洋的科学。它是海洋学和声学的边缘学科。

⑩ 详述声在海洋中传播与哪些海洋参数有关系

检测水中声源目标和测定水体参数是声呐系统的主要任务,被广泛应用于军事和民用领域中,如对敌方水雷,蛙人和鱼群的侦测,或为勘探矿藏而对海洋、海底物理特性的测定,因此准确定位水下声源和获悉海域性质无论从国防战略角度还是经济开发、资源利用角度都有重要意义。 水下声源的判定和定位在理论和实践上都有成熟的大气中雷达信号检测方面的成果和经验可以借鉴,因而自声呐系统问世以来,国内外的关于声源定位的相关研究都取得了迅速的进展,实用技术亦相对比较成熟,涌现了大量的关于波束形成、干扰抵消、噪声消除等方面的科研成果。 另一方面,海洋声学参数的反演问题则由于其信号处理的复杂性,体现为反演参数数量多,参数耦合关系复杂,对处理器计算性能要求较高,因而其实用性的进展要相对缓慢一些,很多具体环节尚在理论和实验性的阶段。如何能使反演达到更高的精确度,更高的时效性是目前亟待解决的问题,也是本文研究的初衷。 联合反演多项声学参数技术是一项在复杂的多维参数空间内寻优的工作。一般而言,由于空间大维数高,故不能用穷举法寻优,只能考虑用遗传算法等寻优算法。此外,反演性能的好坏要通过多次,大量的统计结果而得出,并体现在对反演结果的唯一性和不确定性的合理解释上。再者,反算法所采用的海洋声场传播模型同所反演的具体海域关系密切,对反演结果会有决定性的影响。目前已有的反算法如根据对反演参数空间的划分情况,主要可分为在全参数空间内搜索的算法和分为子空间搜索的算法。前者直接在全部参数构成的空间内搜索,维数高空间大,缺乏足够的效率,但相对较为稳健;后者将参数以一定的准则归类分成子空间搜索,空间缩小了,利于寻优,但由于各子空间并非完全独立,故而稳健性相对不足。本文研究的主要内容是对海洋地声参数和声源位置联合反演,其主要创新点为通过新的算法设计,用某种方式将已有两类算法加以结合,实现优势互补,从而提高反演的精确度和时效性。所设计的反演方案是在分析已有的匹配场反演方法的基础上,构造的一种用阈值提取子空间的多步匹配场反演方法。它根据一定反演环境下参数的不同敏感性将参数划分为子集(子空间),并依次在各敏感子空间内反演。反演时用一定的阈值将目标函数优于阈值的参数区域提取出,最后在提取出的已相对缩减的区域和最后一个子空间(通常是不敏感参数子空间)内联合反演全部参数,求得最优值。从理论上而言,这样既可减小反演参数空间又能避免已有的子空间方法反演结果受非反演参数失配影响大的问题,从而能更加可靠的保证精确度。 仿真对本文设计的反演方案和已有的两类反演方案进行了对比实验,采用差异进化结合模拟退火算法作为寻优算法并采用基于重要性抽样的原理估计了反演参数的后验概率密度,从统计意义上比较了三者的性能。结果表明,本文算法比已有的两类算法在性能上有明显提高。 本文还给出了研究工作中所采用的声场模型KRAKEN的原理和程序包简介,KRAKEN模型属于局地简正波声场模型的一种,是计算拷贝场,从而实现匹配场处理,并最终实现反演的不可或缺的有效工具。