第３１卷第６期２００６年１１月 声学学报 ＡＣＴＡＡＣＵＳＴＩＣＡ Ｖ０１．３１，ＮＯ．６ ＮＯＶ．，２００６ 水下目标回波特性计算的图形声学方法冰 范军卓琳凯 （上海交通大学船舶海洋与建筑工程学院，振动、冲击、噪声国家重点实验室上海２０００３０） ２００５年６月９日收到 ２００６年３月３日定稿 摘要根据Ｋｉｒｃｈｈｏｆｆ近似公式建立了一种水下目标回波特性实时工程预报的新方法一可视化图形声学计算方法ＧＲＡＣＯ（ＧｒａｐｈｉｃａｌＡｃｏｕｓｔｉｃｓＣｏｍｐｕｔｉｎｇ）。该方法利用三维图形处理系统，采用建模软件对水下复杂目标进行几何建模，并基于ＯｐｅｎＧＬ技术把几何模型转化为屏幕上目标的可视化像素图形，获取像素中包含的目标表面法向量和空间距离信息，最后通过把回波特性预报中的面积分转化为屏幕上可视化图形的像素求和计算，完成水下目标回波特性预报。计算结果表明图形声学方法有较高的精度，计算速度比板块元方法快９—１０倍。 ＰＡＣＳ数：４３．３０ Ｇｒａｐｈｉｃａｌａｃｏｕｓｔｉｃｓｃｏｍｐｕｔｉｎｇｍｅｔｈｏｄｆｏｒｅｃｈｏｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｏｆｕｎｄｅｒｗａｔｅｒｔａｒｇｅｔｓ ＦＡＮＪｕｎＺＨＵＯＬｉｎｋａｉ （Ｓｃｈｏｏｌ吖ＮａｖａｌＡｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ，ＯｃｅａｎａｎｄＣｉｖｉｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＪＳｔａｔａＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＶｉｂｒａｔｉｏｎ，Ｓｈｏｃｋ＆Ｎｏｉｓｅ ＳｈａｎｇｈａｉＪｉａｏｔｏｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙＳｈａｎｇｈａｉ２０００３０） ＲｅｃｅｉｖｅｄＪｕｎ．９，２００５ ＲｅｖｉｓｅｄＭａｒ．３，２００６ ＡｂｓｔｒａｃｔＯｎｔｈｅｂａｓｉｓｏｆＫｉｒｃｈｈｏｆｆａｐｐｒｏｘｉｍａｔｅｅｑｕａｔｉｏｎ，ａｎｅｗａｐｐｒｏａｃｈ—ＧＲＡＣＯ（ＧｒａｐｈｉｃａｌＡｃｏｕｓｔｉｃｓＣｏｍｐｕｔ—ｉｎｇ）ｉｓｄｅｖｅｌｏｐｅｄｆｏｒｆｏｒｅｃａｓｔｉｎｇｔｈｅｅｃｈｏｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｕｎｄｅｒｗａｔｅｒｔａｒｇｅｔｓｉｎｒｅａｌｔｉｍｅ．Ｕｓｉｎｇ３Ｄｇｒａｐｈｉｃｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇｓｙｓｔｅｍ，ｔｈｅｇｅｏｍｅｔｒｉｃａｌｍｏｄｅｌｏｆｃｏｍｐｌｅｘｕｎｄｅｒｗａｔｅｒｔａｒｇｅｔｉｓｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ．ＢａｓｉｎｇｏｎＯｐｅｎＧＬ，ｔｈｅｇｅｏｍｅｔｒｉｃａｌｍｏｄｅｌｉｓｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｄｉｎｔｏｔｈｅｖｉｓｕａｌｉｍａｇｅｏｎｔｈｅｃｏｍｐｕｔｅｒ’Ｓｓｃｒｅｅｎ，ａｎｄｔａｒｇｅｔｓｕｒｆａｃｅ’Ｓｎｏｒｍａｌｖｅｃｔｏｒａｎｄｓｐａｃｅｉｎｃｌｕｄｅｄｉｎｔｈｅｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎｏｆｐｉｘｅｌｓａｒｅｏｂｔａｉｎｅｄ．Ｉｎｓｔｅａｄｏｆｃｏｍｐｕｔｉｎｇｔｈｅｓｕｒｆａｃｅｉｎｔｅｇｒａｌｄｉｒｅｃｔｌｙ，ｔｈｅｆｏｒｅｃａｓｔｏｆｅｃｈｏｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｏｆｕｎｄｅｒｗａｔｅｒｔａｒｇｅｔｉｓａｃｈｉｅｖｅｄｂｙｃａｌｃｕｌａｔｉｎｇｔｈｅｓｕｍｏｆｔｈｅｃｏｎｔｒｉｂｕｔｉｏｎｆｒｏｍａｌｌｔｈｅｐｉｘｅｌｓｉｎｔｈｅｓｃｒｅｅｎｉｍａｇｅ．ＮｕｍｅｒｉｃａｌｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔＧＲＡＣＯｍｅｔｈｏｄｅｎｊｏｙｓｈｉｇｈｐｒｅｃｉｓｉｏｎａｎｄｃｏｍｐｕｔｉｎｇｓｐｅｅｄｉｓ９ｔｏ１０ｔｉｍｅｓｆａｓｔｅｒｔｈａｎｔｈｅＰｌａｎａｒＥｌｅｍｅｎｔｓＭｅｔｈｏｄ． 引言 声呐工程中对于水中复杂形状目标回波特性的预报目前主要采用两种方法。一是基于亮点模型的部件法【１＇２ｊ，这种方法将复杂形状的目标分解为一组简单形状的子目标，每个子目标的回波用解析形式表示，计算简单且物理概念清晰。但由于子目标的限制，对实际目标形状的逼近误差较大；二是数值计算方法［３】，如目前比较常用的板块元方法【剖。这种方法虽然能较精确地逼近复杂形状的目标，并且计算速度比直接数值积分提高了很多，但由于要划分的板块数木国防重点实验室基金资助项目（５１４４４０５０１０１ＪＷ０３０１）量巨大，板块之问的遮挡和消隐也需要耗费大量计算时间和资源，因此仍然满足不了工程实时ｌ生的要求。 随着声呐技术和水下武器系统的发展，要求目标回波特性预报的精度更高、速度更快。基于运算速度快，实时性好的图形化可视化计算技术在雷达ＲＣＳ预测上的成功应用［５－ｓｊ，能否在水下目标上运用该技术便成为了水中目标回波特性研究的一个新方向。 本文建立了适合水下目标回波特性快速预报的可视化图形声学计算方法（ＧＲＡＣＯ）。该方法利用三维图形处理系统，采用建模软件对水下复杂目标进行几何建模，并基于ＯｐｅｎＧＬ技术把几何模型转 万方数据
第三章 海洋的声学特性 本章从声学角度讨论海洋、海洋的不均匀性和多变性，弄清声信号传播的环境，有助于海中目标探测、声信号识别、通讯和环境监测等问题的解决。 3.1 海水中的声速 声速：海洋中重要的声学参数，也是海洋中声传播的最基本物理参数。 海洋中声波为弹性纵波，声速为： s c ρβ1 = 式中，密度ρ和绝热压缩系数s β都是温度T 、盐度S 和静压力P 的函数，因此，声速也是T 、S 、P 的函数。 1、声速经验公式 海洋中的声速c （m/s ）随温度T （℃）、盐度S （‰）、压力P （kg/cm 2）的增加而增加。 经验公式是许多海上测量实验的总结得到的，常用的经验公式为： 较为准确的经验公式： STP P S T c c c c c ????++++=22.1449 式中，4734221007.510822.2104585.56233.4T T T T c T ---?-?+?-=? ()()2235108.735391.1-?--=-S S c S ? 4123925110503.310451.3100279.11060518.1P P P P c P ----?-?+?+?=? ()[ ][][]T P T T P T T T P PT P P T S c STP 31021012382546214310745.110286.910391.210644.6103302.110796.21009.21096.11061.210197.135----------?-?+?-+?-?+?-+?-?-?+?--=? 上式适用范围：-3℃ 气象测试题1 1 对天气及气候变化具有重要影响的大气成分包括________。 A．二氧化碳、臭氧和惰性气体 B．氮气、二氧化碳和惰性气体 C．二氧化碳、臭氧和水汽 D．氧气、臭氧和惰性气体 2 气候是指某一特定区域________。 A．在较短时间内各种气象要素的综合表现 B．气象要素的多年平均特征（其中包括极值）C．气象要素的一年平均特征（其中包括极值） D．天气形势 3 通过不同温标关系换算14℉、10℃分别为________。 A．10℃、283K B．-10℃、283K C．-10℃、-263K D．10℃、263K 4形成海雾的主要冷却过程是________。 A．绝热上升 B．辐射冷却 C．平流冷却 D．接触冷却 5 气温年较差与纬度有关，最小年较差出现在________。 A．赤道地区 B．中纬地区 C．高纬地区 D．极地地区 6 气压的日较差与纬度的关系是________。 A．低纬大于中纬 B．高纬最大 C．中纬大于低纬 D．中纬最小 7 气压日较差随纬度的增加而________。 A．增大 B．不变 C．减小 D．与纬度无关 8 高压脊的空间等压面形状类似于________。 A．盆地 B．高山 C．山沟 D．山脊 9 图1-3-2中给出了地面气压场分布，高压出现在________。 A．A、N、H区 B．B、C、H区 C．A、C、H区 D．B、C、P区 10 饱和水汽压表示空气容纳水汽的能力，其能力的大小取决于________。 A．气压高低 B．温度高低 C．风速大小 D．云量多少 11 当空气到达饱和时，气温（T）与露点（T d）的近似关系是________。 A．T d＜T B．T－T d＝1 C．T d＞T D．T d=T 12 在地面天气图中，等压线稀疏的地方，说明________。 A．地转偏向力小 B．惯性离心力小 C．摩擦力小 D．水平气压梯度力小 13 在地转风相同的情况下，比较不同纬度的水平气压梯度大小，会得出________。 A．高纬大于低纬 B．高纬小于低纬 C．高纬等于低纬 D．与纬度无关 14 图1-5-2为自由大气层中梯度风关系示意图，试指出北半球低压各力的平衡关系为________。 一、水声定位技术简介 自从1912年在美国出现了第一台水声测深仪以后，开始有了水声助航设备。二战中，对水下目标的探测和测量受到了重视，并在战后得到了迅速的发展。1958年，美国华盛顿大学应用物理实验室在达波湾建成了三维坐标跟踪水下武器靶场。这种水下定位跟踪技术在六十年代后期得到广泛应用，成为鱼雷靶场的主要测试方法。迄今为止，国内外水下武器靶场使用的水下定位跟踪系统有多种类型，按其安装方式可分为固定式跟踪系统、活动式(船载)跟踪系统和轻便式跟踪系统。固定式跟踪系统的水下测量设备大多数固定在海底，其范围大、费用高，只能在固定海区使用；活动式跟踪系统的全部设备都固定安装在活动平台上，试验时随活动平台开往试验海区；轻便式跟踪系统的体积和重量相对较小，可以随时布放和回收，并可通过飞机、车辆和船只从一个试验区运送到另一个试验区。这三种水下定位跟踪系统虽然在结构上有较大差别，但在原理上均是依赖于几何原理的水声学定位方法。根据接收基阵的基线可以将水声定位技术分为三类：长基线(LongBase-Line)、短基线(Short Base-Line)、超短基线(Ultra Short Base-Line)。表1.1列举了这三种水声定位技术的典型基线长度。 目标声源到各个基元间的距离确定目标的位置。短基线水声定位系统的基阵长度一般在几米到几十米的量级，利用目标发出的信号到达接收阵各个基元的时间差，解算目标的方位和距离。超短基线定位系统的基阵长度一般在几个厘米到几十厘米的量级，它与前两种不同，利用各个基元接收信号间的相位差来解算目标的方位和距离。 若按照工作方式来划分，以上三种定位系统都可以选择使用同步信标工作方式或应答器工作方式。采用同步信标工作方式，要求在待测目标或测量船上都安装高精度同步时钟系统，信标按规定的时刻定时发射信号，并据此确定目标位置。应答器工作方式要求在应答和测量船上都安装询问(应答)发射机和接收机。 通常所说的水声定位系统所测得的目标位置统)结合起来进行坐标变换，就能得到水下目标在大地几何坐标中的位置或轨迹。坐标，都是相对于某一参照物的位置而言。这个参照物有时就是基阵的载体(通常相对坐标系的某一个轴线和舰船的艏艉线重合)，它并不真正给出目标的大地几何坐标位置。然而水声定位系统和其他的导航系统(如近年来获得广泛应用的卫星导航定位系统)结合起来进行坐标变换，就能得到水下目标在大地几何坐标中的位置或轨迹。 二、水声定位系统 迄今为止，水下目标定位跟踪的主要手段仍是依赖于几何原理的水声学定位方法。通常用声基线的距离或激发的声学单元的距离来对声学定位系统进行分类。水声定位系统，根据所实施的原理和测量手段不同，又可分为“方位--方位”、“方位--距离”和“距离--距离”三种测量系统。大部分的长基线、短基线系统都属于后者。距离测量水声定位系统是通过测量水下声源所辐射的声信号从发射到接收所经历的时间及声速来确定声源到各接收点的距离，从而实现对目标进行定位的。 气泡的声学特性分析 2.2.1 气泡的散射特性 上世纪50年代后期，海洋学者开始意识到了气泡研究对于海洋探测的重要性，自从Urick 和Hoover 在1956年发现了气泡对于声波的散射后，气泡的散射问题就一直是水声研究领域的经典问题错误!未找到引用源。。目标对声信号的散射能力根据不同性质、大小、形状的目标而不同，同时也与声波的入射方向有关 [9]。因此,对于水声探测来说，目标散射场特性的研究尤为重要。沿x 轴方向传播的平面声波入射到半径为R 的软球边界上，观察点(,)S r θ处的声场。如图2.1所示，x 轴方向为零度方向。 ) ,(t x p i θ (,) S r θx R O 图2.1 平面声波在软球球面上的散射 入射平面声波表达式为： )cos (0)(0),(θωωkr t j kx t j i e p e p t x p --== (2-1) 其中，λ为波长，c 为介质声速，ω为角频率，λπω2==c k 为波数，),(θr 为点S 的球坐标。 根据波动方程和软球应满足的边界条件，球面上的声压为零,即 0 (r )i s R p p +== (2-2) 声场关于x 轴对称，所以取满足以x 轴对称的球坐标系的波动方程的解为 (2)0(cos )()j t s m m m m p R P h kr e ωθ∞==∑ (2-3) 其中，m R 为常数， )()2(x h m 为第二类m 阶汉克尔（Hankel ）函数，为m 阶勒让德(Legendre)多项式，代表声波的传播方向为由球心向外。入射平面声波可以分解为球函数的和： ∑∞=+-=00)()(cos )12()(),,(m m m m t j i kr j P m j e p t r p θθω (2-4) 其中，)(kr j m 为m 阶球贝塞尔（Bessel ）函数。将(2-2)，(2-3)和(2-4)式合并，解出m a ，则s p 为： 一、单项选择题（共100分，每题1分） 1.对大气温度有较大影响的大气成分是：Ⅰ.氮气,Ⅱ.臭氧，Ⅲ.二氧化碳，Ⅳ.氧气，Ⅴ.水汽，Ⅵ.氢气 A.Ⅰ~Ⅵ B.Ⅰ~Ⅴ C.Ⅱ.Ⅲ.Ⅴ D.Ⅱ.Ⅳ.Ⅴ 2.下列哪个等压面最能代表对流层达大气的一般运动状况 3．5℃换算成华氏温度和绝对温度分别为： A.41℉、273K B.37℉、273K C.41℉、273K D.37℉、278K 4.形成露或霜的主要冷却过程是： A.绝热上升 B.辐射冷却 C.平流冷却 D.接触冷却 5.当只考虑纬度对气温的日变化影响时，气温日较差较大的地区是： A.极地附近 B.热带地区 C.温带地区 D.副极地地区 6.在纬度45°的海平面上，温度为0℃的大气压称为标准大气压，其数值是： 750mmHg 760mmHg 760mmHg 750mmHg 7.在地面天气图上，等压线的疏密和风力大小的关系是： A.等压线疏，风力大 B.等压线密风力小 C.等压线密，风力大 D.无等压线，风力大 8.通常将由低压向外延伸的狭长区域称为： A.低压带 B.高压带 C.低压槽 D.高压脊 9.地面气压日变化两次谷值出现的时刻大约在： ,14h ,16h ,20h ,22h 10.饱和水气压是温度的函数，当温度相等时，水面与冰面的饱和水汽压关系为： A.水面与冰面相等 B.水面大于冰面 C.水面小于冰面 D.与水面冰面无关系 11.通常在沿海地区绝对湿度日、年变化与： A.气温日年变化规律相反 B.气温日年变化规律一致 C.气压日年变化规律一致 D.气压日年变化规律相反 12.风的脉动性在摩擦层中最明显，一日内最大的脉动性出现在： A.清晨 B.傍晚 C.午后 D.深夜 13.水平气压梯度力的大小与水平气压梯度成正比，与空气密度成反比，其方向为： A.平行等压线并与风向一致 B.垂直等压线由高压指向低压 C.斜穿等压线由高压指向低压 D.垂直等压线由低压指向高压 14.地转风公式适用于： A.龙卷风 B.台风涡旋区 C.空气平直运动 D.空气旋转运动 15.在南半球自由大气层中，测者背风而立，高压应在测者的： A.左前方 B.右方 C.左方 D.右前方 16.下列哪个数学表达式描述了了高压中的梯度风公式（An地转偏向力，Gn气压梯度力，C惯性离心力） A.︱An︱=︱Gn︱+︱C︱ B.︱Gn︱=︱An︱+︱C︱ C.︱C︱=︱An︱+︱Gn︱ D.︱An︱=︱Gn︱×︱C︱ 17.通常，低压发展，其中心区域的风力将： A．增大 B.减小 C.不变 D.不定 18.在北太平洋上，某东行船舶观测到强劲的ENE真风，根据风压关系判断高压应在： A.船舶的高纬一侧 B.船舶的前方 C.船舶的低纬一侧 D.船舶的后方 19.下图为摩擦层中风压关系示意图，试指出图中矢量OC为： 高精度超短基线在水下定位中的应用高精度超短基线定位系统在水下定位中的应用 1 2张粤宁刘鹏 (1.武汉长江航道救助打捞局，武汉430014;2.上海地海仪器有限公司，上海200233) 摘要:声学定位系统(Acoustic Positioning System)的技术研究和应用开发在现代海洋科学调查和水下施工中起着重要作用。本文以某品牌超短基线定位系统为例，就超短基线 hort BaseLine)声学定位系统的原理、应用范围等几个方面展开讨论，同时介绍(Ultra S 了高精度超短基线工程中的实际应用，对使用过程中影响定位性能的主要因素进行了简单分析。 关键词: 超短基线水下定位 1 概述 20世纪90年代以来，世界先进国家的海洋调查技术手段逐步成熟与完善，其中超短基 线(简称USBL)水下设备大地定位技术也获得了长足的发展。高精度水下定位系统具有 广泛的用途，在海洋探测研究、海洋工程、水下建筑物施工、潜水员水下作业、水下考 古、海洋国防建设等方面，都离不开水下定位系统为其提供高精度、高质量的定位资料， 因此高精度水下定位技术对维护国家领土权益和国民经济建设都具有重要意义。 1(1关于水下声学定位系统 20世纪50,60 年代，在国际上，随着光、声、磁等技术的不断发展，在大力开发海洋自然资源和海洋工程的进程中，水下探测技术得到了较大发展，相继开发了一系列先进的、高效能的水下探测设备:在各种水下检测的光、声、磁技术中，由于水下光波衰减很快，即使是波长最长、传播最远的红外光波在水中传播到了几米以后也衰减完了，而声波和电磁波在水中有良好的传播性，因而，声呐、磁探和超短基线成为水下检测的有效方法。 声学定位系统最初是在19世纪60年代的时候被开发出来用于支持水下调查研究。从那时起，这类系统便在为拖体，ROV等水下目标的定位中成为了重要角色。声学定位系统能够在有限的区域内提供非常高的位置可重复精度，甚至在远离海岸。对大多数用户来说，可重复性精度要比绝对精度重要。 在声学定位系统中，有3种主要的技术:长基线定位(LBL)，短基线定位(SBL)，和超短基线定位(SSBL/USBL)，有些现代的定位系统能组合使用以上技术。 长基线(LBL):长基线定位能在宽广的区域内提供高精度的位置，它需要至少3个应答器组 成的阵列部署在海底上的已知点上，水面舰只安装一个换能器。换能器测量出到水底应答器的斜距，从而计算出自身的坐标位置。 第31卷第8期2009年8月舰 船 科 学 技 术 SH I P SC I E NCE AND TECHNOLOGY Vol .31,No .8 Aug .,2009 水下吸声覆盖层结构及吸声机理研究进展 罗 忠1 ,朱 锡1 ,林志驼2 ,王卫忠 2 (1.海军工程大学船舶与动力学院,湖北武汉430033;2.海军92143部队,海南三亚572021) 摘 要: 经过50多年的发展,尤其是近20年中,在水下目标声隐身背景需求的促进和推动下,以吸声覆盖层为主要研究对象的声隐身结构研究,已经建立了完整的理论框架。本文将目前国内外主要的吸声覆盖层结构分为粘弹性复合吸声结构、周期散射复合吸声结构、孔腔谐振吸声结构等,比较了各种吸声覆盖层的结构形式对吸声性能的影响,并从吸声机理出发,分析了各种吸声覆盖层结构的主要研究方法,最后展望了我国水下吸声覆盖层结构及吸声机理研究的趋势。 关键词: 声隐身;吸声覆盖层;粘弹性;散射;谐振 中图分类号: T N91117 文献标识码: A 文章编号: 1672-7649(2009)08-0023-08 DO I:1013404/j 1issn 11672-7649120091081002 A rev i ew of underwa ter anecho i c coa ti n g structure and absorpti on theor i es LUO Zhong 1 ,ZHU Xi 1 ,L IN Zhi 2tuo 2 ,WANG W ei 2zhong 2 (1.College of Naval A rchitecture and Power,Naval University of Engineering,W uhan 430033,China; 2.Unit 92143,P LA,Sanya 572021,China ) Abstract: The require ments of under water acoustic stealth technique had p r omoted the research on under water anechoic coating structure for recent 50years . Accordingly,a comp rehensive theoretical f oundati on had been f or med f or the passed 20years .This paper su mmarized the main structure and valuable results of under water anechoic coatin g .More s pecifically,it classified the main structure int o vis oelastic composite abs or p ti on structures,cycle scattering composite abs or p ti on structures,cavity res onant abs or p ti on structures .The effect of structure for m t o abs or p ti on p r operties was compared .The under water anechoic coating structures and abs or p ti on theories were analyzed .I n the end of this paper,it p r os pected the feature researc h trend on this t op ic in our country . Key words: acoustic stealth;anechoic coating;viscoelastic;scattering;res onant 收稿日期:2009-02-10;修回日期:2009-03-10 基金项目:国家973重大基础研究基金资助项目(51335020101);国防重点预研基金资助项目作者简介:罗忠(1982-),男,博士研究生,主要从事水下声隐身材料与结构研究工作。 0 引 言 潜艇的最大特点就在于它具有隐蔽性与突发攻 击能力,降低潜艇的声目标强度将减小敌方发现我艇的距离,提高我艇的生存能力,目前主要采用在潜艇壳体上敷设吸声覆盖层结构来降低声目标强度。经过半个多世纪的发展,水声吸声材料的研究已取得了丰硕的成果,以橡胶类和聚氨酯类为基体的水声吸声材料研究日益成熟,内耗大、阻尼性能好的高分子材 料发展为吸声覆盖层提供了更广阔的选材空间,如丁 基橡胶、聚氨酯橡胶、互穿聚合物网络等。当声波通过高分子材料覆盖层时,会将能量传递给大分子链段,引起大分子链段的相对运动,分子链间产生内摩擦将入射声能转化为热能而吸收。 随着潜艇巡航深度的增大和声呐探测技术的不断发展,对潜艇的声隐身技术提出了新的挑战,水下吸声覆盖层结构正朝着耐压、低频和宽频段吸收的方 向发展[1] 。对单一均质材料而言,由于阻抗匹配的 航海气象学与海洋学 复习习题 1、某船舶受热带气旋影响，每小时观测一次，当测得真风向随时间逆时针转变时，则可判定船舶处于： A.北半球危险半圆 B.南半球危险半圆 C.前半圆 D.后半圆 2、当大范围天空由晴转阴时，可见光卫星云图上的相应地区的变化为: A. 由黑色转为白色 B. 由白色转为灰色 C. 由白色转为黑色 D. 由灰色转为黑色 3. 热带气旋集中发生的月份是: A. 北半球为7～10月，南半球为1～3月 B. 南半球为7～10月，北半球为1～3月 C. 南北半球均为1～3月 D. 南北半球均为7～10月 4、在我国海域西太平洋副热带高压脊线位置的活动范围: A. 盛夏最北可越过30?N，10月退至10?N以南 B. 盛夏最北可越过30?N，10月退至20?N以南 C. 盛夏最北可越过40?N，10月退至10?N以南 D. 盛夏最北可越过40?N，10月退至20?N以南 5. 大约15%的热带气旋发生于： A. 东风波中 B. 热带辐合带中 C. 极锋上的波动 D. 静止锋上的波动 6. 西北太平洋台风移动主要有三条路径，其中哪一条对山东半岛和辽东半岛影响较大？ A.西行路径 B.转向路径 C.西北路径 D.特殊打转路径 7. 没有热带气旋发生的低纬海域有: A. 南北纬5度以内 B. 东南太平洋 C. 南大西洋 D. ABC都对 8. 台风登陆后再入海，在这个过程中台风的强度如何变化？ A.先减弱，后又加强 B.先加强，后又减弱 C.两次都是减弱 D.两次都是加强 9. 在南半球发展中热带气旋的高层气流绕中心: A. 逆转辐合 B. 逆转辐散 C. 顺转辐合 D. 顺转辐散 10. 当热带气旋近中心附近最大风力达到8～9级时，发布的警报为： A. 热带风暴警报 B. 强热带风暴警报 C. 台风警报 D. 大风警报 11. 热带气旋发生频率最高的海域是: A. 西北太平洋 B. 东北太平洋 C. 北大西洋 D. 印度洋 12. 关于夏季南海热带气旋的移动路径，以下说法正确的是： A. 当副高气流较强,高空形势稳定时，多为西行或抛物线型 B. 当高空环流较弱或有双台风影响时，常在海上打转，路径无规律 C. 当副高气流较强,高空形势稳定时，多为转向型 D. 当高空环流较弱或有双台风影响时，移动稳定性强 13. 天气报告中天气形势摘要的内容包括： A. 低气压，高气压的位置、强度和移动 B. 地面锋线的类别和起止位置 C. 热带气旋的位置、强度和移动 D. ABC都对 14. 流线图上单汇辐合流场相当于: A. 低气压的流场 B. 高气压的流场 C. 低压槽的流场 D. 高压脊的流场 15. 国内地面天气图上两条相邻等压线的间隔一般为2.5hPa，一个中心气压值为1023hPa的高气压最里面一 条闭合等压线的数值应为： Number：CTSO-C121b Approved by：Xu Chaoqun China Civil Aviation Technical Standard Order Underwater Locating Devices (Acoustic) (Self-Powered) 1. Purpose. This China Civil Aviation Technical Standard Order (CTSO) is for manufacturers applying for Underwater Locating Devices (Acoustic) (Self-Powered) CTSO authorization (CTSOA). This CTSO prescribes the minimum performance standards(MPS) that Underwater Locating Devices (Acoustic) (Self-Powered) must first meet for approval and identification with the applicable CTSO marking. 2. Applicability. This CTSO affects new application submitted after its effective date. Major design changes to article approved under this CTSO will require a new authorization in accordance with section 21.353 of CCAR-21R4. 3. Requirements New models of Underwater Locating Devices (Acoustic) 中华人民共和国海事局 2006年第1期海船船员适任证书全国统考试题（总第39期） 科目：航海气象与海洋学试卷代号：931 适用对象：无限航区3000总吨及以上船舶船长/大副 (本试卷卷面总分100分，及格分为70分，考试时间100分钟) 答题说明：本试卷试题均为单项选择题，请选择一个最适合的答案，并将该答案按答题卡要求，在其相应的位置上用2B铅笔涂黑，每题1分，共100分。 1.就平均状况而言，在对流层中高度每降低100m气温约升高: A. 1.2℃ B. 1.0℃ C. 0.65℃ D. 0.5℃ 2.大气层结稳定度主要取决于: A. 气温随高度的变化情况 B. 气压随高度的变化情况 C. 风随高度的变化情况 D. 能见度随高度的变化情况 3.夏季，北半球： A．海洋上高压发展，大陆上低压发展 B．海洋上低压发展，大陆上高压发展 C. 处处都是高压发展 D. 处处都是低压发展 4.在1km以下近地层大气中，高度每下降10m: A. 气压升高1.3hPa B. 气压升高1hPa C. 气压下降1.3hPa D. 气压下降1hPa 5.下列正确的说法是： A. 在低压槽中，等压线弯曲最小的那些点的连线称为脊线 B. 在高压脊中，等压线弯曲最小的那些点的连线称为槽线 C. AB都对 D. AB都错 6.下列正确的说法是: A. 高空等压面上等高线的高值区对应该等压面附近空间等高面上的低气压 B. 高空等压面上等高线的低值区对应该等压面附近空间等高面上的高气压 C. AB都对 D. AB都错 7.当饱和差(E-e) ＞ 0时，表示空气: A. 未饱和 B. 饱和 C. 过饱和 D. ABC都错 8.形成露或霜的主要冷却过程是: A. 绝热上升 B. 辐射冷却 C. 平流冷却 D. 接触冷却 9.水平地转偏向力的大小与: A. 风速成正比 B. 空气密度成正比 C. AB都对 D. AB都错 10.冬季我国海域盛行偏北风，风力较强: A. 渤海，黄海多西北风，东海主要为北风和东北风 B. 南海以东北风为主 C. AB都对 D. AB都错11.产生大气环流最基本的因素是: A. 地球表面获得的太阳辐射不均匀 B. 地转偏向力作用 C. 海陆分布 D. 地形差异 12.属于永久性大气活动中心的有: A. 冰岛低压，阿留申低压 B. 夏威夷高压，亚速尔高压 C. 赤道低压带，南半球副极地低压带 D. ABC都对 13.下列正确的说法是: A．南亚的夏季风大于冬季风 B．南亚的夏季风小于冬季风 C．南亚的冬季风大于东亚的冬季风 D．南亚的夏季风小于东亚的夏季风 14.受海陆风和山谷风共同影响的港口: A. 夜间为海风+谷风 B. 白天为陆风+山风 C. 白天为海风+山风 D. 夜间为陆风+山风 15.皆为波状云的是: A. Ns As Cs B. Sc Ac Cc C. Cu Cb Ci D. ABC都对 16.世界海洋上雾的高发区集中出现在: A. 大洋中心区域 B. 赤道附近热带洋面上 C. 中高纬大洋西部 D. ABC都对 17.不受风速大小影响的雾是: A. 平流雾 B. 辐射雾 C. 锋面雾 D. 海上蒸汽雾 18.中国近海雾日的地理分布表现为三个相对的多雾中心，其中有: A. 黄海中、南部 B. 长江口至舟山群岛 C. 北部湾 D. ABC都对 19.“海浪”通常是指: A. 风浪、风暴潮、内波 B. 风浪、涌浪、近岸浪 C．涌浪、风暴潮、内波 D. 近岸浪、海啸、内波 20.深水波的波速与下列哪些因素有关？①风速②波长③周期④水深 A. ①② B. ②③ C. ③④ D. ①④ 21.涌浪在传播过程中： A. 波长大的衰减慢，波长小的衰减快 B. 波长大的波速快，波长小的波速慢 C. AB都对 D. AB都错 22.下列正确的说法是: A. 当风很小或风浪处于初始成长阶段时，浅水与深水中风浪的尺寸没有差异 B. 随着风浪的不断增大，浅水区中的风浪尺寸比深水中的小，差异逐渐变大 C. AB都对 D. AB都错 23.风暴潮是指台风等强风暴引起的海面异常升高现象，______。 A. 当强风吹向V字型海湾，海面升高会明显加剧 B. 如果适逢天文大潮，则可能造成十分严重的灾害 C. AB都对 D. AB都错 24.海流主要影响船舶的船速和航迹，对航迹影响最大的流是： A．横流 B．顺流 C．逆流 D．偏顶流 GYROUSBL在深海水下定位中的应用 摘要：声学定位系统（Acoustic Positioning System）的技术研究和应用开发在现代海洋科学调查和水下施工中起着重要作用。本文以某品牌超短基线定位系统为例，就超短基线（Ultra Short BaseLine）声学定位系统的原理、应用范围等几个方面展开讨论，同时介绍了高精度超短基线工程中的实际应用，对使用过程中影响定位性能的主要因素进行了简单分析。 关键词：超短基线水下定位 1概述 20世纪90年代以来，世界先进国家的海洋调查技术手段逐步成熟与完善，其中超短基线（简称USBL）水下设备大地定位技术也获得了长足的发展。高精度水下定位系统具有广泛的用途，在海洋探测研究、海洋工程、水下建筑物施工、潜水员水下作业、水下考古、海洋国防建设等方面，都离不开水下定位系统为其提供高精度、高质量的定位资料，因此高精度水下定位技术对维护国家领土权益和国民经济建设都具有重要意义。 1．1关于水下声学定位系统 20世纪50～60 年代，在国际上，随着光、声、磁等技术的不断发展，在大力开发海洋自然资源和海洋工程的进程中，水下探测技术得到了较大发展，相继开发了一系列先进的、高效能的水下探测设备：在各种水下检测的光、声、磁技术中，由于水下光波衰减很快，即使是波长最长、传播最远的红外光波在水中传播到了几米以后也衰减完了，而声波和电磁波在水中有良好的传播性，因而，声呐、磁探和超短基线成为水下检测的有效方法。 声学定位系统最初是在19世纪60年代的时候被开发出来用于支持水下调查研究。从那时起，这类系统便在为拖体，ROV等水下目标的定位中成为了重要角色。声学定位系统能够在有限的区域内提供非常高的位置可重复精度，甚至在远离海岸。对大多数用户来说，可重复性精度要比绝对精度重要。 在声学定位系统中，有3种主要的技术：长基线定位（LBL），短基线定位（SBL），和超短基线定位（SSBL/USBL），有些现代的定位系统能组合使用以上技术。 长基线（LBL）:长基线定位能在宽广的区域内提供高精度的位置，它需要至少3个应答器组成的阵列部署在海底上的已知点上，水面舰只安装一个换能器。换能器测量 出到水底应答器的斜距，从而计算出自身的坐标位置。 历届简答题： 1．推导地转风公式，并讨论其物理意义。（5分） 评分标准：地转风公式1分，物理意义要点各1分。 地转风是水平气压梯度力与水平地转偏向力达到平衡：G = A 于是有 （1）地转风与水平气压梯度成正比，即等压线密集，Vg大。 （2）Vg与密度成反比，气压梯度一定时，高空的Vg大于低空的Vg。 （3）Vg与纬度的正弦成反比，低纬Vg大于高纬Vg。 （4）赤道附近不遵守地转风原则。 2．何谓季风？简述季风成因和全球主要季风区。（5分） 评分标准：季风定义1分，季风成因3分，主要季风区1分。 季风定义：大范围风向随季节而有规律改变的盛行风。要求盛行风的方向改变120°，其频率占40％。 季风的成因（Formation of Monsoons）：（1）海陆季风：由海陆之间热力异差引起的风系，随季节有极明显的变化，?称海陆季风。（2）行星季风：由于行星风带随季节移动而引起的风系变化，典型代表是南亚季风。（3）高大地形作用：青藏高原在夏季的热源作用和冬季的冷源作用对维持和加强南亚季风起了重要的作用。 主要季风区：季风主要分布在南亚、东亚、东南亚和赤道非洲四个区域。 3．简述Ⅰ型冷锋的主要天气特征（云系、降水、温度、气压、风向风速）。（5分） （5分） 评分标准：指出云系、降水、温度、气压、风向风速各1分。 云系：依次为Ns、As、Cs、Ci；降水：连续性降水；温度：逐渐降低；气压：逐渐升高；风向北到西北，风速明显增大。 4．简述西太平洋副热带高压的天气模式。（5分） 评分标准：副高中心、东部、西部、南部、北部各1分。 副高中心：以晴朗、微风、炎热、少云天气为主； 副高东部：盛行偏北风，大气层结稳定，海上出现雾和层云； 副高西部：偏南气流，大气层结不稳定，多雷阵雨和雷暴，多形成平流雾。 副高南部：一般天气晴好，偶有东风波、热带气旋活动时，可产生雷暴、雷雨大风等天气。副高北部：与西风带相邻，多锋面（温带）气旋，常带来阴雨和风暴天气。 水下声学定位系统及其应用研究 发表时间：2018-11-14T07:35:44.903Z 来源：《基层建设》2018年第28期作者：何铭涛 [导读] 摘要：本文在针对水下声学定位系统进行分析时，从该系统的类型出发，对其进行全方位有效的分析。 广东省计量科学研究院广东省广州市 100000 摘要：本文在针对水下声学定位系统进行分析时，从该系统的类型出发，对其进行全方位有效的分析。这样不仅能够根据各种不同类型的定位系统，提出其在实际应用过程中的效果，而且还能够针对各种不同类型的系统优势特点进行研究，为水下声学定位系统的合理利用提供有效保障。 关键词：水下声学；定位系统；应用措施 在当前现代科学技术不断进步和快速发展的背景下，越来越多的新型技术被广泛应用到各个领域当中，其中声学定位技术的整体发展速度比较快，而且该技术的应用范围也越来越广。现阶段，在很多海洋工程施工过程中，比如海洋油气开发等，都需要声学定位系统在其中科学合理的利用，实现对水下声学做出科学合理的定位和处理。这样不仅能够从根本上保证定位的有效性，而且还能够将水下声学定位系统的作用和价值充分发挥出来。 1超短基线定位系统的应用 在针对水下声学定位系统的实际应用情况进行分析时，需要与实际情况进行结合。一般情况下，比较常见的使用方式就是直接利用声基线的距离或者是激发的声学单元距离，实现对声学定位系统科学合理的分类和操作。如表1所示。 表1 声学定位系统 根据实际情况进行分析和研究可以看出，超短基线的所有声单元全部都被集中安装在一个收发器当中。在这种情况下，可以将这些声单元组合成有效的声基阵，通过这种方式，不仅能够实现声单元相互之间的位置确定，而且还能够保证位置测定的精准性和有效性。将其组合成声基阵坐标系，该坐标系与船本身的坐标系之间，具有一定的关联性，而在安装时，需要保证对其安装位置的准确有效测定。其中主要包括位置、姿态等，系统在安装以及具体实施过程中，需要通过测定声单元的相位差，这样才能够从根本上保证换能器的目标得以确定，并且将自身的方位进行科学合理的判断和确定。换能器与目标距离之间，大多数都是直接通过测定声波的传播时间来对其进行有针对性的判断，同时还会涉及到声速剖面的合理利用，促使波束线得到有效的修正，从而确定相互之间的距离。通过对相关参数的实际情况进行分析以及测定之后，垂直角和距离的测定，基本上可以看出受到声速的影响比较大。在这之中，在针对垂直角进行测量的时候，是其中非常重要的一部分，能够直接对定位的精准度和有效性产生影响[1]。所以，一般大多数的超短基线在定位过程中，其定位系统的构建和具体实施都需要在应答器当中完成，特别是深度传感器的安装，必须要在其中进行，这样有利于促使垂直角本身的测量精准度得到有效提升。超短基线定位系统在实际应用过程中，其测量目标的绝对位置必须要确定，同时还要意识到声基阵的位置、姿态等。为了实现这些环节的有效测定，可以通过GPS技术手段、运动传感器等科学合理的利用，促使其能够实现距离和角度的测量。 超短基线在实际应用过程中，其最大的优势特点之一就是集成系统相对比较低廉，而且在整个操作过程中，操作手法比较容易。只需要一个换能器就可以实现安装，同时还能够保证整个测距精准度的有效性和准确性。但是该系统在应用时，同样存在一些缺点问题，比如在系统安装之后，需要对其进行校准，但是这种校准的准确性很难得到有效落实[2]。 2短基线定位系统的应用 短基线定位系统在实际应用过程中，其一般情况下是由3个以上的换能器相互组合而成，换能器的阵形大多数都是三角形或者是四边形。换能器相互之间的距离一般会超过10m左右，换能器相互之间的关系可以实现有针对性的测定，保证整个测定的精准性和有效性。在具体实施过程中，需要组成声基阵坐标系，该坐标系与船坐标系的相互关系大多数都是通过常规测量方法进行确定，尽可能保证测量数据的准确性和有效性。在针对短基线系统进行测量的时候，测量方式大多数都是直接由一个换能器发射，在发射过程中，所有的换能器都可以接收到。在接收过程中，其可以得到一个斜距观测值，与不同该观测值的多个斜距值。系统在构建以及具体实施过程中，系统可以根据各种不同类型的基阵，与船坐标系实现良好的固定关系，同时在其中还可以配置一些永不传感器观测值，比如GPS、Gyro等。通过这些技术科学合理的利用，不仅能够提供出船的基本位置等，而且还能够从中计算出目标的大地坐标[3]。 短基线定位系统在实际应用过程中，其最大的优势特点之一就是低价的集成系统，而且在操作过程中，其整个操作流程比较简单。在时间测量的基础上，可以保证距离测量的准确性和有效性，与此同时，固定的空间多余测量值具有一定优势。除此之外，换能器的整个体积相对比较小，而且在安装过程中，也能够提供方便快捷的安装方式。 该系统在应用时，虽然优势特点相对比较明显，但是不可避免的仍然会存在很多问题。短基线定位系统要想促使其深水测量达到非常高的精准度，基线长度需要得到有效控制，将其控制在40m以上。除此之外，在针对该系统进行安装和具体利用时，需要对换能器进行严格有效的校准，这样才能够保证良好的使用效果。 3长基线定位系统的应用 长基线系统在实际应用过程中，其主要包括两个环节，其中一个就是安装在船只上的收发器，而另外一个就是已知位置的应答器，该应答器可以直接被固定在海底上。但是需要注意的是，应答器的设置需要至少控制在3个以上。在针对应答器相互之间的距离进行分析时，要将各自之间的距离进行有效的连接，构件成合理的基线，长度控制在上百米或者是几千米之间。与超短基线、短基线相比，其整个长度具有明显的差异性，所以将其称之为长基线定位系统。长基线系统在实际应用过程中，其主要是通过收发器与应答器相互之间距离的准确测量，促使测量过程中的前方或者是后方能够实现交会，并且实现对目标准确合理的定位。也就是长基线定位系统在实际应用过程中，其航海气象与海洋学试题
水声定位基本原理与发展趋势
气泡的声学特性分析
航海气象学与海洋学复习考卷
高精度超短基线在水下定位中的应用
水下吸声覆盖层结构及吸声机理研究进展
航海气象学与海洋学复习习题学习资料
CTSO-C121b《自供电水下声学定位装置》 英文翻译版
第三十九期航海气象与海洋学无限航区上船舶船长
GYROUSBL在深海水下定位中的应用
最新航海气象学与海洋学重点(必考)
水下声学定位系统及其应用研究
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