### 多波束声纳和声学原理知识点详解
#### 一、声速在水中的变化因素
在探讨多波束声纳之前，首先需要理解声速在水中的基本变化规律。声速受到多种因素的影响，主要包括盐度、温度和压力。
- **盐度**：每增加1ppt（parts per thousand）的盐度，声速大约增加1.3m/s。
- **温度**：温度每升高1°C，声速增加约3m/s。
- **压力**：压力的变化对声速也有显著影响，大约165米深度的压力变化相当于温度变化1°C所带来的影响。
这些因素导致了海洋中不同区域声速的差异，进而对声纳系统的设计和使用提出了挑战。
#### 二、典型海洋声速剖面
典型的海洋声速剖面展示了声速随水深的变化趋势：
1. **表面层**：接近海面，声速受温度影响较大。
2. **季节性温跃层**：声速因温度急剧下降而变化。
3. **永久性温跃层**：位于较深处，声速稳定，但比表面层慢。
4. **深部等温层**：声速相对稳定且较高。
这种剖面结构对声波的传播路径和强度分布有着重要的影响。
#### 三、声波的传播损失
声波在水中的传播会遭受多种形式的损失，包括扩展损失、衰减等。
- **扩展损失**：随着传播距离的增加，声波能量在更大的面积上分散，导致声强减弱，通常以30logDB来表示。
- **衰减**：
- **吸收**：声能转化为热能，与介质成分、声波频率等有关。
- **散射**：声波与水中颗粒相互作用而改变方向。
- **反射**：声波从不同介质界面反弹回来。
#### 四、吸收和散射
- **吸收**：水中含有的特定化学物质如MgSO4和MgCO3会影响声波的吸收程度。此外，声波频率、水温和盐度也会影响吸收效果。
- **散射**：当声波遇到不同的物体时会发生散射现象，如水面、水底、有机颗粒、海洋生物等。散射的能量大小取决于障碍物的尺寸、密度、浓度及声波频率。
#### 五、反射与海底吸收
- **反射**：根据反射物体的不同，可以分为水面反射、水体反射和水底反射。
- **海底吸收**：声波到达海底时会被部分吸收，其吸收程度随声波频率和入射角度的增加而增加。
#### 六、背景噪音
- **自身噪音**：由声纳设备本身及其所在船舶的操作产生的噪音。
- **环境噪音**：来源于外部环境，如水流、其他船只、生物活动等。
#### 七、普通声纳原理
- **点源**：声波从一个点向外辐射。
- **声纳方程**：描述声纳工作原理的基本公式。
- **单波束测深仪的局限性**：传统单波束声纳只能提供单一的垂直测深数据，无法获取水平方向上的信息。
- **波束导向**：通过控制发射和接收信号的方向来实现目标定位。
- **束控技术和波束形成**：采用先进的信号处理技术提高声纳系统的分辨率和性能。
### 总结
多波束声纳是一种高级的海洋探测技术，它能够同时生成多个波束，从而在短时间内获得大面积海底地形图。通过对声速变化、声波传播特性以及声纳工作原理的深入理解，我们可以更好地应用这项技术进行海洋资源勘探和科学研究。
