知识窗▏刘伯胜等：声源级、传播损失、目标强度等声呐参数的定义及计算

一、主、被动声呐的声源级

⒈主动声呐的声源级SL

⑴声源级的定义

主动声呐的声源级用来描述它发射声信号的强弱，它定义为：

⑴

式中，I是发射器(发射换能器或发射换能器阵)声轴方向上，离声源声中心单位距离(通常为1m)处的声强；I₀是参考声强。水声中，将均方根声压为1微帕(写为1μPa)的平面波的声强取作参考声强I₀，它约等于6.67×10^－19W/m²。以下如无特别说明，参考声强均指此值。

⑵声源级与发射器辐射声功率的关系

发射器的声源级反映了发射器辐射声功率的大小，它们之间有着简单的函数关系。设在无吸收的介质中有一个辐射声功率为P_a(W)的点声源，根据声学基础知识可知，距此声源声中心单位距离处的声强为：

I_r－1＝P_a/(4π)(W/m²)   ⑵

将式⑵代入式⑴，并注意到I₀≈6.67×10^－19W/m²，则可得到：

SL＝101gP_a＋170.77    ⑶

式⑶)给出了无指向性声源辐射声功率与声源级SL之间的关系。

对于一个发射声功率为P、指向性指数为DIr的指向性发射器，根据指向性指数的定义及式⑶，其声源级表示为：

SL＝101gP_a＋170.77＋DI_T    ⑷

由式⑷可知，只要知道发射器的辐射声功率和发射指向性指数，就能方便地得到该发射器的声源级。

目前，船用声呐的辐射声功率范围为几百瓦到几十千瓦，发射指向性指数为10～30dB，相应的声源级范围为210～240dB。

为了增大主动声呐的作用距离，一个有效途径是提高声源级，至少让声源级大到噪声背景下的作用距离不小于混响限制距离。但是，增大主动声呐的辐射声功率，除遇到这种原理上的困难外，还将受到空化效应和互作用效应的限制。

⒉被动声呐的声源级SL₁

图1 被动声呐信息流程示意图

由图1可知，被动声呐本身并不辐射声信号，它是接收被测目标的辐射噪声来探测该目标的，因此目标的辐射噪声就是被动声呐的声源。工程上，也用声源级来描述目标辐射噪声的强弱，它被定义为水听器声轴方向上，离目标声中心单位距离处的目标辐射噪声强度I_N和参考声强I₀之比(单位为分贝)：

SL₁＝101g(I_N/I₀)   ⑸

虽然SL₁也称为声源级，但它只适用于被动声呐。

关于声源级SL₁，需要注意以下两点：首先，目标辐射噪声强度的测量应在目标的远场进行，并修正至目标声中心1m处；其次，式⑸中的I_N指的是接收设备工作带宽△f内的噪声强度。如带宽△f内的噪声强度是均匀的，则定义量SL₂

SL₂＝101g(I_N/I₀△f)    ⑹

称为辐射噪声谱级，它也是一个广为采用的物理量。

二、传播损失TL

海水介质是一种不均匀的非理想介质，由于介质本身的吸收、声传播过程中波阵面的扩展及海水中各种不均匀性的散射等原因，声波在传播过程中，传播方向上的声强将会逐渐减弱，传播损失TL定量地描述了声波传播一定距离后声强的衰减变化，它定义为

TL＝101g(I₁/I_r)    ⑺

式中，I₁是离声源声中心单位距离(1m)处的声强；I_r是距声源r处的声强。式⑺定义的传播损失TL值总为正值。

三、目标强度TS

主动声呐是利用目标回波来探测该目标的。由声学基础知识可知，目标回波的特性除和声波本身的特性如频率、波形等因素有关外，还与目标自身的特性，如几何形状、组成材料等有关，也就是说，即使是在同样的入射波“照射”下，不同目标的回波也将是不一样的。这一现象反映了目标声反射特性的差异。水声技术中，用目标强度TS定量描述目标声反射能力的强弱，它定义为

⑻

式中，I_i是目标处入射平面波的强度；I_r|_r＝1是在入射声波相反方向上、离目标等效声中心1m处的回声强度。

目标强度是空间方位的函数。在空间的不同方位，目标的回声强度是不一样的，因而目标强度也是不一样的。本书约定，如无特别说明，回波所指为入射方向相反方向上的回声，称为目标反向回波。

目标强度除和声波入射方向有关外，还和目标几何形状、组成材料等有关。这里需要特别说明，工程上往往遇到TS＞0的情况，这并不表示回声强度大于入射声强度，其原因仅是参考距离选用1m所致。

四、海洋环境噪声级NL

海水介质中，存在着大量的、各种各样的噪声源，它们各自发出的声波构成了海洋环境噪声。这种环境噪声，对声呐设备的工作无疑是一种干扰。环境噪声级NL就是用来度量环境噪声强弱的一个量，它定义为

NL＝101g(I_N/I₀)   ⑼

式中，I₀是参考声强；I_N是测量带宽内的噪声强度。如测量带宽为1Hz，则这样的NL称为环境噪声谱级，它是工程上的一个常用量。

海洋环境噪声是一个随机量，为了工程上的方便，往往将其假定为平稳的、各向同性的，并具有高斯型分布函数。这仅是一种近似处理，实际的海洋环境噪声并不严格满足以上假定。

五、等效平面波混响级RL

对于主动声呐，除了环境噪声是背景干扰外，混响也是一种背景干扰。为了定量描述混响干扰的强弱，引入参数等效平面波混响级RL。设有强度为I的平面波，轴向入射到水听器上，水听器输出某一电压值；如将此水听器移置于混响场中，使它的声轴指向目标，在混响声的作用下，水听器也输出一个电压。如果这两种情况下水听器的输出恰好相等，那么，就用该平面波的声强级来度量混响场的强弱，并定义等效平面波混响级RL:

NL＝101g(I_N/I₀)  ⑽

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