课程大纲

课程大纲

计算海洋声学

课程编码:070200M02037H 英文名称:Computational Ocean Acoustics 课时:54 学分:3.00 课程属性:一级学科普及课 主讲教师:骆文于等

教学目的要求
本课程为声学及其相关专业研究生的专业课,也可作为其他学科的选修课。本课程主要讲述声波在分层海洋波导中的传播理论,以及常用的水下声场计算方法,如波数积分方法、简正波方法、抛物方程方法等。通过本课程的学习,要求学生掌握水下声传播的基本规律和常用的水下声场计算方法,能够利用学到的数值计算方法开发实用的水下声场计算模型。

预修课程
高等数学、普通物理

大纲内容
第一章 绪论
(教学重点:介绍计算海洋声学的研究内容、发展历史,以及课程总体安排和要求。) 3学时
第1节 计算海洋声学的研究内容
第2节 计算海洋声学发展历史
第3节 课程总体安排
第二章 计算海洋声学基础
(教学重点:首先介绍海洋环境;然后描述性介绍计算海洋声学涵盖的研究方向,为后续学习奠定基础。) 3学时
第1节 海洋声学预备知识
第2节 海洋中的声传播
第3节 体积吸收
第4节 海底损失
第5节 边界与体积散射
第6节 环境噪声
第7节 声传播模型
第三章 波传播理论
(教学重点:首先由流体动力学理论推导出声波动方程,进而推导出Helmholtz方程,然后介绍声波在不同介质中的传播规律,为接下来要学习的几种具体水下声场计算方法打好基础。) 9学时
第1节 波动方程
第2节 Helmholtz方程
第3节 均匀介质
第4节 分层介质与波导
第5节 深海波导
第四章 波数积分方法
(教学重点:介绍计算水下声场的波数积分方法。该方法与下面一章将要介绍的简正波方法数学基础完全相同,只是在计算积分时采用了不同的技术。这一章将重点介绍如何求解深度方程,尤其是全局矩阵方法,并与传统的传播矩阵方法进行比较。此外,还将介绍波数积分方法的数值实现过程。) 12学时
第1节 数学推导
第2节 深度方程的数值解
第3节 反射系数
第4节 波数积分
第5节 数值算例
第五章 简正波方法
(教学重点:简正波方法是海洋声学中的一个非常重要的方法。首先利用分离变量法推导出简正波方程,然后利用理想波导问题演示简正波方法的基本特征。本章还将介绍对一般分层介质如何用数值方法获得简正波解。此外,还将简要介绍耦合简正波理论及其在求解水平变化波导问题中的应用。) 12学时
第1节 数学推导
第2节 Green函数的简正波展开
第3节 等声速问题
第4节 深海问题
第5节 简正波扰动理论
第6节 水平变化环境中的简正波
第7节 数值算例
第六章 抛物方程方法
(教学重点:首先介绍抛物方程方法的基本理论,并从理论上分析该方法相位误差与角度限制的原因,然后介绍该方法最近的研究进展,最后演示如何利用该方法求解水平变化波导中的声传播问题。) 9学时
第1节 推导抛物方程
第2节 初始场
第3节 利用FFT的解
第4节 抛物方程方法的能量守恒问题
第5节 数值算例
第七章 宽带建模技术
(教学重点:在线性声学框架下,基本上有两种方法可模拟宽带信号在海洋波导中的频散。一种方法是利用Fourier合成技术求解脉冲传播问题,该方法的优点是我们可以直接利用前面介绍的声场计算方法。另一种方法是直接在时域求解脉冲传播问题。本章将以Fourier合成方法为主,介绍脉冲在海洋中传播的主要特征。) 3学时
第1节 频域解的Fourier合成
第2节 时域解
第3节 数值算例
第八章 目前流行的水下声传播模型的使用、比较与分析
(教学重点:介绍如何利用现有的水下声传播模型计算水下声场,通过具体算例比较、分析各个模型的优缺点。) 3学时
第1节 几种现有模型的使用方法
第2节 数值算例与比较分析

参考书
1、 Fundamentals of Ocean Acoustics (third Ed.) L. M. Brekhovskikh etc. 2003 Springer

课程教师信息
骆文于,2001-2007年在麻省理工学院机械工程系攻读博士学位。在此期间,于2005年取得海洋工程系硕士学位、电子工程和计算机科学系硕士学位,并于2007年取得机械工程系博士学位,导师为Henrik Schmidt教授。
于2007年至2009年在麻省理工学院机械工程系做博士后研究工作。于2010年至今在中国科学院声学研究所工作,职称为研究员。
研究方向主要为水下声传播理论、复杂海洋波导中声传播问题的数值解法、并行计算、海洋环境噪声等。