水聲學(哈爾濱工程大學提供的慕課)

水聲學是哈爾濱工程大學於2017年4月25日首次在中國大學MOOC開設的慕課課程，是國家精品線上開放課程。該課程授課教師是黃益旺。據2020年10月中國大學MOOC官網顯示，該課程已開課8次。

水聲學課程共設計9個章節內容，分別為：聲納方程、海洋的聲學特性、海洋中的聲傳播理論、典型環境中的聲傳播特性、聲波在目標上的反射和散射、海洋中的混響、水下噪聲、聲傳播起伏、期末複習。

課程性質

課程背景

哈爾濱工程大學的水聲學課程是中國較早面向本科生開設的課程，擁有水聲工程國家重點學科、第一批博士點、第一批博士後流動站、水聲技術國家級重點實驗室支撐；擁有自編教材、國家級精品課程和國家精品資源共享課程支撐。

課程定位

水聲學為水聲工程專業核心課程，該課程為非水聲專業本科生報考水聲工程專業碩士研究生創造必要條件，也為水聲工程專業碩士、博士研究生繼續學習水聲方向課程提供必要基礎。

適應專業

水聲學課程適合水聲工程專業學生學習。

開課信息

開課次數	開課時間	學時安排	參與人數
第1次開課	2017年04月25日~2017年07月19日	3-5小時每周	2061
第2次開課	2017年08月28日~2017年11月26日		1125
第3次開課	2018年03月05日~2018年06月10日	3小時每周	1202
第4次開課	2018年09月04日~2018年12月09日	3.5小時每周	1511
第5次開課	2019年03月04日~2019年06月09日	3~5小時每周	1087
第6次開課	2019年08月26日~2019年12月01日		1882
第7次開課	2020年02月17日~2020年05月24日		1811
第8次開課	2020年08月31日~2021年01月02日		待定
參考資料：

課程簡介

水聲學課程講授聲納系統與聲納方程、海洋環境的聲學特性、海洋中的聲傳播理論、目標聲散射、海洋混響、水下噪聲等內容。課程內容含有正波理論和射線聲學理論、規則物體的聲散射分析理論、海面海底的聲散射分析理論，課程揭示聲波在海洋中的傳播規律、分析海洋環境對聲傳播的影響規律等。

課程大綱

01 聲納方程 1.1 水聲學的發展 1.2 水聲學的研究對象 1.3 水聲學的主要套用 1.4 水聲學課程介紹 1.5 聲納系統的概念 1.6 聲納參數（I、II） 1.7 聲納方程 1.8 組合聲納參數 1.9 發射換能器陣的指向性（I、II） 1.10 接收換能器陣的指向性 1.11 陣增益 第1單元測驗 02 海洋的聲學特性 2.1 海水中的聲速 2.2.1 海水中的聲傳播衰減 I 2.2.2 海水中的聲傳播衰減 II 2.3.1 海底的聲散射 2.3.2 海底的聲反射特性 2.3.3 海底沉積物聲速頻散與衰減 2.4 海面的聲學特性 第2單元測驗 03 海洋中的聲傳播理論 3.1 波動方程 3.2 定解條件 3.3 分離變數法 3.4 硬底均勻淺海的簡正波 3.5 硬底均勻淺海聲場 3.6 液態海底均勻淺海聲場 3.7 射線聲學基礎 3.8 射線聲學的基本方程和套用條件 3.9.1 程函方程的不同表示形式 3.9.2 程函方程的套用 3.10 強度方程的物理意義 3.11 射線聲學聲強基本公式 3.12 Snell定律與聲線軌跡 3.13 聲線傳播距離與傳播時間 3.14 波動理論與射線理論的比較 第3單元測驗 04 典型環境中的聲傳播特性 4.1 鄰近海面的水下點源聲場

4.2 表面聲道的聲線參數 4.3.1 表面聲道的聲傳播特性 I 4.3.2 表面聲道的聲傳播特性 II 4.4 深海聲道的聲傳播特性 4.5 深海負梯度與負躍層的聲傳播特性 4.6 硬底均勻淺海聲場的虛源表示 4.7 彈性海底均勻淺海聲場的虛源表示 第4單元測驗 05 聲波在目標上的反射和散射 5.1 剛性大球的目標強度 5.2 潛艇的目標強度 5.3 目標強度的實驗測量方法 5.4 目標回波的形成及特徵 5.5 剛性球體的散射聲場 5.6 彈性球體的散射聲場 5.7 Helmholtz 積分方法 第5單元測驗 06 海洋中的混響 6.1 海洋混響基本概念 6.2 體積混響 6.3 海水中氣泡的聲學特性 6.4 海面混響 6.5 海底混響 6.6 混響的統計特性 6.7 主動聲納方程的套用 第6單元測驗 07 水下噪聲 7.1 噪聲的基本概念 7.2 海洋環境噪聲 7.3 均勻各向同性噪聲空間相關特性 7.4 被動聲納方程的套用 7.5.1 艦船、潛艇和魚雷的輻射噪聲 I 7.5.2 艦船、潛艇和魚雷的輻射噪聲 II 7.6 艦船、潛艇和魚雷的自噪聲 7.7 艦船噪聲控制簡介 第7單元測驗 08 聲傳播起伏 8.1 海水溫度的隨機不均勻性和聲傳播起伏 8.2 介質隨機不均勻性的聲散射引起的聲傳播起伏 8.3 隨機界面上的聲散射和聲傳播起伏 09 期末複習 《水聲學》課程線下期末考試試卷

參考資料：

課前預備

預備知識

（1）大學物理；

（2）高等數學，複變函數，機率論與數理統計，數學物理方法，計算方法；

（3）聲學基礎。

課程教材

書名	作者	ISBN	出版社	出版時間
《水聲學原理（第三版）》	劉伯勝，黃益旺，陳文劍，雷家煜	9787030630117	科學出版社	2019年11月
參考資料：

學習資料

[1]A.D.Waite著，王德石譯.實用聲納工程（第三版）.電子工業出版社，2004.

[2]周福洪.水聲換能器及基陣.國防工業出版社，1984.

[3]Darrell R. Jackson,Michael D. Richardson著，劉保華，闞光明等譯.高頻海底聲學.海洋出版社，2014.

[4]R. J. 尤立克著，洪申譯.水聲原理.哈爾濱船舶工程學院出版社，1989.

[5]汪德昭，尚爾昌.水聲學（第二版）.科學出版社，2013.

[6]海洋氣候聲學測量（ATOC）: Munk W H,Spindel R C,Baggeroer A,Birdsall T G.The Heard Island feasibility test[J]. JASA, 1994,96(4):2330-2342.

[7]聲學學報.科學出版社，1964-，哈爾濱工程大學圖書館報刊閱覽室.

[8]美國聲學學報（The Journal of the Acoustical Society of America）.美國物理聯合會，1929-，哈爾濱工程大學圖書館西文期刊閱覽室.

授課目標

通過學習水聲學課程，使學生掌握聲波在海洋中傳播時的基本現象、規律和機理以及對聲納設備的影響，具備解釋聲傳播現象和解決簡單水聲工程實際問題的能力，培養從事水聲學習和科研工作的專業人才。

課程特色

水聲學課程通過公式推導、案例教學等方式將複雜內容形象化，抽象問題具體化，使得學者通過自學就能夠掌握該課程的主要內容。

所獲榮譽

2019年1月8日，水聲學課程被中華人民共和國教育部認定為“國家精品線上開放課程”。

教師簡介

黃益旺，1975年生，博士，教授，哈爾濱工程大學水聲工程學院水聲工程與聲學專業碩士生指導教師。