水声学原理考试试卷及参考答案

大连理工大学研究生院2011/2012学年第二学期期末考试试卷及标准答案考试科目《水声学原理》考试时间100分钟考试形式开卷班级姓名学号题号12345678910总得分阅卷人得分试题说明：本试卷共10道题，每题10分，满分100分。请将答案写在答题纸上，考试完毕后请将试卷和答题纸一并交回。1.（10分）声纳有哪两种工作方式？试分别画出这两种方式的信息流程图。2.（10分）增加主动声纳的发射功率，能否提高其作用距离，为什么？如能提高，若其他条件不变，发射功率增大一倍，试问声纳作用距离如何变化？3.（10分）试画出典型的海洋声速分布图，并说明表面声道和深海声道的形成原因。4.（10分）若海水中的声速分布如下图，试画出几条典型声线轨迹图。5.（10分）声速分布如下左图所示，已知H，z0，cs，a1，a2和0求x。CsCHza1a2Hzz0x0x6.（10分）一只声呐换能器的声源级为120dB。问从一个距离为1000m，半径为40m的球形物体上返回的回波信号强度是多少？7.（10分）简述实验测量水下物体目标强度（TS值）的“应答器法”，给出有关计算式，测量中应注意哪些问题才能保证测量的准确？8.（10分）已知水面船作匀速直线运动，船底的换能器以夹角向海底发射声波，频率为f0，收得海底回声信号的频率为fr，求该船的航行速度v。Vf0fr水面海底9.（10分）根据混响场特性不同，混响分为哪几类？它们各自产生的混响源是什么？试写出这几类混响的等效平面波混响级的理论公式。10.（10分）为何在水下噪声研究中将舰船噪声分为舰船辐射噪声和舰船自噪声？写出舰船辐射噪声的噪声源，并说明它们的频率特性及在辐射噪声中起的作用。大连理工大学研究生院2011/2012学年第二学期期末考试试卷及标准答案标准答案：1.答：声纳按照工作方式可以分为两类，主动声纳和被动声纳。它们的信息流程图分别为：(1)主动声纳：(2)被动声纳：2.答：(1)能否提高作用距离要看何种背景干扰起主要作用。如果背景干扰以环境噪声为主，则可提高作用距离，若背景干扰以混响为主，则不能提高作用距离。原因在于前者信噪比会增大而后者信混比不变。根据声纳方程，前者作用距离会随之提高而后者不变。(2)如能提高则环境噪声为主要背景干扰，则相应的声纳方程为：SL-2TL+TS-(NL-DI)=DT设发射功率增大前后的声纳参数分别标号为1和2，则有SL1-2TL1+TS1-(NL1-DI1)=DT1(a)SL2-2TL2+TS2-(NL2-DI2)=DT2(b)将上述两式相减可得，SL2-2TL2+TS2-(NL2-DI2)-(SL1-2TL1+TS1-(NL1-DI1))=DT2-DT1考虑到除声源级外其他参数均保持不变，则有SL2-2TL2-(SL1-2TL1)=0进一步化简可得SL2-SL1=2(TL2-TL1)由声功率与声源级以及传输损失与作用距离的关系式可知，这里假定球面波传输损失，则有2=P2/P1=(r2/r1)4,所以r2/r1=21/4即功率增大一倍，作用距离增大21/4倍。3.答：(1)典型的海洋声速分布有：信号源发射机发射阵判别、显示处理器接收阵目标接收信号海水发射信号判决、识别处理器接收阵目标噪声海水大连理工大学研究生院2011/2012学年第二学期期末考试试卷及标准答案(a)深海声道(b)表面声道(c)负梯度声道(d)浅海负梯度声道(2)表面声道和深海声道形成的原因分别为：(a)在秋冬季节，由于海洋中湍流和风浪对表面海水的搅拌作用，在海表面下形成一定厚度的温度均匀的混合层（等温层）。在层内温度均匀，压力随深度增加，声速呈正梯度分布。(b)在海洋表面受到阳光照射时，水温较高，但有受到风雨的搅拌作用，形成海洋表面等温层。在深海的等温层，声速随海洋深度增加，呈声速正梯度变化。在表面等温层和深海等温层存在一个声速变化的过渡区域，这一过渡区主要呈现温度随深度下降的趋势。4.答：典型的声线如下图所示：5.答：21xxx2001HtgHzx22SHtgHxHaCCSH11HzaCCH0201ssHHCCC/cos/cos/cos00HzaHas021011coscosHzaH0201coscos6.答：由声纳方程可知，回声信号强度为EL=SL-2TL+TS又TL=rlg20TS=4lg102aZmZc0cchZmZcZcZc大连理工大学研究生院2011/2012学年第二学期期末考试试卷及标准答案所以EL=120-2×1000lg20+440lg102=46dB7.答：“应答法”的测量示意图如下：这种方法的主要原理是在待测目标上安装水听器和应答器各一个，应答器接收声源辐射声脉冲后也辐射声脉冲，水听器先后接收声源和应答器发射的脉冲信号，设它们的声级差为B分贝。在水面船上安装发射器和水听器，水听器接收目标回声和应答器所辐射的脉冲声信号，设它们的声级差为A分贝。其中B=(声源辐射声压级-TL)-应答器辐射声压级，A=(声源辐射声压级-2TL+TS)-(应答器辐射声压级-TL),则待测目标强度值TS=B-A。要保证测量值准确，需要注意如下几点：第一，声源与目标以及目标与水听器之间的距离要满足远场条件；第二，应保证自由场条件；第三，合理选取发射信号脉冲宽度。8.答：考虑多普勒效应，回声信号频率cVffrcos210cos200fCffVr9.答：根据混响场特性不同划分三类：(1)体积混响：海水中流砂粒子、海洋生物，海水本身的不均匀性等对声波散射所形成的混响。(2)海面混响：海面的不平整性和波浪形成的气泡层对声波散射所形成的混响。(3)海底混响：海底及其附近散射体形成的混响。三类混响等效平面波混响级理论公式分别为：10.答：（1）舰船噪声对声呐作用有两种：一个作为它舰被动声呐探测目标的声源，另一个作为本舰声呐的干扰。这表现在声呐方程中：前者为被动声呐方程的声源级（SL），后者表现为干扰噪声（NL）的一部分。并且舰船辐射噪声和舰船自噪声的性质也不同。因而舰船噪声分为舰船辐射噪声和舰船自噪声。（2）舰船辐射噪声源有：机械噪声、螺旋桨噪声和水动力噪声三种。（3）舰船噪声的谱特性：连续谱上迭加线谱。