2008-水声学原理试题+答案

1、* * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * 装 订 线 * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * *中 国 海 洋 大 学 命 题 专 用 纸（首页）2007/08学年第 2学期 试题名称 ： 水声学原理 a 共 2页 第 1 页 专

2、业年级 海洋技术 学号 姓名 授课教师 宋志杰 分数 一、 声波在海水中传播时其声强会逐渐减少。（1）说明原因；（2）解释什么叫物理衰减？什么叫几何衰减？（3）写出海洋中声传播损失的常用tl表达式，并指明哪项反映的主要是几何衰减，哪项反映的主要是物理衰减；（4）试给出三种不同海洋环境下的几何衰减的tl表达式。（20分）二、声速分布如下左图，声源位于深度h处，以出射的声线在深度上翻转，已知，求水平距离x。（）（15分）三、用主动声呐探测放置在海底，半径为0.5米的刚性球；收发合置换能器距该球200米，收发合置换能器等效束宽为0.1弧度；查表知该处海底的散射强度为-20分贝；若信号脉冲宽度=5毫秒

3、，求：接收信号的信混比。（海水中声速c=1500m/s；声波球面扩展，不计海水声吸收）（20分）授课教师宋志杰命题教师或命题负责人签字院系负责人签字年 月 日中 国 海 洋 大 学 命 题 专 用 纸（附页1）2007/08学年第 2 学期 试题名称 ：水声学原理 （a） 共 2 页 第 2 页四、已知：甲船，其辐射噪声谱密度级如右图；乙船用被动声呐探测甲船，该声呐系统工作通带为：500hz2000hz；全指向性接收器；能量检测工作方式，当信噪比大于6db时，认为检测到目标；若来自海洋环境噪声和乙船自噪声的总干扰噪声各向同性并且为均匀谱密度分布，在接收器处其噪声谱密度级为70db（0db=）；

4、试求：（1）乙船接收到甲船噪声信号级；（2）乙船接收的干扰噪声级；（3）乙船探测到甲船的最远距离（计算中取：声波球面扩展；不计海水声吸收）；（4）为增大探测到甲船的距离，乙船的被动声呐应如何改进设备参数。（20分）目标回声应答器脉冲测量端水听器接收信号入设脉冲应答器脉冲目标端水听器接收信号3db18db第四题示意图五、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？(25分)* * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * *

5、* * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * 装 订 线 * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * *中 国 海 洋 大 学 命 题 专 用 纸（首页）2007/08学年第 2 学期 试题名称 ： 水声学原理（b） 共 1页 第 1 页 专业年级 海洋技术 学号 姓名 授课教师 宋志杰 分数 1 用主动声呐探测放置在海底，半径为0.5米的刚性球；收发合置换能器距该球200米，收发合置换能器等效

6、束宽为0.1弧度；查表知该处海底的散射强度为-20分贝；若信号脉冲宽度=5毫秒，求：接收信号的信混比。（海水中声速c=1500m/s；声波球面扩展，不计海水声吸收）（20分）2同上题，若该声呐发射声源级190分贝；干扰噪声为各向同性，其均匀噪声谱级为70分贝，声呐工作带宽200hz，接收器等效束宽为0.1弧度，求：接收信号的信噪比。并分别讨论：为提高接收信号的信混比应如何改变声呐系统的参数？为提高接收信号的信噪比应如何改变声呐系统的参数？（20分）3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？舰船噪声的噪声源主要有哪些？并请分别说明各种噪声源噪声的频谱特性。又若某船辐射噪声强度

7、与航速的3次方成正比，问，当航速由v变为2v时，噪声强度级增加多少分贝？（20分）4 写出射线声学的两个基本方程和射声线声学的适用条件。水平分层介质中的“程函方程”表示如何？；若海水中声速分布如下图，试画出几条典型声线轨迹图。（20分）5若直接测量法布置为：在开阔水域，点声源辐射器，无指向性接收器和被测物体依次排列，间距分别为r1，r2；（r2>>d2/；d：被测物体最大线度；：声波波长）。接收器接收的点声源辐射声压幅值为pi，接收的被测物体散射声压幅值为ps。问：被测物体的目标强度（ts值）如何计算？（声波球面扩展，不计海水声吸收）（20分）授课教师宋志杰命题教师或命题负责人签字

8、院系负责人签字年 月 日水声学原理课程试题a答案一、 声波传播时强度衰减原因：声波在传播过程中，波阵面逐渐扩展；海水介质的吸收和海水介质中不均匀性的散射。物理衰减是指声波的机械能转变成其它形式的能量引起的声波衰减。几何衰减是指声波传播中波阵面扩张引起声强减少。海洋中传播损失表达式为：，前一项为几何衰减，后一项为物理衰减。 开阔水域适用 表面声道和深海声道中适用 计及海底吸收时浅海均匀声道适用 偶极子声源远场适用.二、 三、主动声呐信号级：主动声呐等效平面波海底混响级：信混比：四、（1）信号级：sltl，其中sl=10lg(i/iref)；i=i1+i2，（2）干扰级：nldi其中：（3）被动声

9、呐方程：，其中：；。有：；。（4）为提高探测距离，应改进声呐的设备参数：降低检测阈dt；减小接收束宽；选择工作带宽和频段使sl-nl值尽量大；对于此题，声呐工作频段左移，可提高声呐探测距离。五、 e1= sl-2tl+ts e2=r2-tl r2=sl-tl r1-r2=b e1-e2=a 推出ts=b-a=15db.水声学原理课程试题b答案1主动声呐信号级：主动声呐等效平面波海底混响级：信混比：2信号级：其中：，噪声干扰级：其中：，信噪比：若提高信混比，需减小脉冲宽度和等效束宽。若提高信噪比，需增加声源级和指向性指数，减小频带宽度。3（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

10、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。（4）当航速由v变为2v，噪声强度增加，4（1）波动方程：声压解的形式：其中，程函：在条件下，可得程函方程：强度方程：（2）适用条件：介质中声速（或折射率n）在波长范围内相对变化很小；声波强度在波长范围内变化很小。一般射线声学适合高频远场。（3）水平分层介质中，程函方程可表述为snell定律，即在同一条声线不同位置的水平出射角度与该点的声速由关系：常数。（4）典型声线轨迹图5“直接测量法”测量水下目标强度（其它略）：布