声纳原理试题-A卷

1、诚信保证本人知晓我校考场规则和违纪处分条例的有关规定，保证遵守考场规则，诚实做人。本人签字：编号：西北工业大学考试试题（卷）2008 2009学年第一学期开课学院 航海学院课程学时48考试日期2008年12月5日考试时间2 小时考试形式（闭）（A）卷题号-一一二二二-三四五六七总分得分考生班级学号姓名1. （10分）给出被动声纳方程，解释声纳方程中各项参数的物理意义，并画出被动 声纳的基本原理框图。2. （15分）设有一部拖曳式线列阵声纳，采用的水听器阵列由64个无指向性阵元构 成，阵元等间距分布，间距为0.75米（考虑声速为1500m/s）。（a）求当该声纳工作在100Hz、200Hz、50

2、0Hz、1kHz和1.5kHz时该声纳基阵的 指向性指数DI o （10分）（b） 在该声纳的水听器阵列远场垂直于该阵列的方向上，有一个潜艇目标的辐射噪声谱级在1kHz时为110dBo潜艇辐射噪声传播到声纳阵列时的传播损失 是85dB,本地噪声为谱级76dB的平坦谱。水听器阵列接收到该潜艇辐射噪 声后，进行常规波束形成（假设波束指向方向正对目标方向）。试求波束输出在1kHz上的信噪比。（5分）3. （20分）假设一个由N阵元组成的均匀分布直线阵，阵元间距为d,各阵元接收 灵敏度相同。现有位于该直线阵远场的声源，入射到该阵列时可以看作平面波， 且入射方向为，并设该阵列第0个阵元接收到的信号为F（

3、t） Acos（wt） o注：1.命题纸上一般不留答题位置，试题请用小四、宋体打印且不出框。2.命题教师和审题教师姓名应在试卷存档时填写。西北工业大学命题专用纸（a） 试推导该阵列各阵元接收信号直接相加后的输出信号表达式。（10分）（b）写出N元直线阵波束图表达式。（3分）（c） 画出N = 4和N = 5时的波束图（横坐标区域取90 90 ）,要求标出零点 对应的角度位置。（7分）4. （ 10分）设人耳能分辨声强的相对变化量为 g 0.2。现用一个间距为0.75米， 工作于1.5kHz的20元线阵（收发共用）进行最大值定向。（a） 分析在主动探测情况下的定向精度。（5分）（b） 如果采用被

4、动方式定向，分析定向精度。（5分）5. （15分）利用一个单波束声纳测本舰航速，波束俯角为60。设发射信号频率 为fT 500kHz，水中声速为c 1500m/s。若波束前向发射，测得多普勒频移为fd 166.7Hz，求船的水平速度（无纵倾和上下起伏，采用简化公式）。若有纵倾角 3 （无上下起伏），则在不修正的情况下，会带来测速误差v ? （10分）若用两个俯角为60的波束同时发射，纵倾角3 （无上下起伏），fd fdII fdI 166.7Hz，测速误差 v ? （5 分）6. （30分）信号s（t）的模糊函数定义为s(t)s (t )exp( j2 t)dt（a）试推导单频矩形脉冲信号s(

5、t)Aexp(j2 ft)0t 0,T其它的频谱函数和模糊函数。（10分）（b） 求出固有时间分辨力和固有频移分辨力的表达式。（10分）（c）若有一部采用上述信号为发射信号的主动声纳，为了分辨同一方向相距为20m的两个静止点目标，对发射信号脉冲宽度的要求是什么？ （10分）教务处印制声纳原理课程 2008 - 2009学年第一学期 期末考试标准答案和评分标准（A卷）1（ 10分）解：被动声纳方程：SL-TL-（NL-DI）=DTSL是噪声源辐射声源级；TL为传播损失，定量的描述了声波传播一定距离后声强度的衰减的变化;NL为噪声级，是用于度量环境噪声强弱的一个量；0DI为接收指向性指数，即DI1

6、0lg无指向性水听器产生的噪声功率 指向性水听器产生的噪声功率10lg刚好完成某种功能时的信号功率水听器输出的噪声功率被动声纳原理工作框图DI10log N 10log ff0应用范围1.5f。c2d1000 HzDT为检测阈，即DT2（ 15分）解:已知 N 64,d 0.75m,c 1500m/s故（a）200D1110log2L8dB500 DI 3 10log 64 10log - 100018.062 3.01015.052dB1500 DI 5 10log 64 10log 100018.062 1.76119.823dBDI 2 10log 64 10log 100018.062

7、 6.99011.072dB1000 DI 4 10log 64 10log100018.062dB(b)在1kHz时，潜艇的辐射噪声级为110dB,传播损失为85dB,本地噪声级为76dB, 故波束输出时DI 18dB，故DT SL TL (NL DI)110 85 (76 18)33dB3( 20分)解：由题知F0(t) Acos( t) ARee j F1(t) Acos( t ) A|Reej(t ),其中 sinFn(t) Acos( t n ) ARee j( n )S( ,t)Fn(t)i 0IN 1e jn 其中,.N.N.Njn1jN eeeN 1e j 2 11j111ee

8、ej2ej2ej21i 0N1.N sin2ei 0.1sin2.Ns inA 2 cos( t si n-2.Nj( t n 1 ) sin则 S( ,t) ARee2si n-2若对S( ,t)的幅度归一化，可得指向性函数:N=4和N=5时的波束图R().Nsin2sin(-sin )-220时23.580, 53.130零点位置：N=4时300, 900N=54( 10分)解：主动探测时,D(sin N 2，I()Nlsin2k D4(),I( ) 4k D3( ) D()I()I()4k D3( ) D(k D4()4| D()D()0时,I()I()4(1 D()因为sin x3xx

9、 一 3!5Ulicos则D(1 j N d cosN dcos I)311ZN d3片)2则g0.0116 0.6661严)2 2()2被动探测时，1( ) k|D2()I( ) k|2D( ) D()k|D2()2 D()D()2(1-D()1 N d 2 g 3()0.01640.9425 (15分)解:单波束前向发射时,2Vxcos，则VxfTC2V； cos( )C，C2 fT cos0.5m/ s ( 5 分)当有纵倾角时，fdfT|fd2 fT cos(0.459m /s则 V Vx Vx0.04m/s ( 5 分)双波束同时向前后发射时fdVxC41 fT cos0.25m/

10、s当有纵倾角时，fdHf2V；COS() ffTC ，Tdif2V；cos()fTCfd fdn fdifTcos cos( ),C4 fT cos cos( )0.250343 m/sV V Vxx x0.000343m/s(5 分)6 (30分)解:(a)令信号的幅度为1，模糊函数为s(t)|s*(t)|exp( j2t)dt|当 | | T 时，|x(,)| 0单频矩形脉冲s tAexp(02 f0t) t其0J的模糊函数为Ta2!e j2fote j2 tdtej2A2dtj2(Tj2j2- t(T )ejj2(T )1e(T )故综上可得单频矩形脉冲的模糊函数为(,)=A2SnL?(T | |) (5分)=A2迥(T帀) (T )01 (,)TA2| ej2 冷 j2 tdt= A2Sin (T )(T ) (T )频谱函数为S(f) AT(需要有推导过程)(5分)(b )模糊度图与时延轴两个交点间的时延差定义为信号的固有的时延分辨力2 o。取 =0的截面有x( ,0) T | |当 x( ,0)0.707T 时，解得 | | 0.3T( 5 分)模糊度图与频移轴两个交点间的频移差定义为信号的和固有频移分辨力2 0，取0得截面有0,sin