2008-水聲學(xué)原理試題+答案

1、* * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * 裝 訂 線 * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * *中 國(guó) 海 洋 大 學(xué) 命 題 專 用 紙（首頁(yè)）2007/08學(xué)年第 2學(xué)期 試題名稱 ： 水聲學(xué)原理 a 共 2頁(yè) 第 1 頁(yè) 專

2、業(yè)年級(jí) 海洋技術(shù) 學(xué)號(hào) 姓名 授課教師 宋志杰 分?jǐn)?shù) 一、 聲波在海水中傳播時(shí)其聲強(qiáng)會(huì)逐漸減少。（1）說(shuō)明原因；（2）解釋什么叫物理衰減？什么叫幾何衰減？（3）寫出海洋中聲傳播損失的常用tl表達(dá)式，并指明哪項(xiàng)反映的主要是幾何衰減，哪項(xiàng)反映的主要是物理衰減；（4）試給出三種不同海洋環(huán)境下的幾何衰減的tl表達(dá)式。（20分）二、聲速分布如下左圖，聲源位于深度h處，以出射的聲線在深度上翻轉(zhuǎn)，已知，求水平距離x。（）（15分）三、用主動(dòng)聲吶探測(cè)放置在海底，半徑為0.5米的剛性球；收發(fā)合置換能器距該球200米，收發(fā)合置換能器等效束寬為0.1弧度；查表知該處海底的散射強(qiáng)度為-20分貝；若信號(hào)脈沖寬度=5毫秒

3、，求：接收信號(hào)的信混比。（海水中聲速c=1500m/s；聲波球面擴(kuò)展，不計(jì)海水聲吸收）（20分）授課教師宋志杰命題教師或命題負(fù)責(zé)人簽字院系負(fù)責(zé)人簽字年 月 日中 國(guó) 海 洋 大 學(xué) 命 題 專 用 紙（附頁(yè)1）2007/08學(xué)年第 2 學(xué)期 試題名稱 ：水聲學(xué)原理 （a） 共 2 頁(yè) 第 2 頁(yè)四、已知：甲船，其輻射噪聲譜密度級(jí)如右圖；乙船用被動(dòng)聲吶探測(cè)甲船，該聲吶系統(tǒng)工作通帶為：500hz2000hz；全指向性接收器；能量檢測(cè)工作方式，當(dāng)信噪比大于6db時(shí)，認(rèn)為檢測(cè)到目標(biāo)；若來(lái)自海洋環(huán)境噪聲和乙船自噪聲的總干擾噪聲各向同性并且為均勻譜密度分布，在接收器處其噪聲譜密度級(jí)為70db（0db=）；

4、試求：（1）乙船接收到甲船噪聲信號(hào)級(jí)；（2）乙船接收的干擾噪聲級(jí)；（3）乙船探測(cè)到甲船的最遠(yuǎn)距離（計(jì)算中?。郝暡ㄇ蛎鏀U(kuò)展；不計(jì)海水聲吸收）；（4）為增大探測(cè)到甲船的距離，乙船的被動(dòng)聲吶應(yīng)如何改進(jìn)設(shè)備參數(shù)。（20分）目標(biāo)回聲應(yīng)答器脈沖測(cè)量端水聽(tīng)器接收信號(hào)入設(shè)脈沖應(yīng)答器脈沖目標(biāo)端水聽(tīng)器接收信號(hào)3db18db第四題示意圖五、簡(jiǎn)述實(shí)驗(yàn)測(cè)量水下物體目標(biāo)強(qiáng)度（ts值）的“應(yīng)答器法”，給出有關(guān)計(jì)算式，測(cè)量中應(yīng)注意哪些問(wèn)題才能保證測(cè)量的準(zhǔn)確？(25分)* * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * *

5、* * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * 裝 訂 線 * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * *中 國(guó) 海 洋 大 學(xué) 命 題 專 用 紙（首頁(yè)）2007/08學(xué)年第 2 學(xué)期 試題名稱 ： 水聲學(xué)原理（b） 共 1頁(yè) 第 1 頁(yè) 專業(yè)年級(jí) 海洋技術(shù) 學(xué)號(hào) 姓名 授課教師 宋志杰 分?jǐn)?shù) 1 用主動(dòng)聲吶探測(cè)放置在海底，半徑為0.5米的剛性球；收發(fā)合置換能器距該球200米，收發(fā)合置換能器等效

6、束寬為0.1弧度；查表知該處海底的散射強(qiáng)度為-20分貝；若信號(hào)脈沖寬度=5毫秒，求：接收信號(hào)的信混比。（海水中聲速c=1500m/s；聲波球面擴(kuò)展，不計(jì)海水聲吸收）（20分）2同上題，若該聲吶發(fā)射聲源級(jí)190分貝；干擾噪聲為各向同性，其均勻噪聲譜級(jí)為70分貝，聲吶工作帶寬200hz，接收器等效束寬為0.1弧度，求：接收信號(hào)的信噪比。并分別討論：為提高接收信號(hào)的信混比應(yīng)如何改變聲吶系統(tǒng)的參數(shù)？為提高接收信號(hào)的信噪比應(yīng)如何改變聲吶系統(tǒng)的參數(shù)？（20分）3為何在水下噪聲研究中將艦船噪聲分為艦船輻射噪聲和艦船自噪聲？艦船噪聲的噪聲源主要有哪些？并請(qǐng)分別說(shuō)明各種噪聲源噪聲的頻譜特性。又若某船輻射噪聲強(qiáng)度

7、與航速的3次方成正比，問(wèn)，當(dāng)航速由v變?yōu)?v時(shí)，噪聲強(qiáng)度級(jí)增加多少分貝？（20分）4 寫出射線聲學(xué)的兩個(gè)基本方程和射聲線聲學(xué)的適用條件。水平分層介質(zhì)中的“程函方程”表示如何？；若海水中聲速分布如下圖，試畫出幾條典型聲線軌跡圖。（20分）5若直接測(cè)量法布置為：在開闊水域，點(diǎn)聲源輻射器，無(wú)指向性接收器和被測(cè)物體依次排列，間距分別為r1，r2；（r2>>d2/；d：被測(cè)物體最大線度；：聲波波長(zhǎng)）。接收器接收的點(diǎn)聲源輻射聲壓幅值為pi，接收的被測(cè)物體散射聲壓幅值為ps。問(wèn)：被測(cè)物體的目標(biāo)強(qiáng)度（ts值）如何計(jì)算？（聲波球面擴(kuò)展，不計(jì)海水聲吸收）（20分）授課教師宋志杰命題教師或命題負(fù)責(zé)人簽字

8、院系負(fù)責(zé)人簽字年 月 日水聲學(xué)原理課程試題a答案一、 聲波傳播時(shí)強(qiáng)度衰減原因：聲波在傳播過(guò)程中，波陣面逐漸擴(kuò)展；海水介質(zhì)的吸收和海水介質(zhì)中不均勻性的散射。物理衰減是指聲波的機(jī)械能轉(zhuǎn)變成其它形式的能量引起的聲波衰減。幾何衰減是指聲波傳播中波陣面擴(kuò)張引起聲強(qiáng)減少。海洋中傳播損失表達(dá)式為：，前一項(xiàng)為幾何衰減，后一項(xiàng)為物理衰減。 開闊水域適用 表面聲道和深海聲道中適用 計(jì)及海底吸收時(shí)淺海均勻聲道適用 偶極子聲源遠(yuǎn)場(chǎng)適用.二、 三、主動(dòng)聲吶信號(hào)級(jí)：主動(dòng)聲吶等效平面波海底混響級(jí)：信混比：四、（1）信號(hào)級(jí)：sltl，其中sl=10lg(i/iref)；i=i1+i2，（2）干擾級(jí)：nldi其中：（3）被動(dòng)聲

9、吶方程：，其中：；。有：；。（4）為提高探測(cè)距離，應(yīng)改進(jìn)聲吶的設(shè)備參數(shù)：降低檢測(cè)閾dt；減小接收束寬；選擇工作帶寬和頻段使sl-nl值盡量大；對(duì)于此題，聲吶工作頻段左移，可提高聲吶探測(cè)距離。五、 e1= sl-2tl+ts e2=r2-tl r2=sl-tl r1-r2=b e1-e2=a 推出ts=b-a=15db.水聲學(xué)原理課程試題b答案1主動(dòng)聲吶信號(hào)級(jí)：主動(dòng)聲吶等效平面波海底混響級(jí)：信混比：2信號(hào)級(jí)：其中：，噪聲干擾級(jí)：其中：，信噪比：若提高信混比，需減小脈沖寬度和等效束寬。若提高信噪比，需增加聲源級(jí)和指向性指數(shù)，減小頻帶寬度。3（1）艦船噪聲對(duì)聲吶作用有兩種：一個(gè)作為它艦被動(dòng)聲吶探測(cè)目

10、標(biāo)的聲源，另一個(gè)作為本艦聲吶的干擾。這表現(xiàn)在聲吶方程中：前者為被動(dòng)聲吶方程的聲源級(jí)（sl），后者表現(xiàn)為干擾噪聲（nl）的一部分。并且艦船輻射噪聲和艦船自噪聲的性質(zhì)也不同。因而艦船噪聲分為艦船輻射噪聲和艦船自噪聲。（2）艦船輻射噪聲源有：機(jī)械噪聲、螺旋槳噪聲和水動(dòng)力噪聲三種。（3）艦船噪聲的譜特性：連續(xù)譜上迭加線譜。（4）當(dāng)航速由v變?yōu)?v，噪聲強(qiáng)度增加，4（1）波動(dòng)方程：聲壓解的形式：其中，程函：在條件下，可得程函方程：強(qiáng)度方程：（2）適用條件：介質(zhì)中聲速（或折射率n）在波長(zhǎng)范圍內(nèi)相對(duì)變化很??；聲波強(qiáng)度在波長(zhǎng)范圍內(nèi)變化很小。一般射線聲學(xué)適合高頻遠(yuǎn)場(chǎng)。（3）水平分層介質(zhì)中，程函方程可表述為snell定律，即在同一條聲線不同位置的水平出射角度與該點(diǎn)的聲速由關(guān)系：常數(shù)。（4）典型聲線軌跡圖5“直接測(cè)量法”測(cè)量水下目標(biāo)強(qiáng)度（其它略）：布