聲納原理試題-A卷

1、誠信保證本人知曉我?？紙鲆?guī)則和違紀(jì)處分條例的有關(guān)規(guī)定，保證遵守考場規(guī)則，誠實(shí)做人。本人簽字：編號(hào)：西北工業(yè)大學(xué)考試試題（卷）2008 2009學(xué)年第一學(xué)期開課學(xué)院 航海學(xué)院課程學(xué)時(shí)48考試日期2008年12月5日考試時(shí)間2 小時(shí)考試形式（閉）（A）卷題號(hào)-一一二二二-三四五六七總分得分考生班級(jí)學(xué)號(hào)姓名1. （10分）給出被動(dòng)聲納方程，解釋聲納方程中各項(xiàng)參數(shù)的物理意義，并畫出被動(dòng) 聲納的基本原理框圖。2. （15分）設(shè)有一部拖曳式線列陣聲納，采用的水聽器陣列由64個(gè)無指向性陣元構(gòu) 成，陣元等間距分布，間距為0.75米（考慮聲速為1500m/s）。（a）求當(dāng)該聲納工作在100Hz、200Hz、50

2、0Hz、1kHz和1.5kHz時(shí)該聲納基陣的 指向性指數(shù)DI o （10分）（b） 在該聲納的水聽器陣列遠(yuǎn)場垂直于該陣列的方向上，有一個(gè)潛艇目標(biāo)的輻射噪聲譜級(jí)在1kHz時(shí)為110dBo潛艇輻射噪聲傳播到聲納陣列時(shí)的傳播損失 是85dB,本地噪聲為譜級(jí)76dB的平坦譜。水聽器陣列接收到該潛艇輻射噪 聲后，進(jìn)行常規(guī)波束形成（假設(shè)波束指向方向正對(duì)目標(biāo)方向）。試求波束輸出在1kHz上的信噪比。（5分）3. （20分）假設(shè)一個(gè)由N陣元組成的均勻分布直線陣，陣元間距為d,各陣元接收 靈敏度相同。現(xiàn)有位于該直線陣遠(yuǎn)場的聲源，入射到該陣列時(shí)可以看作平面波， 且入射方向?yàn)椋⒃O(shè)該陣列第0個(gè)陣元接收到的信號(hào)為F（

3、t） Acos（wt） o注：1.命題紙上一般不留答題位置，試題請(qǐng)用小四、宋體打印且不出框。2.命題教師和審題教師姓名應(yīng)在試卷存檔時(shí)填寫。西北工業(yè)大學(xué)命題專用紙（a） 試推導(dǎo)該陣列各陣元接收信號(hào)直接相加后的輸出信號(hào)表達(dá)式。（10分）（b）寫出N元直線陣波束圖表達(dá)式。（3分）（c） 畫出N = 4和N = 5時(shí)的波束圖（橫坐標(biāo)區(qū)域取90 90 ）,要求標(biāo)出零點(diǎn) 對(duì)應(yīng)的角度位置。（7分）4. （ 10分）設(shè)人耳能分辨聲強(qiáng)的相對(duì)變化量為 g 0.2?，F(xiàn)用一個(gè)間距為0.75米， 工作于1.5kHz的20元線陣（收發(fā)共用）進(jìn)行最大值定向。（a） 分析在主動(dòng)探測情況下的定向精度。（5分）（b） 如果采用被

4、動(dòng)方式定向，分析定向精度。（5分）5. （15分）利用一個(gè)單波束聲納測本艦航速，波束俯角為60。設(shè)發(fā)射信號(hào)頻率 為fT 500kHz，水中聲速為c 1500m/s。若波束前向發(fā)射，測得多普勒頻移為fd 166.7Hz，求船的水平速度（無縱傾和上下起伏，采用簡化公式）。若有縱傾角 3 （無上下起伏），則在不修正的情況下，會(huì)帶來測速誤差v ? （10分）若用兩個(gè)俯角為60的波束同時(shí)發(fā)射，縱傾角3 （無上下起伏），fd fdII fdI 166.7Hz，測速誤差 v ? （5 分）6. （30分）信號(hào)s（t）的模糊函數(shù)定義為s(t)s (t )exp( j2 t)dt（a）試推導(dǎo)單頻矩形脈沖信號(hào)s(

5、t)Aexp(j2 ft)0t 0,T其它的頻譜函數(shù)和模糊函數(shù)。（10分）（b） 求出固有時(shí)間分辨力和固有頻移分辨力的表達(dá)式。（10分）（c）若有一部采用上述信號(hào)為發(fā)射信號(hào)的主動(dòng)聲納，為了分辨同一方向相距為20m的兩個(gè)靜止點(diǎn)目標(biāo)，對(duì)發(fā)射信號(hào)脈沖寬度的要求是什么？ （10分）教務(wù)處印制聲納原理課程 2008 - 2009學(xué)年第一學(xué)期 期末考試標(biāo)準(zhǔn)答案和評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)（A卷）1（ 10分）解：被動(dòng)聲納方程：SL-TL-（NL-DI）=DTSL是噪聲源輻射聲源級(jí)；TL為傳播損失，定量的描述了聲波傳播一定距離后聲強(qiáng)度的衰減的變化;NL為噪聲級(jí)，是用于度量環(huán)境噪聲強(qiáng)弱的一個(gè)量；0DI為接收指向性指數(shù)，即DI1

6、0lg無指向性水聽器產(chǎn)生的噪聲功率 指向性水聽器產(chǎn)生的噪聲功率10lg剛好完成某種功能時(shí)的信號(hào)功率水聽器輸出的噪聲功率被動(dòng)聲納原理工作框圖DI10log N 10log ff0應(yīng)用范圍1.5f。c2d1000 HzDT為檢測閾，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時(shí)，潛艇的輻射噪聲級(jí)為110dB,傳播損失為85dB,本地噪聲級(jí)為76dB, 故波束輸出時(shí)DI 18dB，故DT SL TL (NL DI)110 85 (76 18)33dB3( 20分)解：由題知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則 S( ,t) ARee2si n-2若對(duì)S( ,t)的幅度歸一化，可得指向性函數(shù):N=4和N=5時(shí)的波束圖R().Nsin2sin(-sin )-220時(shí)23.580, 53.130零點(diǎn)位置：N=4時(shí)300, 900N=54( 10分)解：主動(dòng)探測時(shí),D(sin N 2，I()Nlsin2k D4(),I( ) 4k D3( ) D()I()I()4k D3( ) D(k D4()4| D()D()0時(shí),I()I()4(1 D()因?yàn)閟in x3xx

9、 一 3!5Ulicos則D(1 j N d cosN dcos I)311ZN d3片)2則g0.0116 0.6661嚴(yán))2 2()2被動(dòng)探測時(shí)，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:單波束前向發(fā)射時(shí),2Vxcos，則VxfTC2V； cos( )C，C2 fT cos0.5m/ s ( 5 分)當(dāng)有縱傾角時(shí)，fdfT|fd2 fT cos(0.459m /s則 V Vx Vx0.04m/s ( 5 分)雙波束同時(shí)向前后發(fā)射時(shí)fdVxC41 fT cos0.25m/

10、s當(dāng)有縱傾角時(shí)，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)令信號(hào)的幅度為1，模糊函數(shù)為s(t)|s*(t)|exp( j2t)dt|當(dāng) | | T 時(shí)，|x(,)| 0單頻矩形脈沖s tAexp(02 f0t) t其0J的模糊函數(shù)為Ta2!e j2fote j2 tdtej2A2dtj2(Tj2j2- t(T )ejj2(T )1e(T )故綜上可得單頻矩形脈沖的模糊函數(shù)為(,)=A2SnL?(T | |) (5分)=A2迥(T帀) (T )01 (,)TA2| ej2 冷 j2 tdt= A2Sin (T )(T ) (T )頻譜函數(shù)為S(f) AT(需要有推導(dǎo)過程)(5分)(b )模糊度圖與時(shí)延軸兩個(gè)交點(diǎn)間的時(shí)延差定義為信號(hào)的固有的時(shí)延分辨力2 o。取 =0的截面有x( ,0) T | |當(dāng) x( ,0)0.707T 時(shí)，解得 | | 0.3T( 5 分)模糊度圖與頻移軸兩個(gè)交點(diǎn)間的頻移差定義為信號(hào)的和固有頻移分辨力2 0，取0得截面有0,sin