2008-水声学原理试题+答案

中国海洋大学命题专用纸（附页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

．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

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《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：R R n TL α+=lg ，前一项为几何衰减，后一项为物理衰减。

R R TL α+=lg 20 开阔水域适用

R R TL α+=lg 10 表面声道和深海声道中适用

R R TL α+=lg 15 计及海底吸收时浅海均匀声道适用 R R TL α+=lg 40 偶极子声源远场适用.

二、 21x x x +=

()H a C H C S 11)(+= ()()1111z a C z C s +=

11111cos z a H a H ++=

α H

H

a H z ααc o s c o s 122++= ()2211H tg z H x α-= ()2222H tg H z x α-=

()2

212H tg z z x α-=

三、主动声呐信号级：TS TL SL EL +-=2

()dB a TS 142lg 20-==

主动声呐等效平面波海底混响级：()2/lg 102R c S TL SL RL s ψτ++-=

20s S dB =-

2/275A c R m τ=ψ=

信混比：()/10lg 14(2010lg(75))12.8s S L EL RL TS S A dB =-=--=----=-

四、（1）信号级：SL －TL ，其中SL=10lg(I/I ref )；I=I 1+I 2

()ref f I df f S I 14011051

⨯==⎰∆，()()ref f I df F F f S I 142

0021052

⨯==⎰∆

()(

)()dB I I I I I Sl ref

ref

ref 150105105lg 10lg 10141421=⨯+⨯==∴

（2）干扰级：NL －DI

其中：()()dB f NL NL 8.1015002000lg 1070lg 100=-+=+=∆

()dB DI 04lg 10==ψπ

（3）被动声呐方程：()()DT DI NL TL SL =---，其中：()R TL lg 20=；dB DT 6=。 有：()68.101lg 20150=--R ；()2.42lg 20=R ；m R 8.128=∴。

（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：TS TL SL EL +-=2

()20lg 212TS a dB ==-

主动声呐等效平面波海底混响级：()2/lg 102R c S TL SL RL s ψτ++-=

20s S dB =-

2/275A c R m τ=ψ=

信混比：()/10lg 12(2010lg(75))10.8s S L EL RL TS S A dB =-=--=---+=- 2．信号级：TS TL SL EL +-=2

其中：190=SL ，dB TS 14-=，dB r TL 46lg 20== 噪声干扰级：DI NL -

其中：dB f NL NL 93200lg 1070lg 100=+=+=∆，()dB DI 9.204lg 10==ψπ， 信噪比：()dB DI NL EL N S 9..11/=--= 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，()dB V V 92lg 103

=

4．（1）波动方程：022=+∇p k p

声压解的形式：()()()z y x ik e z y x A z y x p ,,0,,,,ϕ-= 其中，()z y x n k k ,,0= 程函：()z y x ,,ϕ

在12<<∇A A 条件下，可得

程函方程：()()()z y x n z y x ,,,,22

=∇ϕ

强度方程：()02

2=∇⋅∇+∇=∇⋅∇ϕϕϕA A

A

（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()z α与该点的声速()z c 由关系：()()z c z αcos ＝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）：布置如下图。

（1） 辐射声压幅值为：r P P 0=

接收器接收的声压幅值：101R P P =

待测目标的入射声压为：()()2111210R R R P R R P P i +=+= 接收器接收目标散射声压幅值：()221R m r P P r ==

目标强度计算公式：()()()()()112212lg 201lg 20P R R R R P P P TS i r +==

（2） 实验注意事项：

a. 接收水听器和待测目标置于发射换能器的远场区；

b. 接收水听器置于待测目标散射声场的远场区；

.发射声信号的脉冲长度：c L 2>τ，L 为目标长度。

R 1

R 2

发射换能器 接收水听器 待测目标