水声技术考试重点分析
西北工业大学水声学原理复习资料和考点
V0
如果ct/2> cτ /2，则积分结果可近似为:
I = I 0S′V / r 2cτ / 2∫ R 1 (θ, φ)R 2 (θ, φ)dθdφ
V0
解：定义收发合置换能器的等效束宽为:
Ψ = ∫ R 1 (θ, φ)R 2 (θ, φ)dθdφ
TL = 20 lg (R )
DT = 6dB 20 lg (R ) = 42 .2 150 − 20 lg (R ) − 101 .8 = 6
∴ R = 128.8m
（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。
2. 声速分布下图，声源位于 z1处，以 α1 声速分布下图， 出射的声线 翻转。 在深度处 z0翻转。已知 cs , a, z0 , z1 和 z2 ，求水 平距离x 平距离 。
Cs C z0 z1 a x
α1
α2
z2 x1 z z x2
解： x = x1 + x 2
x1 = 2( z1 − z 0 ) tg
解：（a）计算混响的简单模型：声线直线传播；不计海水声吸
收；散射体（面）单元均匀连续分布；每一散射体（面）单 元散射声波的发生和结束与入射到此单元上的入射声波同时 发生和结束；不计二次散射。 （b）t时刻收发合置换能器接收的混响来自半径为ct/2和 c(t+ τ )/2的球壳间散射体的散射，此区域记作V0 。
1 + az1 cosα1 = 1 + az 0
C (z 2 ) = Cs (1 + az2 )
水声学原理知识点总结
水声学原理知识点总结【1】水声学原理的基本概念1.1. 声波的产生与传播声波是一种机械波，是在介质中震动传递的波动。
声波通常是由物体振动引起的，当物体振动时，周围的空气分子或水分子也随之振动，形成声波。
在水中，声波的传播速度一般比在空气中要快。
1.2. 水声频率与声波速度水声波的频率通常在20 Hz-200 kHz之间，与空气中的声波频率范围相似。
不同频率的声波在水中的传播速度也有所不同，通常音速约为1500 m/s。
1.3. 水声学的应用领域水声学在海洋工程、海洋资源开发、水下通信、声纳探测、水下定位等领域有广泛的应用，其中声纳技术是水声学应用的重要方面。
【2】声波在水中的传播2.1. 声波的传播方式声波在水中的传播方式与在空气中的传播方式类似，可以分为纵波和横波。
其中纵波是介质中质点沿波的传播方向振动的波动，而横波则是介质中质点振动方向与波的传播方向垂直的波动。
2.2. 水声波的衰减水中声波在传播过程中会受到水的吸收和散射等因素的影响，导致声波的衰减。
较高频率的声波在水中的衰减更为显著，这也是水声通信和声纳探测中需要考虑的重要因素。
2.3. 水声波的折射和反射声波在水中传播时，会发生折射和反射现象。
当声波通过不同密度的介质界面时，会因为介质密度的不同而发生折射现象；在与固体或液体的界面发生交界时，声波会发生反射。
【3】水声信号的特点3.1. 水声信号的特点水声信号与空中声信号相比有一些特殊的特点，如传播距离远、传播速度快、传播路径复杂、受环境干扰大等。
3.2. 水声通信的特点水声通信由于其传播路径的复杂性和环境干扰的影响，通常需要考虑信号传播延迟、传播路径损耗、噪声干扰等问题。
3.3. 声纳探测的特点声纳探测是利用声波在水中传播的特性来进行目标探测和定位，需考虑水中声波传播的复杂性、目标散射特性等因素。
【4】水声传感器技术4.1. 水声传感器的种类水声传感器包括水中听音器、水中发射器、水下通信装置等。
水声学复习提要
rR rn
距离r
College of Underwater Acoustic Engineering HEU
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作业点评
第一章
给定水下声压 p 为100Pa，那么声强 I 是多大， 与参考声强 I r 比较，以分贝表示的声强级是多少？ （取声速C=1500m/s，密度为1000kg/m3）
解：声强：
被动声纳方程
SL - TL -（NL - DI）=DT
SL—噪声源 无TS 背景干扰为环境噪声和舰船自噪声
声纳方程的应用
基本应用
声纳设备性能预报 声纳设备设计
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第二章 海洋的声学特性
可以解得声场的解析解； 不易处理复杂边界条件； 易于加入源函数； 计算复杂；
射线理论
只能解得声场的近似解； 易于处理复杂边界条件； 物理意义简单直观； 不能处理影区、焦散区；
适用于低频远距离浅海。
适用于高频近距离深海。
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作业点评
解：根据水文条件及声 呐使用场合，画出回声 信号级、混响掩蔽级和 噪声掩蔽级随距离变化 曲线，由回声信号曲线 与混响掩蔽级、噪声掩 蔽级曲线的交点所对应 的距离来确定混响是主 要干扰，还是噪声为主 rR rn 要干扰。如下图， 所以混响是主要干扰。
声信号级 回声信号级 混响掩蔽级 噪声掩蔽级
作业点评
第一章
什么是声纳？声纳可以完成哪些任务？ 请写出主动声纳方程和被动声纳方程？在声纳方程 中各项参数的物理意义是什么？ 声纳方程的两个基本用途是什么？ 环境噪声和海洋混响都是主动声纳的干扰，在实际 工作中如何确定哪种干扰是主要的？
水声技术复习课一
n
2i1n sin 1n z sin 1n z 0 1 n r U z, n U z0 , n H 01 n r H0 2 2 1n H sin 1n H cos 1n H b tan 1n H sin 1n H n
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u 0 1 t
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波动方程导出
三个基本方程： 连续性方程 根据前面的假设：
1 0 u t
状态方程——绝热压缩定律：介质的压缩和膨胀过程是 绝热过程
dP c d
2
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在高纬度海区，仅为几百米深。
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三、实际海洋中的声传播：可靠声道
可靠声道：声源位于深海声道之下更深处，可以提高探测 浅水目标的能力(潜艇)。在声道中，声波对海面高度变化 和海底损失不敏感，所以是“可靠”的。可靠声道存在的条 件是：声源所在深海等温层位置上的声速等于海面声速， 此深度称为临界深度。
互耦合：
发射基阵的各个阵元的振动速度并非常数，由于阵元 之间的相互声耦合效应，各个阵元之间的质点振动速 度以复杂的方式变化。 近场耦合效应通过以下三种方式消除： 加大阵元间距的布置距离； (弊端？) 声源级制作大的单个阵元，使其有比阵元间的互辐射阻 抗大的多的自辐射阻抗； (弊端？) 对每一个阵元使用单独的放大器，并以恰当的幅度和相 位驱动阵元，最终沿基阵产生均匀的运动速度。(弊端？)
1 1 2 n n 1 2 4
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三、射线声学应用实例：豪德森例子
水声探测中的信号处理与分析技术
水声探测中的信号处理与分析技术在广阔无垠的海洋世界中，水声探测就如同我们探索这个神秘领域的眼睛和耳朵。
而其中的信号处理与分析技术，则是让我们能够清晰“看”到和“听”到海洋深处声音的关键。
要理解水声探测中的信号处理与分析技术，首先得知道水声信号是怎么一回事。
想象一下，海洋就像是一个巨大的嘈杂市场，各种声音交织在一起。
有海浪的拍击声、海洋生物的叫声、船只的航行声等等。
而我们想要探测的目标信号，比如潜艇的运动声、海底地质结构的反射声，往往被淹没在这些背景噪声之中。
这就好比在喧闹的人群中，要听清一个微弱的特定声音，难度可想而知。
信号处理的第一步，通常是对接收的原始信号进行预处理。
这就像是在做菜前对食材进行初步的清洗和整理。
预处理包括去除噪声、滤波等操作。
噪声去除就像是把混杂在音乐中的刺耳杂音去掉，让旋律更加清晰。
滤波则像是通过一个筛子，把我们不需要的频率成分筛掉，只留下有用的部分。
在预处理之后，接下来就是特征提取。
这一步至关重要，就像是从一堆杂物中找出最有价值的宝贝。
对于水声信号，可能会提取诸如频率、幅度、相位等特征。
这些特征能够帮助我们更好地识别和理解信号所包含的信息。
比如说，不同类型的船舶发动机发出的声音在频率上可能会有明显的差异，通过提取频率特征，我们就能对船舶的类型进行初步判断。
然后是信号的分类和识别。
这就像是把不同的水果分类放进不同的篮子里。
通过对提取的特征进行分析和比较，利用各种算法和模型，将信号划分到不同的类别中。
比如，判断接收到的信号是来自敌方潜艇还是普通的海洋生物。
在信号处理中，还有一个非常重要的概念——时频分析。
时间和频率是描述信号的两个重要维度。
有时，仅仅从时域或者频域去观察信号是不够的，我们需要同时考虑时间和频率的变化。
就好比看一场动态的演出，不仅要关注某个时刻的表演，还要了解整个演出过程中不同时间段的表演特点。
再来说说分析技术。
其中，谱分析是一种常见的方法。
它可以帮助我们了解信号在不同频率上的能量分布情况。
《水声学》章节复习试题及答案（大学期末复习资料）
一、单选题1.水声学的迅速发展始于（）A.第一次世界大战B.第二次世界大战初期C.1914年D.1912年泰坦尼克号沉船事件2.声纳起源于（）A.1490年B.1827年C.1912年D.1914年3.水声的第一次定量测量是由（）完成A.瑞士物理学家ColladonB.法国数学家SturmC.焦耳完成和皮埃尔·居里D.瑞士物理学家Colladon和法国数学家Sturm4.水声换能器进展（）A.1840年焦耳发现了磁致伸缩效应B.1880年皮埃尔•居里发现了压电效应C.1912年泰坦尼克号沉船事件之后D.第一次世界大战5.水声第一个回声定位方案是由 提出的。
A.英国人B.美国人C.瑞典人D.法国人6.军用声纳的发展始于（）A.第一次世界大战B.第二次世界大战初期C.1840年焦耳发现了磁致伸缩效应D.1880年皮埃尔•居里发现了压电效应7.用于传播导航的回声测深仪于 研制成功。
A.1912年B.1914年C.1918年D.1925年一、单选题答案1.B2.A3.D4.A5.A6.A7.D一、简答题1什么是声纳？声纳可以完成哪些任务？2请写出主动声纳方程和被动声纳方程？在声纳方程中各项参数的物理意义是什么？3在组合声纳参数中优质因数和品质因数是什么？它们的物理意义是什么？4环境噪声和海洋混响都是主动声纳的干扰，在实际工作中如何确定哪种干扰是主要的？5工作中的主动声纳会受到哪些干扰？若工作频率为1000Hz，且探测沉底目标，则该声纳将会受到哪些干扰源的干扰。
6已知混响是某主动声纳的主要干扰，现将该声纳的声源级增加10dB，问声纳作用距离能提高多少？又，在其余条件不变的情况下，将该声纳发射功率增加一倍，问作用距离如何变化。
（海水吸收不计，声纳工作于开阔水域）一、习题答案1声纳包括主动声纳和被动声纳，英文名称为Sonar，是利用水下声信息进行探测、识别、定位、导航和通讯的系统；声纳的主要功能是探测、定位、跟踪、识别、导航和通讯。
水声通信技术总结
水声通信技术总结
水声通信技术是一种利用水介质进行信息传递的通信技术。
该技术主要应用在海洋测量、水下探测、海底资源开发等领域，以及军事领域的水下通信。
水声通信技术的优点在于传输距离远、传输速度较快、不受电磁干扰、适用于深海等环境。
但是也存在一些问题，如传输距离会受到水温、盐度、压力等因素的影响，同时水声信号易受到环境噪声的影响。
水声通信技术主要包括单载波调制、多载波调制、脉冲编码调制等多种调制方式。
其中，单载波调制是最常用的一种方式，其利用单一的载波信号进行传输。
多载波调制则采用多个载波信号进行传输，可以提高传输速度和传输距离，但同时也增加了复杂度。
脉冲编码调制通过对脉冲进行编码，可以在保证传输速度的同时提高传输质量。
除了调制方式，水声通信技术还需要考虑信号处理、信道建模等问题。
信号处理可以提高信号的质量和可靠性，包括预处理、滤波、解调等。
信道建模则是估算水声信号在水中传播时的损耗、传播路径等信息，以便对传输进行优化。
总的来说，水声通信技术是一种在特定环境下具有优异性能的通信技术，未来将继续得到广泛应用和研究。
- 1 -。
水声技术复习第二次课
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四、主动声纳方程（噪声）
噪声背景下，声纳的检测性能与带宽无关(因为是在给定的匹
配滤波处理条件下)。因此在相同的发射脉冲宽度下，FM与CW 有相同的限噪性能。 在以上的处理中假设的是理想匹配滤波器，实际上要对其进行 如下的修正。
CW
分析带宽大 于脉冲带宽
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混响的其他应用
此外，利用混响的非瑞利分布或K分布的统计特性，提高 主动声纳的工作性能，有效降低虚警概率。
利用时间反转镜技术，波导不变量技术等对混响的有效 抑制。研究新的有效的混响抑制方法也正在成为混响领 域的研究热点和热门应用。
浅海环境下，海 底混响的建模预 报受海底环境参 数的影响极其明 显，右图给出了 由NRL开发的双基 地与距离有关的 混响模型BiKR， 依据不同的海底 环境数据文件， 计算得到的混响 的空间分布。
噪声增加 造成损失
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四、主动声纳方程（噪声）
CW 分析带宽小 于脉冲带宽
丢失信号 造成损失
LFPM
如果拓宽副本，对 所有多普勒频偏有 一个常量损失。
-10lg(Br/Bs)常量
LFPM
如果副本不拓宽目 标多普勒效应使其 与返回信号失配
-20lg(Br/Bc)变量
Bc是重叠参考信号的那一部分信号带宽，注意，这些失配项
1.2、简单形状物体目标强度
鱼雷和水雷目标强度
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1.2、简单形状物体目标强度
鱼雷和水雷目标强度
形状：带平头或圆头的圆柱体 尺度：长度1米至数米，直径0.3米至1米 两者不同：鱼雷尾部安装有推进器；水雷雷体上安装有 翼及凹凸不平处。 目标强度的特点
水声学——精选推荐
⽔声学⽔声学1. 试写出混响⼲扰背景的主动声呐⽅程，说明各符号的物理意义。
2. 试写出噪声⼲扰背景的主动声呐⽅程，说明各符号的物理意义。
3. 试写出被动声呐⽅程，说明各符号的物理意义。
4. 海⽔中，引起声传播损失的原因为何？5. 海⽔中，引起声吸收的原因为何？6. 舰船航⾏噪声有哪些主要噪声源，舰船航⾏噪声的频谱如何？7．海洋混响是如何形成的？按形成原因如何分类?8．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？9．射线声学的适⽤条件为何？试表述射线声学的两个基本⽅程。
10．简述实验测量⽔下物体⽬标强度（TS值）的“⽐较法”11．海洋中什么样的声速分布能形成表⾯声道。
为什么声波在表⾯声道中能远距离传播？12．⽐较主动声纳和被动声纳的优缺点。
13．海洋中什么样的声速分布能形成深海声道。
为什么声波在深海声道中能远距离传播？14．何谓点声源？15．如果波阵⾯为球⾯扩张，试写出海⽔中声传播损失的⼀般表⽰式。
16．如果波阵⾯为柱⾯扩张，试写出海⽔中声传播损失的⼀般表⽰式。
17．半径为a的刚性球体的⽬标强度为何？简述潜艇的⽬标强度随潜艇⽅位⾓的变化规律。
18．请问⽤⽔声学中的乌德公式能计算什么值？19．简述实验测量⽔下物体⽬标强度（TS值）的“应答器”法。
20．请介绍⼀种实验测量⽔中声速的⽅法。
21．近代声纳设备的⼯作频率向低频发展，试分析这会有什么好处以及会带来什么问题？22．试描述海洋混响的物理现象。
23．螺旋桨噪声产⽣的机理为何？定性给出潜艇的螺旋桨噪声与航速和潜深的关系。
24．机械噪声产⽣的机理为何？机械噪声的特点为何？25．何谓简正波的截⽌频率？某阶简正波出现于波场中的条件为何？26．定性解释‘下午效应’。
27．等声速梯度的海洋环境下，声线轨迹是何种⼏何形状？28．如果在表⾯声道中，发射⼀个脉冲声信号；问：在远处接收，此信号有何变化？为什么？29．试定性描述海⾯附近的⼀个点声源的声场特点。
海洋技术专业声学基础知识点总结
海洋技术专业声学基础知识点总结示例文章篇一：《海洋技术专业声学基础知识点总结》嘿，大家好呀！今天我想和大家聊聊海洋技术专业里超级有趣的声学基础知识点。
我呀，就像一个在知识海洋里探险的小水手，在这个声学的小岛上发现了好多宝藏呢。
声学在海洋技术里那可是相当重要的。
就好比在一个超级大的黑暗森林里，声学就是我们的眼睛和耳朵。
海洋那么大，又那么深，黑乎乎的海底世界，要是没有声学，我们就像盲人摸象一样，啥都搞不清楚。
咱们先来说说声音在海洋里是怎么传播的吧。
声音在海洋里传播就像小水滴在荷叶上滚动一样，不过要复杂得多。
海水可不是均匀的，它有温度、盐度还有压力的变化。
这些变化就像路上的小石子，会让声音这个小皮球弹来弹去。
比如说，温度高的海水，声音跑起来就像小兔子一样快；温度低的呢，声音就慢悠悠的，像个小蜗牛。
盐度也会影响声音传播的速度，就像不同的赛道对小赛车的速度有影响一样。
压力也来捣乱，越深的地方压力越大，声音传播速度又不一样啦。
在海洋里，还有一种很神奇的现象叫声道轴。
这就像海洋里的一条秘密通道。
在这个声道轴附近，声音可以传播得特别远。
我就想啊，这声道轴是不是海洋给声音开的一条特殊的高速公路呢？在这条高速公路上，声音就可以欢快地奔跑，把信息带到很远很远的地方。
然后咱们再讲讲海洋里的那些声学设备。
有一个很厉害的东西叫水听器。
水听器就像是海洋的小耳朵，它静静地待在海里，专门听那些声音的小秘密。
我想象水听器就像一个超级灵敏的小侦探，任何一点声音都逃不过它的耳朵。
比如说鲸鱼唱歌的声音，海豚互相聊天的声音，还有那些神秘的海底火山爆发的声音，水听器都能把它们捕捉到。
还有声呐呢，声呐可就更酷了。
它就像海洋里的手电筒，不过这个手电筒不是照亮黑暗，而是用声音来探测周围的东西。
声呐发射出声音，然后等着声音碰到东西反射回来。
就像我们在一个黑暗的大房间里，扔出一个小皮球，然后根据小皮球弹回来的方向和时间，就能知道房间里有什么东西啦。
有一次我在书上看到，科学家们用声呐发现了一艘超级古老的沉船，哇，那一刻我觉得声呐就像一个魔法棒，一下子把隐藏在海底的宝藏给找出来了。
水声计量测试技术
水声计量测试技术水声计量测试技术1. 引言水声计量测试是一种常用的技术，用于测量水声传播和声波参数。
它在海洋学、海洋地质学、水声通信等领域具有广泛的应用。
本文将深入探讨水声计量测试技术的原理、方法和应用，并分享对这一技术的观点和理解。
2. 水声计量测试技术的原理水声计量测试技术基于声波在水中传播的特性，通过测量水中的声波信号来推断水质、水温、水深等参数。
其原理可以简单概括为声波的发射、传播和接收三个步骤。
2.1 声波的发射水声计量测试通常使用声源（例如声纳）发射特定频率或宽频带的声波信号。
声源的选择取决于测试需求，常见的包括压电式声纳和鱼雷型声纳。
这些声源能够将电能转化为声能，并向水中传播。
2.2 声波的传播一旦声波信号被发射到水中，它们会沿着特定路径传播。
声波在水中传播的速度取决于水的温度、盐度和压力等因素。
根据声纳原理，测试者可以根据声波的传播时间和距离计算出水的声速，进而推断温度和盐度等参数。
2.3 声波的接收接收声波信号的装置通常与声源相对应，可以是水中的接收器、浮标式接收器或固定式接收器。
这些装置能够将声波信号转化为电能，并进一步处理和测量声波参数。
3. 水声计量测试技术的方法水声计量测试技术可以通过不同的方法来实现。
以下介绍两种常用的方法。
3.1 移动测量方法移动测量方法是指使用移动平台上的设备，在水中进行点对点的测量。
这种方法适用于需要获取特定位置声波参数的情况，如测量海底地形和水下物体的距离。
测试者可以通过控制设备的位置和时间来获取准确的测量结果。
3.2 固定测量方法固定测量方法是指在水中选取合适的位置，固定设备进行长时间的连续测量。
这种方法适用于长期跟踪水域的声学变化，如监测水下生物活动和水质变化。
测试者可以将多个固定位置的测量结果进行比较，以获取更全面的数据。
4. 水声计量测试技术的应用水声计量测试技术在许多领域具有广泛的应用。
4.1 海洋学领域水声计量测试技术在海洋学研究中被广泛应用。
水声工程知识点总结大全
水声工程知识点总结大全1. 水声传播特性水声传播特性是指声波在水中传播过程中所表现出的一系列物理现象。
了解水声传播特性对于水声工程的设计和应用至关重要。
水声传播特性的主要知识点包括：（1）声速：水中的声速约为1500 m/s，而在空气中为343 m/s。
因此，声波在水中传播的速度通常比在空气中更快。
（2）声波衰减：声波在水中传播会受到衰减的影响，主要有自由衰减和吸收衰减两种。
自由衰减是指声波在传播过程中由于扩散等原因导致声能减小；吸收衰减是指声波在传播过程中由于水中分子的摩擦等原因导致声能减小。
（3）声波散射和反射：水中存在着各种不同的物体和界面，这些物体和界面会对声波产生散射和反射现象，从而影响声波传播的路径和传播的强度。
（4）声波折射：当声波从一个介质进入另一个介质时，由于介质的声速不同而发生折射现象，这会导致声波传播方向的改变。
（5）水声信道：水声信道是指声波在水中传播的通道，在这个通道中，声波会受到各种不同的影响，例如多路径传播、多普勒效应、时变特性等。
2. 水声通信水声通信是指利用水声传播特性进行信息传输的技术。
水声通信主要应用于水下通信、水下定位、水下数据传输等领域。
水声通信的主要知识点包括：（1）水声调制技术：水声通信中通常会采用不同的调制技术来实现信息的传输，例如频移键控（FSK）、相移键控（PSK）、正交频分复用（OFDM）等。
（2）水声信道编解码：水声通信中会使用各种不同的编解码技术来提高数据传输的可靠性和效率，例如纠错编码、卷积编码、交织等。
（3）水声通信系统设计：水声通信系统设计需要考虑水声传播特性、水声信道的特性、通信距离、通信带宽等因素，以实现可靠的通信效果。
（4）水声通信协议：水声通信协议是指规定了水声通信的具体通信规则和流程的一系列标准和规范。
3. 水声定位水声定位是指利用水声信号进行目标定位的技术。
水声定位主要应用于水下目标定位、船舶定位、潜艇定位等领域。
水声定位的主要知识点包括：（1）水声测距技术：水声定位中通常会采用测距技术来确定目标的位置，测距技术包括单向测距、双向测距、多普勒效应等。
水声计量测试技术
水声计量测试技术一、前言水声计量测试技术是指利用水声传播的特性，对水下环境中的物理量进行测量和监测的技术。
随着海洋开发的不断深入，对于水下环境中各种物理量的准确测量和监测变得越来越重要。
本文将详细介绍水声计量测试技术。
二、水声计量测试技术概述1. 水声计量测试技术原理水声计量测试技术利用水声传播的特性，通过发送一定频率、幅度和波形的信号，在接收端接收到被测物理量反射回来的信号，从而获得被测物理量信息。
根据不同的被测物理量，可以采用不同类型的传感器。
2. 水声计量测试技术应用领域（1）海洋科学研究：如海洋生态环境监测、海底地质勘探等。
（2）海洋工程：如海底管道安装、深海井口设备安装等。
（3）军事领域：如潜艇通讯、雷达探测等。
3. 水声计量测试技术特点（1）适用于水下环境，不受水下光线的影响。
（2）传输距离远，可达数百公里。
（3）测试精度高，可达到亚毫米级别。
（4）对环境影响小，无污染。
三、水声计量测试技术分类1. 水声测距技术水声测距技术是指利用水声传播的特性，在水下环境中进行距离测量的技术。
常用于海底管道、海底电缆等工程中的精确定位和长度测量。
常用的水声测距设备有单发单接收器、多发多接收器等。
2. 水声成像技术水声成像技术是指利用水声传播的特性，在水下环境中进行图像采集和处理的技术。
常用于海底地质勘探、海洋生态环境监测等领域。
常用的水声成像设备有侧扫声纳、多波束回波探测器等。
3. 水声通讯技术水声通讯技术是指利用水声传播的特性，在水下环境中进行通讯的技术。
常用于潜艇通讯、海洋观测站数据传输等领域。
常用的水声通讯设备有单频水声通讯机、多频水声通讯机等。
4. 水声定位技术水声定位技术是指利用水声传播的特性，在水下环境中进行目标定位的技术。
常用于海洋生态环境监测、海洋资源开发等领域。
常用的水声定位设备有被动式声纳、主动式声纳等。
四、水声计量测试技术关键问题1. 传感器设计和制造传感器是实现水声计量测试的核心部件，其设计和制造对于测试精度和稳定性具有决定性影响。
水声工程知识点总结图
水声工程知识点总结图水声工程是研究水下传感和通信系统的一门学科，涉及水声传感器、水声通信设备、水声定位系统等技术。
本文将从水声信号传播、水声传感器、水声通信、水声定位等方面进行知识点总结。
一、水声信号传播1. 水声信号传播特点：水下信号传播具有多径效应、多普勒效应等特点，使水声信号传播路径复杂、信号失真严重。
2. 水声信号传播模型：水下信号传播模型主要包括直达传播模型、多径传播模型和折射传播模型等。
3. 水声信号传播损耗：水下信号传播会受到吸收损耗、散射损耗和衰减损耗等影响。
了解水下信号传播损耗对水声工程设计和应用具有重要意义。
二、水声传感器1. 水声传感器类型：水声传感器主要包括水压传感器、声纳传感器、水温传感器等，用于感知水下环境参数。
2. 水声传感器设计：水声传感器的设计需要考虑尺寸、功耗、灵敏度等因素，以适应水下环境中的特殊要求。
3. 水声传感器应用：水声传感器广泛应用于海洋观测、海洋勘探、水下探测等领域，为水声工程提供重要数据支持。
三、水声通信1. 水声通信系统：水声通信系统包括水声发射器、水声接收器、信道编码、解码等组成，用于在水下进行信息传输。
2. 水声通信技术：水声通信技术主要包括频率调制、编码调制、多址接入、信道均衡等技术手段，以提高水声通信系统的可靠性和传输速率。
3. 水声通信应用：水声通信广泛应用于水下声纳、水声定位、水下通信网络等领域，为水下作业和控制提供有效手段。
四、水声定位1. 水声定位原理：水声定位主要利用声纳技术和信号处理算法，通过测量声波传播时延实现水下目标的定位。
2. 水声定位系统：水声定位系统一般由水声发射器、水声接收器、信号处理器等组成，提供水下目标的位置信息。
3. 水声定位精度：水声定位精度受到多径效应、背景噪声、频率衰减等影响，需要进行合理校准和算法优化，提高定位精度。
结语：水声工程是一门复杂而重要的学科，涉及到信号传播、传感器、通信和定位等多个方面。
水声工程知识点总结
水声工程知识点总结水声工程是研究水声传播、水声信号处理以及水声通信等相关问题的一门综合性学科。
随着海洋资源的开发利用和国防安全的需要，水声工程的研究和应用日益受到重视。
本文将从水声传播、水声信号处理、水声通信以及水声测量等几个方面来总结水声工程的相关知识点。
水声传播水声传播是指声波在水中的传播过程。
水声传播的特点主要有以下几点：水声波在水中的传播速度比空气中的声波要快很多，一般为1500m/s左右；水中的温度、盐度、压力、密度等参数均会对声波的传播产生显著影响；水声波在传播过程中会发生折射、反射和衍射等现象；水声波的传播范围受频率、发射源功率、水深和水质等因素的影响。
水声传播可分为近场传播和远场传播两种情况。
在近场传播中，声波传播距离较短，主要受到声源功率和入射角度的影响；在远场传播中，声波传播距离较远，主要受到水深和水质等环境因素的影响。
水声信号处理水声信号处理是指对水声信号进行采集、预处理、特征提取、分析以及识别等一系列过程。
水声信号处理的主要内容包括声纳信号处理、水声图像处理、水声目标检测等。
声纳信号处理是水声信号处理的重要组成部分。
声纳是一种利用声波来探测、测距、识别目标等信息的设备。
声纳信号处理主要包括声纳数据采集、数据预处理、目标检测、目标跟踪和信号识别等环节。
声纳信号的特点主要有：信噪比较低、目标多样化、环境复杂等。
因此，声纳信号处理的关键在于如何有效地提取目标信号并剔除噪声信号，从而达到对水下目标的准确探测和识别。
水声图像处理是指对水下图像进行采集、预处理、分析以及目标检测和识别等相关处理。
水下图像处理的主要难点在于水下光照条件复杂、水下物体的形状不规则、目标之间的干扰等问题。
因此，水声图像处理的关键在于如何有效利用水声影像的特征信息，提高目标的识别和定位能力。
水声通信水声通信是指利用水中声波进行信息的传输和交换。
水声通信的特点主要有：传播距离远、通信带宽窄、传输速度慢、信道损耗大等。
水声学简答题
1、请写出噪声掩蔽级和优质因数表达式？并解释其物理含义？2、请写出组合声纳参数优质因数和品质因数表达式？其物理意义是什么？3、请写出主动声纳方程和被动声纳方程？在声纳方程中各项参数的物理意义是什么4、写出目标回声信号级表达式；目标回声信号是如何产生的，它有哪些特性，并简述其产生的原因？5、主动声呐的干扰背景有哪几种？它们有何特点？在实际声呐工作中如何确定哪种干扰背景是主要的？6、声呐A 和B 有相同的声源级，但声呐A 的工作频率高于声呐B 的工作频率，问哪台声呐作用距离远？为什么？假设天气晴好，同一台声呐设备在早晨工作距离远还是下午工作距离远？为什么？7、海水中的声速与哪些因素有关？请画出表面声道和深海声道的声速梯度分布？并简述上述声道实现远距离声传播的原因？8、何谓传播损失？在什么情况下传播损失r r TL α+=lg 20，在什么情况下传播损失r r TL α+=lg 10试分别证明之。
式中r 为传播水平距离，传播损失α为吸收系数。
9、声波在海洋中传播时其声强值会逐渐衰减，说明引起声传播衰减的原因？列举三种常用的传播损失表达式，并说明其适用条件。
10、何谓海底反射损失的三参数模型？三参数指的是哪些参数？其物理含义是什么？11、请说明射线声学的基本方程、适用条件及其局限性？声线弯曲满足的基本条件是什么？12、说明射线声学的基本方程、适用条件及其局限性，并说明球面波和柱面波传播时声线的传播方向。
13、聚集因子F 是如何定义的，它有什么物理意义？举出二个F>1的场合。
14、为什么表面声道和深海声道可以实现远距离传播？“北京天坛回音壁”和“夜半钟声到客船”均是声音远距离传播现象，请问它们属于上述何种声道产生的现象？请简要分析产生的原因？15、聚焦因子是如何定义的，其物理含义是什么？声强异常是如何定义的，其物理含义是什么？16、潜艇目标强度值与哪些量有关系？说明潜艇目标强度值随方位角和距离的变化规律及产生原因？17、测量柱形目标的TS 值时，发现TS 值随测量距离而变，说明这种变化关系及其产生原因。
水声学原理考试试卷及参考答案
考试科目《水声学原理》考试时间100分钟考试形式开卷班级姓名学号题号12345678910总得分阅卷人得分试题说明：本试卷共10道题，每题10分，满分100分。
请将答案写在答题纸上，考试完毕后请将试卷和答题纸一并交回。
1.（10分）声纳有哪两种工作方式？试分别画出这两种方式的信息流程图。
2.（10分）增加主动声纳的发射功率，能否提高其作用距离，为什么？如能提高，若其他条件不变，发射功率增大一倍，试问声纳作用距离如何变化？3.（10分）试画出典型的海洋声速分布图，并说明表面声道和深海声道的形成原因。
4.（10分）若海水中的声速分布如下图，试画出几条典型声线轨迹图。
5.（10分）声速分布如下左图所示，已知H，z0，c s，a1，a2和α求x。
C sCa1a2zx 0αx6.（10分）一只声呐换能器的声源级为120dB。
问从一个距离为1000m，半径为40m的球形物体上返回的回波信号强度是多少？7.（10分）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？8.（10分）已知水面船作匀速直线运动，船底的换能器以夹角θ向海底发射声波，频率为f0，收得海底回声信号的频率为f r，求该船的航行速度v。
Vθf0f r水面海底9.（10分）根据混响场特性不同，混响分为哪几类？它们各自产生的混响源是什么？试写出这几类混响的等效平面波混响级的理论公式。
10.（10分）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？写出舰船辐射噪声的噪声源，并说明它们的频率特性及在辐射噪声中起的作用。
标准答案： 1. 答：声纳按照工作方式可以分为两类，主动声纳和被动声纳。
它们的信息流程图分别为： (1)主动声纳：(2)被动声纳：2. 答：(1) 能否提高作用距离要看何种背景干扰起主要作用。
如果背景干扰以环境噪声为主，则可提高作用距离，若背景干扰以混响为主，则不能提高作用距离。
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（以下内容来自老师给的ppt ） 第1章-声纳及声纳方程1、声源级SL 描述主动声纳所发射声信号的强弱： I 是发射器声轴方向上离声源中心1m 处的声强2、发射指向性指数DITNDD T I I DI lg10=理解:3、传播损失TL 定量描述声波传播一定距离后声强度的衰减变化：rI I TL 1lg10=4、目标强度TS 定量描述目标反射本领的大小 ：5、海洋环境噪声级NL 是度量环境噪声强弱的量 ：注意：I N 是测量带宽内或1Hz 频带内的噪声强度。
6、等效平面波混响级RL 定量描述混响干扰的强弱。
7、接收指向性指数DI R 接收系统抑制背景噪声的能力。
声功率指向性水听器产生的噪噪声功率无指向性水听器产生的lg10=R DI8、检测阈DT 设备刚好能正常工作所需的处理器输入端的信噪比值(SNR)。
噪声功率信号功率lg10=DT9、主动声纳方程（噪声背景）：（SL -2TL+TS ）-（NL -DI ）＝DT主动声纳方程（混响背景）：（SL -2TL+TS ）-RL ＝DT被动声纳方程1lg10==r I ISL ()214m W P Ia r π==77.170lg 10+=a P SL Ta DI P SL ++=77.170lg 101lg10==r irI I TS 0lg10I I RL =（SL -TL ）-（NL -DI ）＝DT10、回声信号级：SL -2TL+TS 加到主动声纳接收换能器上的回声信号的声级噪声掩蔽级：NL -DI+DT 工作在噪声干扰中的声纳设备正常工作所需的最低信号级 混响掩蔽级：RL+DT 工作在混响干扰中的声纳设备正常工作所需的最低信号级 回声余量：SL -2TL+TS -（NL -DI+DT ）主动声纳回声级超过噪声掩蔽级的数量 优质因数：SL -（NL -DI+DT ）对于被动声纳，该量规定最大允许单程传播损失；对于主动声纳，当TS=0时，该量规定了最大允许双程传播损失品质因数：SL -（NL -DI ）声纳接收换能器测得的声源级与噪声级之差思考题：1．什么是声纳？声纳可以完成哪些任务？ 2．主被、动声纳的信息流程有何不同？ 3．发射指向性指数物理含义是什么？4．请写出主动声呐方程和被动声呐方程？在声呐方程中各项参数的物理意义是什么？ 5．环境噪声和海洋混响都是主动声呐的干扰，在实际工作中如何确定哪种干扰是主要的？ 6．已知混响是某主动声呐的主要干扰，现将该声呐的声源级增加10dB ，问声呐作用距离能提高多少？又，在其余条件不变的情况下，将该声呐发射功率增加一倍，问作用距离如何变化。
第2章 海洋的声学特性 1、声速梯度： P P S S T T c g a g a g a dzdcg ++==海洋中的声速c （m/s ）随温度T （℃）、盐度S （‰）、压力P （kg/cm2）的增加而增加。
2、理解3、声波传播的强度衰减（传播损失）原因： （1）扩展损失（几何衰减）；（2）吸收损失；（3）散射。
传播损失TL=扩展损失TL1+吸收损失TL24、扩展损失()dB rn TL lg 10⋅=（1）n=0 适用管道中的声传播，平面波传播 0=TL（2）n=1 适用表面声道和深海声道，柱面波传播 r TL lg 10= （4）n=2 适用于开阔水域(自由场)，球面波传播。
r TL lg 20= 5、１Neper=8.68dB ，声吸收引起的传播损失（吸收系数乘以传播距离）： 6、总传播损失（扩展＋吸收）：r r n TL α+⋅=lg 107、理解：km dB f f B f f f Sf ATT T /22++=α 27315206109.21+-⨯=T T f21089.1-⨯=A 21072.2-⨯=B 驰豫频率随温度升高而增加 。
8、 Thorp 给出了低频段（驰豫频率约为1kHz ）吸收系数的经验公式（适用4℃温度附近 ）：km dB f f f f /41007.401102.02222+++=α （理解）9、海水粗糙，反射系数小；海底平坦，反射系数大。
10、11、理解12、沉积层中声波衰减系数：m Kf =α（理解）13、海底反射损失：反射声振幅相对入射声振幅减小的分贝数，定义为：V p p BL irlg 20lg20-=-= （理解）海底反射损失为正值，BL 分贝数越大，海底反射损失越大；V 为反射系数模值。
14、cT =Λ c k ωπ=Λ=2理解：()kh k g c tanh 2=()kh k T kg c f tanh 2⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+=ρ()()()()I 1TL=10lg 11I x x x x αα=-=>>作业1：1．海水中的声速与哪些因素有关？画出三种常见的海水声速分布？2．声呐A ，B 有相等的声源级，但声呐A 工作频率f A 高于声呐B 工作频率f B ,问哪台声呐作用距离远，说明原因?3．声波在海洋中传播时，其声强会逐渐衰减，说明原因。
列举三种常用传播损失表达式，并说明适用条件?4.夏日某处海水中温度分布简化如下图所示的曲线。
试求：在什么深度上声速梯度的绝对值最大？该处的声速梯度是多少？作业21．什么是反向散射强度？平坦海底和粗糙海底的反向散射强度有何不同？ 2．请简单描述海底“三参数”模型？“三参数”物理含义是什么？ 3．邻近海面的水下点源声场中的声压振幅随距离变化具有哪些规律？ 4．引起海洋内部不均匀性的主要因素有哪些？第3章-海洋中的声传播理论1、()0,,22=+∇p z y x k p （理解）2、()F pz yxkp ρ⋅∇=+∇,,22（理解）3、绝对软边界条件：声压为零（海面）()()0,,,,,==t y xz t z y x p η4、绝对硬边界条件：法向质点振速为零 （海底）5、 可通过令 ()()()∑=nn n z Z r R z r p ,的分离变量法求得本征函数通解6、理解()()()()()()()()()∑∑-=-=nn zn zn n nn n r H z k z k Hjr H z Z z Z j z r p ζπζπ2200sin sin 2,22021⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛--⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=H n c n πωζ、Λ,3,2,121=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=n H n k zn π7、简正波阶数最大值：⎪⎪⎭⎫⎝⎛+=210c H N πω8、理解 临界频率：最高阶简正波传播频率()()()∑=⎪⎪⎭⎫⎝⎛---=Nnr j zn zn n n ez k z k rHjz r p 140sin sin 22,πζζπH c N N 021πω⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-= H c N f N 2210⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-= 9：截止频率：简正波在波导中无衰减传播的最低临界频率H c 201πω=Hcf 401= 10、相速：等相位面的传播速度（振动状态在介质中的传播速度）()201ωωζωn npn c c -==（理解）11、群速：声波能量的传播速度201⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-==ωωζωn ngnc d d c （理解）12、倒数关系20c c c gn pn = 13、深度取平均后，传播损失为：ππHr Hr L lg 10lg 10lg10+=-=声能被限制在层内，随距离r 作柱面波衰减。
14、cHr TL ϕ2lg 10lg 10+=临界掠射角c ϕ越小，传播损失TL 就越大 15、16、()rk t j Aeρρ⋅-=ωφkρ为波矢量17、均匀介质平面波： 均匀介质球面波： 非均匀介质球面波：18、理解：()()z y x n k k ,,2202=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=∇ϕ (声线方向 声线轨迹 声线传播时间) 022=∇⋅∇+∇ϕϕA A声线幅度或携带的能量19、声速k 为常数时：声线为直线。
声速k 是坐标z 的函数时的声线：总是弯向声速小的方向。
20、const S I S I S S ===Λ2211（由声源辐射声功率确定）21、()z r r W Iz r Aααααsin cos ,0021⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂==22、求出程函方程的条件22k AA<<∇23、在波束边缘、声影区（声线不能到达的区域）和焦散区（声能会聚区域），射线声学不成立。
24、 = 常数25、恒定声速梯度情况下，声线曲率处处相等，轨迹是圆弧。
00cos cos c c αα=26、声源在海面以任意掠射角出射的声线轨迹方程：（理解）27、单层线性分层介质中的声强28、理解P93页的表3.1 作业：1、波动方程的定解条件有哪些？2、何谓简正波？平面层波导简正波求解方法？3、若声源激发频率 N ωω< 时，波导中不存在哪些阶简正波？4、简正波的相速度和群速度有何区别？物理意义有何不同？5、液态海底声波传播规律如何？1.说明射线声学的基本方程、适用条件及其局限性，并说明球面波和柱面波传播时声线的传播方向？2.水平分层介质中的“程函方程”表示如何？3. 聚集因子F 是如何定义的，它有什么物理意义？举出二个F>1的场合。
4. 海水中声速分布如下图所示，请画出几条典型声线轨迹图。
5．已知c S 、a 1、a 2，声源在z 0处，声线在z 2处翻转，z 1处声速最小，z 0、z 1和z 也为已知，求声线水平距离R 。
第4章 典型传播条件下的声场 1、2、3、根据表面声道传播的主要特征，把声速简化为线性正梯度分布：()()001>≤≤+=a H z az c z c s、5、az z m2200χ+≈ 或 az s m 22χ≈6、临界角：在表面声道层深处发生反转的声线，其声源处和海面处的掠射角最大，称为临界角；该声线为临界声线。
()002z H a m -=χ 或 aHsm 2=χ7、跨度D ：声线在海面相邻两次反射点之间的水平距离。
海面掠射角声线的跨度D ：跨度D 与反转深度的关系8、海面掠射角越大，跨度也越大。
最大跨度：最小跨度：9、循环数N ：在声源与接收点之间所容纳不同掠射角声线跨度数目。
✧ 循环数N 越大，声线越接近海面，沿海面传播的声线。
✧ 循环数N 越大，相邻声线的掠射角越接近，声线越密集，声能越集中。
✧ 声源辐射声能主要集中在海表面层附近10、假设声源与接收器靠近海面，则有源到接收器N 次循环的声线的总传播时间近似为： s χm z a H D 8max ≈az D 0min 8≈∞→N atg D s χ2=⎪⎭⎫ ⎝⎛=22s m ctg z D χ222124N s r a r t c N ⎛⎫≈- ⎪⎝⎭最接近海底传播的声线（N最小），传播时间最短，最先到达接收点；最靠近海面传播的声线（N最大），传播时间最长，最后到达接收点。