2016-2017水声学原理a试卷答案

水声学原理试卷A 卷答案
一．解释或说明一下概念（每小题3分）
1 声源级：用来描述主动声纳所发射的声信号的强度10
10lg |r
r I SL I ==，I r ：发射器声轴方向上距离声中心1米处的声强，I 0：参考声强 2 绝对软边界：边界压力为零 绝对硬边界：边界振动为零 3 检测阈：10lg DI =刚好完成某种职能时的信号功率
水听器输出端上的噪声功率
4浅海声速剖面：
5 负梯度：声速随着深度的增减而减小
6 指向性因数：10lg
DI =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
7 目标强度：描述目标反射本领的物理量10
10lg |r
r I TS I ==，I r ：入射波相反方向上距离目标声中心1米处的声强，I 0：参考声强
8 10lg 170.77SL W +＝
9 一维：2222201P P x c t ∂∂=∂∂ 二维：22222222201P P P P x y z c t
∂∂∂∂++=∂∂∂∂
三维：22
2201P
P c t
∂∇=∂
10 ()()44
002(,)()())sin()n n j r j r n n n zn zn P r z z Z z e k z k z e
H ππ
ξξ----=-=- 本征函数
())n zn Z z k z =
本征值 1(),1,2,
2zn k n n H
π
=-
=
11 设有强度为I 的平面波轴向入射到水听器上，水听器输出某一电压值；如果将此水听器置于混响场中，水听器输出一个电压，若这两个电压值相同，就用平面波的声级来度量混响场的强度，称为等效平面波混响级。

12 程函方程 ()
2
2
20(,,)c n x y z c ϕ⎛⎫
∇== ⎪⎝⎭
强度方程 2()0A ϕ∇⋅⋅∇=
二．写出完整的主动声纳方程，解释其意义和应用局限性（12分） 主动声纳方程：
()12()SL TL TS NL DI DT -+--= ()22SL TL TS RL DT -+-=
意义；a 适用于收发合置声纳
b 适合于背景干扰为各向同性的环境噪声情况 应用：a 对已有的或正在研制设计的声纳设备进行性能预报 b 用于声纳的设计
局限性： 声纳方程是用声强度来描述的，但是对于短脉冲信号，由于介质的传
播效应和目标反射的物理效应，接收到的回波信号会产生严重的畸变，这个对于声纳方程的应用有所限制，这时需要将声源级SL 改为
10lg 10lg e SL E τ=-，E ―距离声源单位距离的处的声能密度，e τ―以
秒为单位的回声脉冲宽度
三．一声纳系统的声源级为200db （1μPa ，1米），其绝对声强是多少？（10分）。

由已知：
2110log 170.77200837.53|66.65/4r SL Pa dB Pa w Pa
I w m π
==+=⇒=⇒=
=
四．假设一水中传播的平面波的声压级为100db （参考声压1µPa, 1米），求其平均声强。

如果参考声压为1μbar 时，其他条件不变，平均声强又是多少？（10分）。

由已知：
20lg
100(1)e
ref ref
P SPL dB P Pa P μ=== 5
100.1e ref P P Pa ⇒==
2292
6
000.1 6.6710/1.4810
e P I W m c ρ-⇒===⨯⨯ 若1re
f P Pa μ= 则(01)(01)10200SPL dB Pa SPL dB bar dB μμ===+=
200/20
6410
1011010e ref P P Pa -⇒=⋅=⋅⨯= 22
002/7.661000
*150010000m w C P I e ===⇒ρ
五．混合层表面声道，海洋表面声速为1500m/s ，声速梯度为0.015，声道层的深度为100m,声源位于20m 处，求声线的极限射出角，过渡距离和跨度。

假如海面对声线的反射损失为2db/次，介质的吸收损失为0.2db/km ，声波传播至30km 处时的传播损失是多少？(12分)
由已知：5011500100 1.001100.015
C R H H m a g =
+=+=+=⨯
0.03998 2.29
100
1250.96
2sin2sin2.29
8948.74
m
m
rad
H
r m
D m
θ
θ
︒
︒
====
===
===
若传播30km，声线反转3～4次（
3
3010
3.35
8948.74
⨯
=）。

⇒传播损失
10lg240.230
TL r r
=+⨯+⨯
3
10lg1250.96301086
90dB
=⨯⨯++
≈
六．一线列阵声系统，阵长度为5λ，λ为波长，频率为f
，辐射声源级SL＝
160db，发射脉冲宽度5ms，海洋介质的体积散射强度S
V
=-70db。

求距声纳200m
处散射体产生体积混响信号的混响级RL
V
.(发射和接收等效束宽Ψ＝8.3λ/2πL)。

(20分)
由已知：160,70,200
V
SL dB S dB r m
===
2220lg40lg40lg20092.04
TL r r dB
=⋅===
2
2
2
3
2
40lg10lg
2
8.3
1607092.0410lg(5)
22
8.3
1607092.0410lg
225
15005108.3
1607092.0410lg200
210
43.94
V
r c
RL SL S r
r c
L
L
r c
dB
τ
ψ
τλ
λ
π
τ
π
π
-
⇒=+-+
=--+⋅=
=--+⋅
⨯
⨯⨯
=--+⋅⨯
=。