2007年声纳技术考试试题A及答案_声纳技术

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以度为单位的表达式）？

19、脉冲测距是利用接收回波与发射脉冲信号间的时间差来测距的方法；若有一目标与收

发合置换能器的距离为R ，则换能器发射声脉冲经目标反射后的往返传播时间为多少？ 20、脉冲法测距时，使用信号（不可压缩信号）脉宽为τ，若同一方位向两个目标的回波到

达时间分别为1t 和2t ，请问能够分辨这两个目标的条件是什么？

二、证明题（10分）

若信号()s t 的模糊函数为()χτξ,，试从模糊函数的定义出发证明信号()()s t s t kt 12

=e j π的模糊函数为()()χτξχττξ1,,=+k 。

三、计算题（共30分）

1. 给定6元线阵，阵元间距为半波长，每个阵元无指向性发射声功率为1000瓦，各阵元幅度加权系数为0.3，0.69，1，1，0.69，0.3；假设加权归一化后-3dB 处主波束展宽为未加权时的1.3倍，求加权后的声轴上总的声源级（以dB 为单位）。（5分）

2. 一等间距线阵的各阵元灵敏度为1，2，2，2，1；求其归一化指向性函数。（5分）

3.一个间距为2.5λ的N 元线阵，各阵元本身长度为λ；（1）求出所有副极大（栅瓣）的位

置（度数）；（2）计算副极大与主极大的相对幅度。（10分）

4.利用一个单波束声纳测本舰航速，波束俯角为60α= 。设发射信号频率为

500T f =kHz ，水中声速为1500/c m s =。现测得多普勒频率166.7d f Hz =，求船的水

平速度。若有纵倾角3α∆=

，再不修正的情况下，带来多大的误差？（10分）

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长CW 短CW 脉冲 LFM

CW 信号时延分辨力为0.6T （或与脉宽成正比），多普勒分辨力为0.88/T （或与脉宽成反比）。 LFM 信号时延分辨力为0.88/B （或与带宽成反比），多普勒分辨力为0.88/T （或与脉宽成反比）。

14、()()()sin sin sin /2sin /2sin sin N d N E d N N πθϕλθπϕθλ⎛⎫ ⎪

⎝⎭==

⎛⎫

⎪

⎝⎭

15、T R c

s

min =

⋅

2θΘ

16、在sin θ轴上，由原位置移动2d

βλ

π 17、4、5

18、112sin 4-⎛⎫ ⎪⎝⎭

=28.9550度 19、t R c

=

2 20、21t t τ-≥

二、证明题 答：根据定义

()()()-j2,e t s t s t dt ξχτξτ∞

*π-∞

=

+⎰

()()()-j2111,e t s t s t dt ξχτξτ∞

*π-∞

=

+⎰

又因为 ()()s t s t kt 12

=e j π

所以

()()()()2

2

-j 21,e j k t j kt t s t e

s t e dt πτπξχτξτ∞

*

+π-∞⎡⎤=

+⎢⎥⎣⎦

⎰ （2分）

()()()

2

2

-j2e j k t j kt t s t s t e e

dt πτπξτ∞

-+*π-∞=+⎰

()()222j kt j k j t

s t s t e

dt πτπτπξτ∞

*

----∞=+⎰ （2分）

()()()2

2j k t

j k s t s t e

dt e πτξπττ∞

-+*--∞

=

+⋅⎰

（2分）

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()()()2

2j k t

j k s t s t e

dt e πτξπττ∞

-+*--∞=+⋅⎰

（2分） ()()()()2,j k t

s t s t e

dt k πτξτχττξ∞

-+*

-∞

=

+=+⎰ （2分）

三、计算题 1. 解：

六个阵元的总声源级为：

()()10lg 1000617110lg6217SL dB =⨯++= （1）

加权后各阵元输出功率为：

90瓦，480瓦，1000瓦，1000瓦，480瓦，90瓦 （1） 所以，加权后输出总的功率为

90瓦+480瓦+1000瓦+1000瓦+480瓦+90瓦=3140瓦 因此，加权前后总功率减少为

()()10lg 6000/3140 2.8dB = （1）

同时，由于3dB 波束宽度增加至原来的1.3倍，所以加权后的功率还要在更大的扇面内扩展，由此降低的平均功率为()10lg1.3 1.1dB =。 （1） 这样以上两项带来的总功率减少为2.8+1.1=3.9dB

因此，最终声源级为217-3.9=213dB 。 （1） 2.

解：分为如下图的二级子阵

灵敏度不同的五元阵

第二级子阵的方向性函数为

()()()()()

24sin /2sin 2sin /24sin /2N N R N ϕϕθϕϕ=== （2）

第一级由两个子阵声学中心组成的等效阵元组成，其指向性为

()()1cos /2R θϕ= （2）

因而总方向性为

()()()()

()()()()12sin 21

cos /2cot /2sin 24sin /24

R R R ϕθθθϕϕϕϕ=⨯== （1）

3.

答：可以看作是长为λ的多元复合阵，其指向性可写作

()()s i n s i n ()

s i n s i n ()s i n s i n ()s i n 2.5s

i n ()

()sin() 2.5sin()

sin()

sin()

L d N N D L

d N N ππθθπθπθλλθπππθπθθθλ

λ

⎛⎫⎛⎫

⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭=

⋅=

⋅

（3分）

其栅瓣位置满足：2

sin(), 02.55

k

k

k k d λ

λ

θλ===

≠ （3分）

在9090θ-≤≤ 范围内，2,1,1,2k =--，相应的53.1, 23.6, 23.6, 53.1θ=--

。

（2分）

相对幅度取决于指向性函数，代入上式可得()0.5878, 0.9511, 0.9511, 0.5878D θ=，

用dB 表示() 4.62, -0.44, -0.44, -4.62dB D θ=-

（2分）

（有部分结果可酌情给分） 4.

答： 因为多普勒频率可表示为：

2cos x

d T v f f c

α=

⋅⋅ （2分）

所以有

166.71500

0.5/2cos 25000000.5

d x T f c v m s f α⋅⨯=

==⋅⨯⨯

（2分）

因为有3α∆=

的误差，所以在不修正的情况下

()1166.71500

0.5808/25000000.454

2cos 3d x T f c v m s f α⋅⨯===⨯⨯⋅+

（2分） ()2166.71500

0.4591/25000000.5446

2cos 3d x T f c v m s f α⋅⨯=

==⨯⨯⋅-

（2分）

所以相对测速误差为

120.58080.4591

18.34%0.5

x x v x v v v ε--=

==

（2分）