《水声学原理》期末复习试题3含答案.pdf

该【《水声学原理》期末复习试题3含答案 】是由【小屁孩】上传分享，文档一共【6】页，该文档可以免费在线阅读，需要了解更多关于【《水声学原理》期末复习试题3含答案 】的内容，可以使用淘豆网的站内搜索功能，选择自己适合的文档，以下文字是截取该文章内的部分文字，如需要获得完整电子版，请下载此文档到您的设备，方便您编辑和打印。四、(12分)声速分布如下图,声源位于深度H处,以?出射的声线在z、z哈尔滨工程大学本科生考试试卷H12c,a,a,za?0,a?0x深度上反转,已知s121(12),求声线水平传播距离。(年第学期)CsCxaz11:?名课程编号:课程名称:HHH姓a2z2zz所有试题答案均需写在答题册上,写在本试卷上无效。x一、简单题(每题4分,共40分)五、(12分)用主动声纳探测放置在海底、半径为2m的刚性球;?解释组合声纳参数NL-DI+DT和RL+DT的物理意义。器距该球200m,发射声源级190dB,脉冲宽度5ms,?实际工程中为什么可以应用温度测量代度;并测得单位面积海底反向散射声强是入射声强的1/1000。试求:(1)混替声速测量以获得海水中的声速?响面积;(2)混响目标强度;(3)接收信号的信混比;(4)?此时反射系数有何特点?说明其物理意义。装信号的信混比,应如何改变声纳系统的参数?(计算中取:海水中声速:,而射线理论适用于计号1500m/s;lg3=,lg5=。)算高频近距离深海声场?学订六、(16分)已知:甲船辐射噪声谱密度级如下图。乙船用被动声纳探测甲船,?解释这种波形包络的形成其声纳系统工作频带为:500Hz~2000,全Hz指向性接收器,能量检测工作原因。方式,当信噪比等于8dB时,认为检测到目标。“午后效应”?运用所学知识解释该物理现象产生的原因。声的总干扰噪声为各向同性且为均匀谱密度分布,,解释这种变化关系及原级为70dB。求:(1)乙船接收到甲船噪声信号级;(2)乙船接收的噪声因。干扰级;(3)若海水吸收系数为11dB/km,求乙船探测到甲船的最远距离;?目标强度测量应满足哪些条件?(4)为增大探测到甲船的距离,乙船的被动声纳应如何改变设备参数。?它的强弱与哪些因素有关?(计算中取:声波柱面扩展,计及海水吸收;海水中声速1500m/s;-500Hz,500-25000Hz的环境噪声分别是航船噪声和风:lg2=,lg3=,lg5=,ln2=。)级成噪声?班谱级二、(10分)海水中的声速从海面的1500m/s均匀减小到100m深处的1450m/s。求:(1)声速绝对梯度;(2)海面处掠射角为零的声线到达100m深处时120dB-3dB/OCT所传播的水平距离和掠射角分别是多少?(给出表达式)三、(10分)在高频远场条件下,简单地用能量守恒关系推出半径为a的刚性大频率球目标强度TS值表达式。1000Hz第1页2共页第2页2共页标准答案和评分标准一、简答题(每题4分,共40分)?解释组合声纳参数:NL-DI+DT和RL+DT的物理意义。答:将影响声纳设备工作的因素统称为声纳参数(2分)。NL-DI+DT:噪声隐蔽级,在噪声干扰下主动声纳或被动声纳正常工作所需的最低信号级;RL+DT:混响隐蔽级,在混响干扰下主动声纳正常工作所需的最低信号级(2分)。?实际工程中为什么可以应用温度测量代替声速测量以获得海水中的声速?答:海水中的声速主要受温度、盐度和压力等因素的影响(2分)。由于温度每变化1摄氏度,声速变化约4m/s;盐度每变化1‰,声速变化约1m/s;压力每变化1个大气压,。虽然盐度对声速的影响也较大,但是海水盐度的总体变化范围较小,可取平均值,所以实际工程中可以应用温度测量以近似获得海水中的声速(2分)。,此时反射系数有何特点,说明其物理意义。答:发生全内反射的条件是:掠射角小于等于全内反射临界角,界面下方介质的声速大于界面上方介质的声速(2分)。发生全内反射时,反射系数为复数,其模值为1,虚部和实部的比值给出相位跳变角的正切,即全反射时,会产生相位跳变(2分)。,而射线理论适用于计算高频近距离深海声场?答:对于水平分层介质,简正波的本征函数和本征值与水平距离无关,声场可用本征函数与本征值解析表示,可计算任意距离处的声场。同时由于海洋波导中传播简正波的阶数随着海水深度的增大或声波频率的升高而增大,计算量增大。所以说简正波理论适用于计算低频远距离浅海声场(2分)。射线理论是波动理论的高频近似。远距离声场的计算需1要逐步地从声源处开始。距离越远,计算量越大。海水介质越深,声线一个跨度的水平传播距离越远,界面反射次数则越少。因此说射线理论适用于计算高频近距离深海声场(2分)。?解释这种波形包络的形成原因。答:表面声道中接收爆炸声信号的波形包络的特征为:从记录开始到最后,信号逐步增大,最后尖锐截止(2分)。原因:靠近表面声道反转的声线最新到达,声线稀疏,声强较小。靠近海面传播的声线最后到达,声线密集,声强较大(2分)。“午后效应”?运用所学知识解释该物理现象产生的原因。答:当天气晴好时,同一部声纳在早晨时的作用距离比下午时远,这就是所谓的“午后效应”(2分)。因为早晨可能存在表面声道,而下午一般不会形成表面声道。即使上午不出现表面声道,早晨的声速负梯度也小于下午的负梯度,根据射线理论可知声纳在早晨的作用距离比下午时远(2分)。,发现TS值随测量距离而变,解释这种变化关系及原因。答:与测量距离的变化关系:随着距离增大,TS值逐渐增大,距离超过某个值后,TS值不再随距离而变化(2分)。原因:(1)声纳换能器指向性原因,近距离上,入射声没有照射到目标全部,因而对回波有贡献的表面小,回波弱,随着距离增大,入射波照射的面积增大,对回声有贡献的表面也增大,因而TS值也增大,距离超过某个值时,整个目标都被入射声照射,TS值不再随测量距离而变化;(2)回声信号在近场与距离的一次方成反比,在远场与距离的二次方成反比,而归算至目标声中心1米处时都按球面扩展规律归算,其后果必然导致远场测量结果大于近场(2分)。?目标强度测量应满足哪些条件?答:比较法和直接法(2分)。待测目标应该位于声源辐射声场的远场、水听器应该位于目标散射声场的远场;自由场条件;合理选择发射信号的脉冲宽度(2分)。2在散射场远场,如果为均匀球面波场,则半径为r的球面上散射声功率:W?4?r2I?r?(3分)ss根据能量守恒有:W?W,即?a2I?4?r2I?r?(2分)is0s??根据定义:TS?10lg?I?r?1m?I??10lga24?20lg?a2?(2分)s0四、(12分)解:C?C?1?aH?C?z??C?1?az?C?z??C[1?a(z?H)](4分)HS11s112H221?aH1?cos?a(z?H)cos??1z?H?H?H?11(4分)H1?az2acos?a(1?aH)112H212?H?z?2?z?H?2?z?z?x?1x?2x?211?2??(4分)tgHtgHtgH222CsCa1z1H?xHH2x1a2z2z五、(12分)解:c??r1500???200(1)混响面积:A???75㎡(3分)22c??r(2)混响目标强度:TS?S?10lg??30?10lg75??(3分)混b2a2(3)接收信号的信混比:目标强度:TS?10lg?0dB4SRR?TS?TS?11dB(2分)混(4)减小发射信号的脉冲宽度和收发合置换能器的等效组合束宽。(4分)六、(16分)解:(1)乙船接收到甲船噪声信号级为:SL-TL(4分)4工作带宽内甲船辐射噪声声强:I?I?IN12又S?f??1012I,S?f??1015If?11ref2ref10002000所以I??S?f?df?5?1014I,I??S?f?df?7?1014I11ref22ref5001000??????声源级:SL?10lgII?10lg5?1014I?7?1014II?151dBNrefrefrefref(2)乙船接收的噪声干扰级为:NL-DI(4分)带宽内的环境噪声级:NL?70?10lg1500?102dB接收指向性指数:DI?10lg?4????0dB乙船接收的噪声干扰级:NL?DI?102dB(3)乙船探测到甲船的最远距离:(4分)?SL?TL???NL?DI??DT151?TL?102?8,DT?8dB10lgR??41R?1000m(4)为提高探测距离,应改进声纳的设备参数: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,声纳工作频段左移,可提高声纳探测距离。(4分)5