水声学原理6
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可编辑修改精选全文完整版考试科目《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。
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。
%基于射线理论预报模型的混响强度时域波形预报统计仿真%对应水声学原理第六章界面混响的部分内容clear allclose allclcfs=200000;%采样频率p0=1;pb=0.005;%脉宽单位st=1/fs:1/fs:pb;f0=1000;%声源频率c=1500;%声速w=2*pi*f0;k=w/1500;%波数X=4000;%水平最远距离step=c*pb/2;%步长r=1:step:X;s11=exp(j*(w*t));%发射信号波形signal_whole=zeros(1,300000);%初始化final_sig=zeros(1,300000);%初始化H=100; %波导深度h=5; %声源所在深度a=sqrt((H-h)^2+r.^2); %距离m=length(r);%传播方向上划分微元的个数ls=length(s11);%信号长度for i=1:1:m/2phase=2*pi*rand(1,m).';%引入相位误差,分布服从0到2*pi的均匀分布;am=normrnd(0,1,1,m).'; %各个微元的反射系数,服从高斯分布sig=(ones(1,m)*(am*p0/(a(i)^2)*c*pb/2.*exp(j*(w*a(i)/c-2*k*a(i)+phase))))*s11;%全指向性声源一圈界面sp=round(a(i)/1500*fs);%起始点数取整signal_whole(sp:sp+ls-1)=sig+signal_whole(sp:sp+ls-1);%反射回来的信号在时域上进行平移endfinal_sig=real(signal_whole);plot(final_sig) %绘图t=(1:length(final_sig))/fs;plot(t,real(final_sig))title('混响时域波形预报')xlabel('时间/s')ylabel('声压/pa')。
海洋声学基础——水声学原理-吴立新海洋声学基础——水声学原理绪论各种能量形式中,声传播性能最好。
在海水中,电磁波衰减极大,传播距离有限,无法满足海洋活动中的水下目标探测、通讯、导航等需要。
声传播性能最好,水声声道可以传播上千公里,使其在人类海洋活动中广泛应用,随海洋需求增大,应用会更广。
§0-1节水声学简史01490年,意大利达芬奇利用插入水中长管而听到航船声记载。
11827年,瑞士物理学家D.colladon法国数学家c.starm于日内瓦湖测声速为1435米每秒。
21840年焦耳发现磁致伸缩效应1880年居里发现压电效应31912年泰坦尼克号事件后,L.F.Richardson提出回声探测方案。
4第一次世界大战,郎之万等利用真空管放大,首次实现了回波探测,表示换能器和弱信号放大电子技术是水声学发展成为可能。
(200米外装甲板,1500米远潜艇)5第二次世界大战主被动声呐,水声制导鱼雷,音响水雷,扫描声呐等出现,对目标强度、辐射噪声级、混响级有初步认识。
(二战中被击沉潜艇,60%靠的是声呐设备)6二、三十年代——午后效应,强迫人们对声音在海洋中的传播规律进行了大量研究,并建立起相关理论。
对海中声传播机理的认识是二次大战间取得的最大成就。
7二战后随着信息科学发展,声呐设备向低频、大功率、大基阵及综合信号处理方向发展,同时逐步形成了声在海洋中传播规律研究的理论体系。
81、1945年,Ewing发现声道现象,使远程传播成为可能,建立了一些介质影响声传播的介质模型。
2、1946年,Bergman提出声场求解的射线理论。
3、1948年,Perkeris应用简正波理论解声波导传播问题。
4、50-60年代,完善了上述模型(利用计算技术)。
5、1966年,T olstor 和Clay 提出声场计算中在确定性背景结构中应计入随机海洋介质的必要性。
§0-2 节水声学的研究对象及任务1、水声学:它是声学的一个重要分支,它基于四十年代反潜战争的需要,在经典声学的基础上吸收雷达技术及其它科学成就而发展起来的综合性尖端科学技术。