第五讲习题课第1章习题1什么是声呐？声呐可以完成哪些任务？2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？3声呐方程的两个基本用途是什么？4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？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的曲线，如下图，然后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，还是噪声为主要干扰，如下图，rR<rn，所以混响是主要干扰。声信号级4回声信号级混响掩蔽级A噪声掩蔽级★距离rrR I'n5工作中的主动声呐会受到哪些干扰？若工作频率为1000Hz，且探测沉底目标，则该声呐将会受到哪些干扰源的干扰。解：工作中的主动声呐受到的干扰是：海洋环境噪声、海洋混响和自噪声，若工作频率为1000Hz，干扰来自：风成噪声、海底混响、螺旋桨引起的自噪声及水动力噪声。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。（海水吸收不计，声呐工作于开阔水域）解：对于受混响干扰的主动声呐，提高声源级并不能增加作用距离，因为此时信混比并不改变。在声呐发射声功率增加一倍，其余条件不变的情况下，作用距离变为原距离的/2倍，即R,=4/2R
第五讲 习题课 第 1 章习题 1 什么是声呐？声呐可以完成哪些任务？ 2 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？ 3 声呐方程的两个基本用途是什么？ 4 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？ 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 级随距离变化的曲线，如下图，然后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，还是噪声为主要干扰，如 下图，rR<rn，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 距离r rR rn 5 工作中的主动声呐会受到哪些干扰？若工作频率为 1000Hz，且探测沉底目 标，则该声呐将会受到哪些干扰源的干扰。 解：工作中的主动声呐受到的干扰是：海洋环境噪声、海洋混响和自噪声，若 工作频率为 1000Hz，干扰来自：风成噪声、海底混响、螺旋桨引起的自噪声及 水动力噪声。 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。（海水吸收不计，声呐工作于开阔水域） 解：对于受混响干扰的主动声呐，提高声源级并不能增加作用距离，因为此时 信混比并不改变。在声呐发射声功率增加一倍，其余条件不变的情况下，作用 距离变为原距离的 4 2 倍，即 R R 4 1 = 2
7开阔水域中扫雷舰拖拽一宽带噪声源、声源谱级160dB，被扫音响水雷对200一300Hz的噪声敏感，环境噪声谱级90dB，接收机检测阅DT=10dB，海水吸收系数α，求作用距离（给出表达式）。解：被动声呐方程SL-TL-(NL-DI)-DTSL=160+10lg(300-200)=180dBNL=90+10lg100=110DI=0DT=10TL=SL-DT-(NL-DI)=60dB,20lgR+αR=608开阔水域中用主动声呐探测目标。声呐发射声功率100瓦，发射指向性指数10dB，声呐离目标100米，海洋环境噪声谱级90dB，声呐工作带宽100Hz，接收指向性指数10dB，目标的声压反射系数为0.1，求接收信号的信噪比。（海水吸收可不计）解：回声信号级EL=SL-2TL+TS干扰背景NL-DI=90+101g100-10=100SL=171+10lg100+10=201 TS=-20 TL=20lgR=20lg100=40信噪比SN=201-80-20-100=1(dB)9什么条件下发生海底全反射，此时反射系数有什么特点，说明其物理意义。解：发生全反射的条件是：掠时角小于等于全反射临界角，界面下方介质的声速大于界面上方介质的声速。发生全反射时，反射系数是复数，其模等于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。第2章习题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。解：海水中的声速与海水温度、密度和静压力（深度）有关，它们之间的关系难以用解析式表达。CCCV表面声道浅海负梯度深海声道ZZ2声波在海水中传播时其声强会逐渐减少。（1）说明原因；（2）解释什么叫物理衰减？什么叫几何衰减？（3）写出海洋中声传播损失的常用TL表达式，并指明哪项反映的主要是几何衰减，哪项反映的主要是物理衰减；（4）试给出三
7 开阔水域中扫雷舰拖拽－宽带噪声源、声源谱级 160dB，被扫音响水雷对 200－300Hz 的噪声敏感，环境噪声谱级 90dB，接收机检测阈 DT=10dB，海水 吸收系数 ，求作用距离（给出表达式）。 解：被动声呐方程 SL-TL-(NL-DI)=DT SL=160+10lg(300-200)=180dB NL=90+10lg100=110 DI=0 DT=10 TL=SL-DT-(NL-DI)=60dB, 20lgR+ R=60 8 开阔水域中用主动声呐探测目标。声呐发射声功率 100 瓦，发射指向性指数 10dB，声呐离目标 100 米，海洋环境噪声谱级 90dB，声呐工作带宽 100Hz，接 收指向性指数 10dB，目标的声压反射系数为 0.1，求接收信号的信噪比。（海水 吸收可不计） 解：回声信号级 EL=SL-2TL+TS 干扰背景 NL-DI=90+10lg100-10=100 SL=171+10lg100+10=201 TS=-20 TL=20lgR=20lg100=40 信噪比 SN=201-80-20-100=1(dB) 9 什么条件下发生海底全反射，此时反射系数有什么特点，说明其物理意义。 解：发生全反射的条件是：掠时角小于等于全反射临界角，界面下方介质的声 速大于界面上方介质的声速。发生全反射时，反射系数是复数，其模等于 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。 第 2 章习题 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。 解：海水中的声速与海水温度、密度和静压力（深度）有关，它们之间的关系 难以用解析式表达。 z 浅海负梯度 C 表面声道 C z 深海声道 C z 2 声波在海水中传播时其声强会逐渐减少。（1）说明原因；（2）解释什么叫物 理衰减？什么叫几何衰减？（3）写出海洋中声传播损失的常用 TL 表达式，并 指明哪项反映的主要是几何衰减，哪项反映的主要是物理衰减；（4）试给出三
种不同海洋环境下的几何衰减的TL表达式。解：声波传播时强度衰减原因：声波在传播过程中，波阵面逐渐扩展：海水介质的吸收和海水介质中不均匀性的散射。物理衰减是指声波的机械能转变成其它形式的能量引起的声波衰减。几何衰减是指声波传播中波阵面扩张引起声强减少。海洋中传播损失表达式为：TL=nlgR+αR，前一项为几何衰减，后一项为物理衰减。开阔水域适用TL=20lg R+αR表面声道和深海声道中适用TL=10lg R+αR计及海底吸收时浅海均匀声道适用TL=15lgR+αRTL =40lg R+αR偶极子声源远场适用3声呐A，B有相等的声源级，但声呐A工作频率fA高于声呐B工作频率fB问哪台声呐作用距离远，说明原因。解：声呐B工作距离远，因为它的工作频率较低，海水吸收小，所以作用距离较远。4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。解：声波传播时强度衰减的原因：声波传播过程中，波阵面逐渐扩展；海水介质的吸收和海水介质中不均匀性的散射。TL=20lgR+αR开阔水域适用TL=10lgR+αR表面波道和深海声道中适用TL=15lgR+αR适用计及海底吸收时的浅海均匀声道TL=40lgR+αR适用偶极声源远场总结：通过这节习题课，对第1章和第2章的重要知识点进行巩固
种不同海洋环境下的几何衰减的 TL 表达式。 解：声波传播时强度衰减原因：声波在传播过程中，波阵面逐渐扩展；海水介 质的吸收和海水介质中不均匀性的散射。物理衰减是指声波的机械能转变成 其它形式的能量引起的声波衰减。几何衰减是指声波传播中波阵面扩张引起 声强减少。海洋中传播损失表达式为： TL = nlg R +R ，前一项为几何衰 减，后一项为物理衰减。 TL = 20lg R +R 开阔水域适用 TL = 10lg R +R 表面声道和深海声道中适用 TL = 15lg R +R 计及海底吸收时浅海均匀声道适用 TL = 40lg R +R 偶极子声源远场适用 3 声呐 A，B 有相等的声源级，但声呐 A 工作频率 fA高于声呐 B 工作频率 fB, 问哪台声呐作用距离远，说明原因。 解：声呐 B 工作距离远，因为它的工作频率较低，海水吸收小，所以作用距离 较远。 4 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。 解：声波传播时强度衰减的原因：声波传播过程中，波阵面逐渐扩展；海水介 质的吸收和海水介质中不均匀性的散射。 TL=20lgR+ R 开阔水域适用 TL=10lgR+ R 表面波道和深海声道中适用 TL=15lgR+ R 适用计及海底吸收时的浅海均匀声道 TL=40lgR+ R 适用偶极声源远场 总结：通过这节习题课，对第 1 章和第 2 章的重要知识点进行巩固