《水声学原理》重要问答题整理.pdf-资料库

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&部分水声学& 水声学笔记本：创建时间： 2019/5/27 20:30 作者： ZHYbula 更新时间： 2019/5/29 21:14 第一章：声呐方程 1、什么是声呐？声呐可以完成哪些任务？凡是利用水下信息进行探测、识别、导航、定位、通信的系统都广义的称之为声纳系统。五个任务：探测、识别、导航、定位、、通信。 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？主动式： SL声源级，TL传输损失、目标强度TS、海洋环境噪声级NL、等效平面波混响级RL、接受指向性系数DI、检测阈DT. SL-2TL+TS-(NL-DI)=DT SL-2TL+TS-RL=DT 被动式： SL声源级(目标的辐射噪声），TL传输损失、目标强度TS、海洋环境噪声级NL、等效平面波混响级RL检测阈DT. SL-TL-(NL-DI)=DT 3、声呐方程的两个重要的基本用途是什么？ 1、声纳设计 2、对声纳设备性能进行预报 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？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

7、增加主动声呐的发射功率，能否提高其作用距离，为什么？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。对于受环境噪声干扰的主动声纳，对于受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 . 第二章：海洋的声学特性 1、海水中的声速与那些因素有关？他们是如何影响声速变化的？海水中的声速随温度、盐度、和静压力而变。声速随温度、盐度、静压力、的增加而增加，其中以温度的影响最显著。 . 温度增加，压缩系数β减小，但是密度ρ变化不明显，因此声速随温度增加而增加。盐度增加，β减小，ρ增加，但是β减小比较明显，因而声速也随盐度增加而增加。静压力也会使β减小，声速随压力P而增加。 2、画出典型的海洋声速分布图，说明表面声道和深海声道的形成原因。深海声道：表面声道： .

负梯度： . . 表面声道：由于海洋中湍流和风浪对于表面海水的搅拌作用，使海表面下形成一层一定厚度温度均匀层，该层也称为混合层。温度均匀，压力也随深度增加，引起声速变大，出现声速正梯度。深海声道：深海中的声波速度随深度的变化曲线呈一个具有极小点的二次曲线的形状，其声速极小值所处的深度称为声道轴。在轴的上方声速增大的主要原因是海洋表面温度的升高，而在轴的下方声速增大的主要原因是海水静压力的增大。 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? 吸收系数随频率增大而增大。海水吸收小，作用距离较远，所以声呐 B 工作距离远。 4、声波在海洋中传播时，其声强会逐渐衰减，说明原因？声波在海水中的传播衰减包括哪几个方面？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。（1）扩展损失。波阵面逐渐扩展引起声强的衰减，也称为几何衰减。；（2）吸收损失。由于介质粘滞、热传以及相关盐类的弛豫过程引起声强衰减，又称为物理衰减。（3）散射。在海洋介质中，存在大量泥沙、气泡、浮游生物等悬浮粒子，以及介质本身的不均匀性，引起声波散射而导致声强衰减。

5、列举四种常用声波扩展损失表达式，并说明适用条件? TL= 20lgR + αR 开阔水域适用 TL= 10lgR + αR 表面声道和深海声道中适用 TL = 15lgR+ αR计及海底吸收时浅海均匀声道适用 TL= 40 lgR + αR 偶极子声源远场适用 6、什么是反向散射强度？平坦海底和粗糙海底的反向散射强度有何不同？反向散射强度：单位面积界面的反向散射功率与入射波强度之比的分贝数，即：10lgms 粗糙海底的反向散射强度与入射角和频率无关。平坦海底的反向散射强度与入射角和频率有关：（1）但入射角θ小于15°，反向散射强度随θ减小而增大。（2）当入射角θ大于15°，反向散射强度近似与cos^2θ成正比。（3）在小入射角时，散射强度一般与频率无关；在大入射角时，散射强度随频率变大而变大。 7、引起海洋内部不均匀性的主要因素有哪些？海洋内部不均匀性：湍流内波海流深水散射层。（1）湍流：流体流经固体表面或是流体内部出现的一种不规则运动。引起海水中温度和盐度的细微结构变化，从而引起声速的微结构变化。（2）内波：两种不同密度液体在其叠合界面上产生波动。内波对于低频、远距离声信号传播起伏具有重大影响。（3）海流：海水从一地方向另一地方作连续流动现象。海流基本在水平方向上流动，流速较快，呈长带状。海流边缘将海洋分裂为物理性质差异很大的水团的峰区，声波传播经过海流边缘时，位置的微小偏移会引起强烈的声波起伏。（4）在海中某些确定的深度上，聚居着密集的生物群，这些密集的浮游生物和鱼类能在一定的频率范围内散射声波，深水散射层就是由这群聚居的生物群组成。深水散射层会产生较大的混响背景。 8、海面对声传播有哪些影响？对声传播和声信号检测有什么影响？（1）海面反射。产生多途信号，形成多途干扰（不利）（2）海面散射。形成海面混响，是主动声纳的一种干扰（不利）（3）海面散射。散射信号导致声传播起伏（不利）（4）海面风成噪声。海洋环境噪声的重要组成部分，是一种干扰（不利）（5）作为介质界面。形成波导，如浅海声道（有利）

第三章：海洋中的声传播理论 1、波动方程物理定律，定解条件有哪些？物理定律： U是质点振速，p,ρ分别是声压和密度。（1）运动方程： . （2）连续性方程： . （3）状态方程： . 定解条件：（1）边界条件（物理量在介质边界上必须满足的条件。 @绝对软边界：声压为0. 第一类齐次边界条件：第一类非齐次边界条件： @绝对硬边界条件：法向质点振速为零界面振速：第二类齐次边界条件第二类非齐次边界条件(已知边界面上法向振速分布us) @混合边界条件若a、b都为常数，则为第三类边界条件 @边界上密度或声速有限间断.

（2）辐射条件（解在无穷远处所必须满足的定解条件。）（3）点源条件（4）初始条件当求远离初始时刻的稳态解，可不考虑初始条件 2、何谓简正波？简正波具有哪些性质？简正波是如何形成的？

满足波动方程和边界条件的波称为简正波。简正波的形成原因：与 z 轴夹角满足特定关系的上行波和下行波的迭加形成某一阶次的简正波。简正波特性：简正波沿水平方向为传播的行波，每一阶简正波有不同的波数。简正波在z方向作驻波分布，不同阶数的简正波，其驻波分布形式是不同的。无论阶次如何变化，海面上声压总为零，这是由海面上的自由边界所确定的。 4、若声源激发频率时，波导中不存在哪些阶简正波？ N阶简正波的简正频率：当时，波导中的不存在N阶以上的简正波，即n

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