习题课2

习题课21、假设潜艇辐射频率为300Hz线谱信号，其声源级为120dB；现用指向性束宽为0.5弧度的某声呐接收该潜艇线谱信号，潜艇航行速度为20m/s，海洋环境背景噪声谱级为70dB。1）求声呐系统最小接收带宽和背景干扰级？2）若声呐系统的检测阈为-25dB，则该声呐可探测该潜艇的最大探测距离是多少？（海水中声速1500m/s，声波球面扩展，不计海水声吸收）解：1）多普勒频偏：声呐接收系统最小接收带宽为8Hz。3）背景干扰级：4）根据被动声呐方程，可以求得声呐最大探测距离：HzfcVf8300150020222）声呐系统接收指向性指数：dBDI145.04lg10dBDIfNLDINL65148lg1070lg10dBDTDINLSLTL802565120)(kmR102、已知：甲船辐射噪声谱密度级如下图所示；乙船用被动声呐探测甲船，该声呐系统工作通带为：500Hz-2000Hz，全指向性接收器，能量检测工作方式，当信噪比大于6dB时，认为检测到目标；若海洋环境噪声和乙船自噪声的总干扰噪声为各向同性且为均匀谱密度分布，在接收器处其噪声谱密度级为70dB（0dB=1μPa/Hz）。试求：1）乙船接收甲船噪声信号级；2）乙船接收干扰噪声级；3）乙船探测到甲船最远距离（球面波扩展且不计海水声吸收）；4）为增大探测到甲船距离，乙船被动声呐应如何改进设备参数。解：1）信号级：SL－TL，其中SL=10lg(I/Iref)；I=I1+I2reffIdffSI14011051reffIdfFFfSI1420021052dBIIIIISLrefrefrefref150105105lg10lg1014142）干扰级：NL－DIdBfNLNL8.1015002000lg1070lg100dBDI04lg103）被动声呐方程：DTDINLTLSLRTLlg20dBDT62.4268.101150)(DTDINLSLTLmR8.128最远探测距离：4）为提高探测距离，应改进声呐的设备参数：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，即声呐工作频段左移，可提高声呐探测距离。3、某声呐在10km处检测到某舰辐射噪声，已知海洋传播衰减遵循球面波规律，海水介质吸收系数1dB/km，环境噪声谱级为70dB，声呐工作带宽为1000Hz，声呐接收换能器接收指向性指数为10dB，该声呐在输入端接收信号信噪比为15dB时刚好能检测到目标，求被检测舰船的辐射噪声源级？（海水中声速1500m/s）2）背景干扰级：解：1）环境噪声级：dBfNLNL1001000lg1070lg100dBDINL90101003）传播损失：dBrrTL906010110lg2060lg204）根据被动声呐方程，可求得舰船的辐射噪声声源级：dBDTDINLTLSL195159090)(4、为了扫除音响水雷，扫雷舰拖曳一宽带声源，声源谱密度级为150dB。被扫除水雷对100Hz~300Hz范围内的噪声敏感；假设在上述频带内的海洋环境噪声的谱密度级为70dB，而水雷在上述频段内的噪声级比海洋环境噪声级高40dB时动作。若传播损失用球面波扩展来描述，求扫雷舰在多远距离能扫除水雷？解：5、设某声呐发射器与接收器相距很近，发射器无指向性，接收器有指向性。发射系统工作频率为50kHz，脉冲宽度为100T（T为工作频率周期）。在1000m处有半径为2m的刚性球，海洋体积散射强度为-50dB。试求：当接收器指向性指数为多少时才能使球体回声级等于体积混响级?解：1）由题意已知：球体半径a＝2m，球体目标强度：2）球体回波信号强度：22210lg10lg044aTSdB3）由题意知：脉宽τ＝2ms；海洋体积散射强度Sv=-50dB；等效波束宽为Ψ，则体积混响级为：240lg10lg2cRLSLSvrr4）由EL=RL，可求得等效波束宽为Ψ=1/15，接收器指向性为：10lg22.84DIdB240lgELSLTLTSSLrTS6、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fr，求该船的航行速度v。Vf0fr水面海底解：Vf0fr水面海底考虑多卜勒效应，回声信号频率cVffrcos210002cosrffcVf7、写出（1）目标回声信号级表达式；（2）海底混响的等效平面波混响级表达式。已知海底有一刚性球，半径1m；收-发合置换能器，其指向性等效束宽弧度Φ=0.2；收-发合置换能器距海底目标斜距400m；信号脉冲宽度τ=4ms；海底散射强度Sb=-25dB；（3）试求接收信号的信混比。（4）为提高接收信号的信混比应如何改进声呐的设备参数。（声速为1500m/s；声波球面波扩展；不计海水声吸收）解：2）海底混响的等效平面波混响级表达式：TSTLSLEL2210lg/2sRLSLTLScrdBASTSRLELSRRs8.4)240lg(10)25(6lg10dBaTS62lg202/2240Acrm4）若提高SRR，需改进声呐的设备参数：减小脉冲宽度τ和等效束宽Φ。1）目标回声信号级：3）接收信号的信混比：8、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？若“直接测量法”布置为：在开阔水域，点声源辐射器，无指向性接收器和被测物体依次排列，间距分别为R1，R2；（R2d/λ；d为被测物体最大线度；λ为声波波长）。接收器接收的点声源辐射声压幅值为Pi，接收的被测物体散射声压幅值为Ps；问：被测物体目标强度（TS值）如何计算？（声波球面扩展，不计海水声吸收）。解：1）应答器法测量原理①测量船：安装发射器和水听器Ⅰ各一个，测量目标回声和应答器所辐射的脉冲信号，设它们声级差为A分贝。②待测目标：安装应答器和水听器Ⅱ各一个，相距1米，应答器接收声源发射声脉冲后也发射声脉冲，水听器先后接收声源和应答器发射的脉冲信号，设它们的声级差为B分贝。12122ASLTLTSSLTLBSLTLSL==TSAB2）辐射声压幅值：rPP0接收器接收的声压幅值：10RPPi待测目标的入射声压为：2112102RRRPRRPPi接收器接收目标散射声压幅值：21RPPmrrs目标强度计算公式：isrPRRRRPPPTS12212lg20lg203）实验注意事项：a.接收水听器和待测目标置于发射换能器的远场区；b.接收水听器置于待测目标散射声场的远场区；c.发射声信号的脉冲长度：，L为目标长度。cL2