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2007年声纳技术考试试题B及答案


哈尔滨工程大学试卷 :


《声呐技术》B 卷

器的距离为 R,则换能器发射声脉冲经目标反射后往返传播时间为 ; 24、脉冲测距的误差取决于测时误差和声速测量误差,在近距离时, 为主要误差源, 在远距离时, 为主要的误差源。 25、目标速度测量的方法包括 、 等;本舰速度测量方法包括 、 。 26、船底安装一收发共用换能器,船以向前的速度分量 v x 运动。换能器的一个笔形波束以 俯角 α 向下发射声波照射到海底,则反向散射信号的多卜勒频移为 27、声呐发射机的主要技术指标: 、 、 、 等。 二、证明题(10 分) 。





一、填空(每空 1 分,共 60 分) 1、检测概率定义为 ;虚警概率定义为 。 2、声纳盲区是指 。 3、若按工作原理分类,声纳可分为 和 。 ,被动声纳方程为 。 4、主动声纳方程为 5、技术指标是为确保战术指标的实现,系统应具有的技术参数,例如 等。 6、优质因数 FOM 定义为 。 、 、 、 7、声纳盲区根据形成的原因,可分为: 8、主动声呐信号常从三个方面来描述: 、 及 。 9、信号为 a (t ) exp[ j (2π f 0t + π kt )] 的瞬时频率表示式是:
2

姓名:

若信号 s( t ) 的模糊函数为 χ (τ , ξ ) ,试从模糊函数的定义( χ (τ , ξ ) = 出发证明信号 s1 ( t ) = s( t )e jπkt 的模糊函数 χ 1 (τ , ξ ) = χ (τ , kτ + ξ ) 。
2

∫ s(t )s (t + τ )e
? ?∞



-j2 πξt

dt )





等。

三、计算题(15 分) 一等间距线阵的各阵元灵敏度为 1,3,4,4,4,4,3,1;求其归一化指向性函数。 四、计算题(15 分) 如图所示,利用多普勒效应进行本舰速度测量,单波束测量如(a)图所示,波束倾角为 α , 1+ x 发 射 信 号 频率 为 fT , 而 回波 的 中 心 频率 由 于 多普勒 效 应 变 为 f r = f T , 其 中, 1? x

线

10、当目标或声呐发射机/接收机有相对运动时,会使接收的脉冲信号波形发生改变,表现为 。相对运动时,多普勒频移为 ,相背运动时则 信号频率的偏移,称之为 为 。 、 和 等。 11、信号模糊函数的性质有: 12、对于相同的多普勒频移分辨力,LFM 脉冲的时延分辨力 CW 脉冲。 13、信号的主要工作参数有三个: 、 、 。 14、写出 CW 脉冲信号的时间波形表示式: ,瞬时频率表示式: 。 15、最大值测向方法的测向精度,主要取决于 、 、 ,以及 。 16、声纳系统定向方法有: 、 和 等。 17、声呐波束形成的目的,是使多阵元构成的基阵经适当处理得到在预定方向的 。 18、对阵元幅度进行加权的目的在于改善阵的 ,例如改善主旁瓣的相对幅度等。常用 的标准有:在给定旁瓣高度的要求下获得 ;在给定主瓣宽度要求下获得 ; 在一定阵元数下,满足给定的 等。 19、在等间隔线阵的情况下,一种最常用的幅度加权法是道夫-契比雪夫(Dolph-Chebyshev)加 权,它可实现 效果。 21、一个 N 元等间距线阵各基元间插入 β 相移后的指向为: R (θ ) = 20、若要求中心非模糊扇面为 ?90 ≤ θ s ≤ 90 ,则要求 。 。

v cos α , v 为 本 舰 速 度 。 当船 速不 高 时 , 且 测 量 精度 要求 不 高 时 多 普 勒 频偏 为 c 2x f d = f r ? fT = fT ≈ 2xfT 。然而,对于高精度船速测量时,往往采用图(b)前后向波 1? x 1+ x 1? x 束 的 测 试 原 理 , 此 时 f 前 = fT , f 后 = fT ,多普勒频偏可写作 1? x 1+ x 4x f d = f前 ? f后 = ≈ 4xfT 。 1 ? x2 ?f (1)给出这两种情况下多普勒速度估算的相对误差 d ; fd x=

学号:

(2)计算在 α = 30 , v = 15m/s 时这两种情况下的相对误差值。

班级:

22、一个 6 元等间距线阵,间距 d = 2λ ,在 ±90° 内(包括 ±90° )其方向性函数具有的副极 大(指同相相加所得)数目与两个副极大值间的零点数分别为 和 。 23、脉冲测距是利用接收回波与发射脉冲信号间的时间差来测距的方法。若有一目标与换能 第1页 共2页

(a)

(b)

第2页 共 2页

2007 年声纳技术考试试题 B(答案) (答案)

25、多普勒测速、相关测速

(2 分) (1 分)

2v 26、 x f 0 cos α c

27、波形发生器(信号源) 、多波束形成器、功率放大器、换能器、接收机,收发转换开关 (任意 3 个) (3 分) 一、填空(60 分) 1、低频、大功率、大尺寸基阵、信号处理技术 2、主动式声纳、被动式声纳 二、证明题(10 分) (4 分) (2 分) (2 分) 答:根据定义

3、 SL ? 2TL + TS ? ( NL ? DI ) = DT , SL ? TL ? ( NL ? DI ) = DT

χ (τ , ξ ) =
∞ 1



?∞

∫ s (t ) s (t + τ ) e
? ? 1 -j2 πξ t

-j2 πξ t

dt

4、声源级、接收机的检测阈、工作频率、脉冲宽度、信号形式、接收机动态范围、基阵大小、 基阵灵敏度等(任意 3 个) (3 分) 5、物理盲区、几何盲区、尾部盲区、脉冲宽度盲区和混响盲区等(任意 4 个) 。 (4 分) 6、时间函数、频谱函数、模糊函数 (3 分) 7、 f (t ) = f 0 + kt , t ∈ [-

χ1 (τ , ξ ) =
又因为

?∞

∫ s (t ) s (t + τ ) e
2

dt

T T , ] 2 2

s1 (t ) = s(t )e jπkt
所以

(1 分) (3 分) (1 分) (3 分) (2 分) (2 分)

8、多卜勒频移、正、负 9、高于 10、工作频率、信号时间宽度、信号的带宽

χ1 (τ , ξ ) =
= = = = =

jπ k ( t +τ ) ? jπ kt 2 -j2 πξ t dt ∫ s (t ) e ?s (t + τ ) e ? ? e ? ? ?∞
2



?

(2 分)



T T T T 2 11、 A exp[ j (2π f 0t + π kt )] , t ∈ [- , ] 、 f (t ) = f 0 + kt , t ∈ [- , ] 2 2 2 2 T T T T 12、 A exp[ j 2π f 0t ] , t ∈ [- , ] 、 f (t ) = f 0 , t ∈ [- , ] 2 2 2 2

?∞ ∞

π ∫ s (t ) s (t + τ ) e
?

j kt 2

e ? jπ k ( t +τ ) e-j2 πξ t dt
2



?∞ ∞

∫ s (t ) s (t + τ ) e
?

? j 2π ktτ ? jπ kτ 2 ? j 2πξ t

dt
2

(2 分)



1 λ 18、 ≤ 或 d ≤ λ 2 2 ?N ? sin ? (? ? β ) ? ?2 ? 19、 R (θ ) = ?1 ? N sin ? (? ? β ) ? ?2 ? d
20、4、5 2R 21、 t = c 22、测时误差、声速误差

13、声系统方向性主瓣的宽度、指示器的类型、声系统转动装置的精度,以及声呐操作员的 生理声学特性(任意 4 个) 。 (4 分) 14、最大值测向、相位法测向、振幅差值测向、正交相关测向(任意 3 个) 。 (3 分) 15、指向性。 (1 分) 16、方向性、最窄的主瓣、最低的旁瓣、主旁瓣高度比 (4 分) 17、指定主旁瓣比下的等旁瓣级 (1 分) (1 分)

?∞ ∞

∫ s (t ) s (t + τ ) e
?

? j 2π ( kτ +ξ )t

dt ? e ? jπ kτ dt ? e

(2 分)

线
? ? j 2π ( kτ +ξ )t ? jπ kτ 2

?∞ ∞

∫ s (t ) s (t + τ ) e ∫ s (t ) s (t + τ ) e
?

(2 分)

? j 2π ( kτ +ξ )t

dt = χ (τ , kτ + ξ )

(2 分)

?∞

三、计算题(15 分) (1 分) 答:可以看作是三级复合阵, 第一级: 1 , 2 元阵 1 为 (2 分) (1 分) (2 分) (1 分) 因此第一级的归一化指向性为 R1 (θ ) = 第二级: 1 , 2 元阵 1 为 因此第二级的归一化指向性为 R2 (θ ) = 分) (2 分)

sin ( N? / 2 )

N sin (? / 2 ) sin ( N? / 2 )

=

2sin (? / 2 ) sin (? )

sin (? )

= cos (? / 2 ) 分) (2
(2 分)

1 23、 cτ ,其中 τ 为脉宽 2

N sin (? / 2 )

=

2sin (? / 2 )

= cos (? / 2 ) (2

24、线性调频测距、三角波调频测距、阶跃调频测距、双曲线调频测距(任意 3 个) 分) (3 第3页 共4页

第4页 共 4页

第三级:1

1 1 1 1

1 ,为 6 元阵

因此第三级的归一化指向性为 R3 (θ ) = 所以总的归一化自然指向性为:

sin ( N? / 2 )

N sin (? / 2 )

=

6 sin (? / 2 ) sin ( 3? )

sin ( 3? )

(2 分) (2 分)

D(θ ) = R1 (θ ) × R2 (θ ) × R3 (θ ) = cos (? / 2 ) ? cos (? / 2 ) ?
四、计算题(15 分) 答: (1) ①单波束测量时的误差为:

6 sin (? / 2 )

(3 分)

姓名:

?f d =

2x ? 2x 1? x

(3 分)

因此相对误差为:

?f d v cos α 2x 2x =( ? 2 x) ( )=x= c 1? x 1? x fd

(3 分)



②前后向波束测量时的误差为:

?f d =

4x ? 4x 1 ? x2

(3 分)



因此相对测量误差为:

?f d 4x 4x v cos α 2 =( ? 4 x) ( ) = x2 = ( ) 2 2 1? x 1? x c fd

(3 分)

线

(2)①当 α = 30 , v = 15m / s 时,的单波束相对误差值为:

学号:

?f d =0.5% fd

(1.5 分)

②当 α = 30 , v = 15m / s 时,的前后波束相对误差值为:

?f d =0.0025% fd

(1.5 分)

班级:

第5页 共6页

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