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西工大水声学试题题库及答案
一、选择题（本题型共15题，每题2分，共30分）
1.声波在水中传播时，主要的衰减机制不包括（）A.吸收衰减B.散射衰减C.扩散衰减D.反射衰减
2.海水中声速的主要影响因素是（）A.盐度、温度、深度B.压力、温度、体积C.密度、温度、磁场D.盐度、压力、颜色
3.水声学中，声呐方程的核心是（）A.声功率计算B.声压级计算C.信号检测概率计算D.传播损失与接收声压级的关系
4.下列哪种波是海水中主要的传播声波类型（）A.横波B.表面波C.纵波D.电磁波
5.声呐中，用于提高目标探测距离的关键参数是（）A.指向性指数B.工作频率C.发射功率D.换能器尺寸
6.海水的声吸收衰减主要与（）相关A.声波频率B.海水密度C.传播距离D.声速大小
7.当声波从水中入射到空气界面时，会发生（）A.全反射B.折射角大于入射角C.折射角小于入射角D.无反射和折射
8.被动声呐的主要优势是（）A.定位精度高B.探测距离远C.隐蔽性好D.抗干扰能力强
9.声阻抗率的定义是（）A.声压与质点速度的比值B.声压与声强的比值C.声强与声压的比值D.质点速度与声压的比值第1页共9页
10.深海声道（SOFAR声道）的形成条件是（）A.声速随深度单调递减B.声速随深度先减后增C.声速随深度先增后减D.声速随深度单调递增
11.换能器的带宽是指（）A.工作频率范围B.最大发射功率C.灵敏度最大值D.指向性角度范围
12.海洋环境噪声中，主要由海浪产生的是（）A.人为噪声B.生物噪声C.环境噪声D.机械噪声
13.声呐回波信号中，目标信号与混响信号的主要区别是（）A.目标信号幅度更大B.目标信号有特定多普勒频移C.目标信号持续时间更长D.目标信号无指向性
14.海水中的声速公式（陈宗镛公式）中，不包含的参数是（）A.温度B.盐度C.深度D.大气压
15.声呐系统中，用于补偿传播损失的技术是（）A.滤波B.增益控制C.相关检测D.波束形成
二、填空题（本题型共15题，每空1分，共20分）
1.海水中声速的经验公式（陈宗镛公式）可表示为\c=
1449.2+
4.6T-
0.055T^2+
0.00029T^3+
1.34S-35+
0.016D\其中，\T\表示______，\S\表示______，\D\表示______
2.声阻抗率的计算公式为______，其单位是______
3.声波在水中的传播损失（TL）与距离\r\的关系为______（近场）和______（远场）
4.海水中的主要衰减机制包括______、______和散射衰减第2页共9页
5.主动声呐的基本方程可表示为接收声压级=发射声压级+增益-______-接收损失-______
6.横波在海水中难以传播的原因是______，其主要传播特性是______
7.声呐指向性图中，主瓣宽度越小，表示换能器的______越好；第一旁瓣声压级与主瓣的差值称为______
8.光纤水听器的核心原理是利用______效应，其主要优势是______
9.深海声道轴的声速值比声道轴上方和下方的声速值______（填“高”或“低”），声波在声道中主要通过______方式传播
10.海洋环境噪声中，来自舰船、螺旋桨的噪声属于______噪声，来自鱼类的噪声属于______噪声
三、简答题（本题型共10题，每题5分，共50分）
1.简述声波在海水中传播的主要类型及其传播特性
2.主动声呐与被动声呐的主要区别是什么？
3.解释声速在海水中随温度、盐度和深度变化的规律
4.简述声吸收衰减的物理机制
5.什么是深海声道（SOFAR声道）？其形成条件和主要应用是什么？
6.简述水声换能器的基本功能和分类
7.说明声呐方程中各参数（发射声功率、传播损失、目标强度等）的物理意义
8.解释混响的定义及其对声呐探测的主要影响
9.简述相控阵声呐实现波束形成的基本原理
10.说明海洋环境噪声的主要来源及其抑制方法
四、计算题（本题型共10题，每题6分，共60分）第3页共9页
1.已知某海域海水温度\T=25^\circ\text{C}\，盐度\S=35‰\，深度\D=100\\text{m}\，根据陈宗镛公式计算该海域的声速\c\（结果保留一位小数）
2.某水声换能器发射功率\P=10\\text{W}\，指向性指数\DI=8\\text{dB}\，在距离换能器\r=100\\text{m}\处的声强\I=\______\\text{W/m}^2\（已知\1\\text{W/m}^2=0\\text{dB}\）
3.声波在海水中传播距离\L=500\\text{m}\，传播时间\t=
0.33\\text{s}\（温度20℃，盐度35‰，深度200m），计算声速\c\并判断该海域是否属于声道轴区域
4.已知某目标的反射面积（目标强度）\TS=-15\\text{dB}\，主动声呐发射声压级\SPL=180\\text{dB}\，传播损失\TL=120\\text{dB}\，接收损失\RL=5\\text{dB}\，计算目标回波声压级
5.海水中声速随深度分布为在0-100m，声速随深度线性递减（\c=c_0-kz\，\c_0=1500\\text{m/s}\，\k=
0.01\\text{m/s}^2\）；100m以下声速恒定为1500m/s，计算深度150m处声速梯度\\frac{dc}{dz}\
6.声波从水中（声速\c_1=1500\\text{m/s}\，密度\\rho_1=1025\\text{kg/m}^3\）入射到海水-空气界面（空气声速\c_2=340\\text{m/s}\，密度\\rho_2=
1.29\\text{kg/m}^3\），入射角\\theta_1=30^\circ\，求折射角\\theta_2\（若折射角不存在，说明原因）
7.某声呐系统在10km处探测目标，传播损失\TL=180\\text{dB}\，目标强度\TS=-10\\text{dB}\，接收换能器第4页共9页灵敏度\S=-180\\text{dB re1V/μPa}\，计算接收信号电压（以V为单位，\1\\text{μPa}=10^{-6}\\text{Pa}\）
8.海水中声波衰减系数\\alpha=
0.005\\text{dB/m·kHz}\，工作频率\f=5\\text{kHz}\，传播距离\L=2000\\text{m}\，计算总衰减量（以dB为单位）
9.声呐换能器的发射功率谱密度\S_p=10^{-12}\\text{W/Hz}\，带宽\B=1\\text{kHz}\（假设为矩形谱），接收系统增益\G=30\\text{dB}\，目标距离\r=10\\text{km}\的传播损失\TL=140\\text{dB}\，计算接收端的信噪比（以dB为单位）
10.已知海水中声速随深度分布为\cz=1449+
4.6T-
0.055T^2+
0.00029T^3+
1.34S-35+
0.016z\（单位m/s，z为深度，m），计算深度100m处声速的垂向梯度\\frac{dc}{dz}\
五、论述题（本题型共8题，每题10分，共80分）
1.论述水声换能器技术的发展历程及未来趋势
2.结合水声学原理，分析为什么高频声波适合近距离探测，而低频声波适合远距离通信
3.论述声呐信号处理技术（如滤波、检测、成像）的发展对水声学应用的推动作用
4.分析深海探测中，声道传播与非声道传播的优缺点及适用场景
5.论述水声学在海洋工程（如油气开发、海底地形测绘）中的具体应用案例
6.结合实际，谈谈声呐系统在军事与民用领域的主要差异及技术要求第5页共9页
7.分析近年来（AI）在水声信号处理中的应用（如目标识别、降噪），并阐述其优势与挑战
8.论述水声网络技术的发展现状、关键技术及未来海洋探测中的潜力
六、分析题（本题型共10题，每题8分，共80分）
1.某主动声呐在探测目标时，发现回波信号较弱且存在严重的背景干扰，可能的原因有哪些？应如何改进系统设计？
2.当海水温度、盐度和深度变化时，声呐的探测距离会如何变化？请结合声速剖面分析原因
3.分析混响对声呐系统的影响（如目标检测概率、定位精度），并提出两种有效的混响抑制方法
4.某换能器在工作中出现声压输出不稳定，可能的故障原因有哪些？如何排查？
5.比较不同工作频率（如1kHz、10kHz、100kHz）对声呐作用距离、分辨率和抗干扰能力的影响
6.分析海洋声道轴的波动对SOFAR声道通信距离的影响，并提出补偿方案
7.声呐换能器阵列设计中，阵元间距、阵长和工作频率如何影响阵列的指向性和探测性能？
8.某海域出现异常声呐回波，疑似为生物噪声，如何通过频谱分析区分生物噪声与目标回波？
9.分析深海声道中，声波传播的“会聚区”形成原理及其对远距离声呐探测的意义
10.针对浅海复杂声速剖面（如负梯度、正梯度），声呐系统应如何优化以提高目标探测效果？第6页共9页
七、实验题（本题型共10题，每题5分，共50分）
1.设计一个测量海水中声速的实验方案（包括实验原理、主要仪器、步骤和数据处理）
2.简述水声换能器灵敏度测试的实验步骤，包括环境要求、仪器设备和数据记录方法
3.设计一个实验验证深海声道的存在，说明实验原理、关键参数和预期结果
4.简述声呐波束形成实验的原理，说明如何通过改变相控阵阵元激励相位实现波束扫描
5.设计一个测量海水中声吸收衰减系数的实验方案，说明实验原理和数据处理方法
6.简述被动声呐目标方位估计实验的原理，说明如何通过时延估计实现目标定位
7.设计一个实验验证声波从水中到空气的反射与折射规律，记录实验数据并分析结果
8.简述水声信号检测实验的步骤，说明如何通过阈值检测法提取目标回波信号
9.设计一个测量声呐换能器指向性图的实验，说明实验原理和数据处理方法
10.简述海洋环境噪声测量实验的步骤，说明如何通过不同频率和方向的测量得到噪声频谱特性参考答案汇总
一、选择题
1.D
2.A
3.D
4.C
5.A
6.A
7.B
8.C
9.A
10.B
11.A
12.C
13.B
14.D
15.B第7页共9页
二、填空题
1.温度（℃），盐度（‰），深度（m）
2.\Z=\rho c\，kg/m²·s（或Pa·s/m）
3.\TL=20\lg r+20\lg4\pi\（近场），\TL=20\lg r+20\lg4\pi+10\lg\left\frac{1}{r}\right\（远场）（注此处为简化形式，实际需根据近远场分界距离）
4.吸收衰减，散射衰减
5.传播损失，目标强度
6.海水剪切模量为零，只能沿传播方向振动
7.指向性，旁瓣抑制比
8.光弹效应（或法拉第效应），灵敏度高、抗电磁干扰
9.低，反射（或传播方向受声速梯度约束）
10.人为，生物
三、简答题（要点）1-10题答案略（根据题目要求，答案需简洁准确，涵盖核心内容）
四、计算题
1.
1531.4m/s
2.
0.00050W/m²
3.
1515.2m/s，否
4.50dB
5.-
0.01m/s²
6.折射角不存在（全反射）
7.
0.001V
8.10dB
9.-150dB
10.
0.016m/s²
五、论述题（要点）1-8题答案略（根据题目要求，答案需结合技术发展历程和未来趋势，体现专业性）
六、分析题（要点）1-10题答案略（根据题目要求，分析原因并提出合理改进方案）
七、实验题（要点）第8页共9页1-10题答案略（根据题目要求，说明实验原理、步骤和数据处理方法）第9页共9页。
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