2025年船舶聲納專業(yè)試題及答案

一、單項(xiàng)選擇題（共10題，每題2分，共20分）

1.聲納系統(tǒng)主要利用哪種物理原理進(jìn)行水下探測(cè)？

A.電磁波傳播

B.聲波傳播

C.光波傳播

D.熱傳導(dǎo)

2.下列哪種聲納屬于主動(dòng)聲納？

A.只接收不發(fā)射的聲納系統(tǒng)

B.既能發(fā)射又能接收聲波的聲納系統(tǒng)

C.只能接收海洋環(huán)境噪聲的聲納系統(tǒng)

D.只能接收目標(biāo)輻射噪聲的聲納系統(tǒng)

3.聲波在水中的傳播速度大約是多少？

A.340m/s

B.1500m/s

C.3000m/s

D.5000m/s

4.聲納方程中，TS代表什么參數(shù)？

A.聲源級(jí)

B.傳播損失

C.目標(biāo)強(qiáng)度

D.噪聲級(jí)

5.下列哪種因素不會(huì)影響聲波在水中的傳播速度？

A.溫度

B.鹽度

C.水深

D.聲波頻率

6.聲納換能器的主要功能是什么？

A.放大電信號(hào)

B.將電能轉(zhuǎn)換為聲能或?qū)⒙暷苻D(zhuǎn)換為電能

C.濾波處理

D.數(shù)據(jù)存儲(chǔ)

7.下列哪種聲納顯示方式可以同時(shí)顯示距離和方位信息？

A.A型顯示

B.B型顯示

C.C型顯示

D.P型顯示

8.多波束聲納系統(tǒng)的主要優(yōu)勢(shì)是什么？

A.提高探測(cè)距離

B.增加探測(cè)頻率范圍

C.提高探測(cè)效率和覆蓋范圍

D.降低系統(tǒng)功耗

9.聲納系統(tǒng)中，混響的主要來(lái)源是什么？

A.海洋生物

B.海面、海底和海水中的不均勻體

C.船舶機(jī)械噪聲

D.海流噪聲

10.下列哪種技術(shù)可以有效提高聲納系統(tǒng)的抗干擾能力？

A.增加發(fā)射功率

B.提高工作頻率

C.采用信號(hào)處理技術(shù)如匹配濾波

D.減小換能器尺寸

二、填空題（共5題，每題2分，共10分）

1.聲波在水中的傳播速度主要受_______、鹽度和壓力的影響。

2.聲納方程中，SL代表_______，是衡量聲納發(fā)射聲波強(qiáng)度的參數(shù)。

3.聲納系統(tǒng)中，用于抑制混響和噪聲干擾的技術(shù)稱為_(kāi)______處理。

4.側(cè)掃聲納主要用于海底地形測(cè)繪，其工作方式是通過(guò)向兩側(cè)發(fā)射_______聲波。

5.聲納系統(tǒng)的分辨率分為距離分辨率和_______分辨率，前者取決于脈沖寬度，后者取決于工作頻率和基陣尺寸。

三、判斷題（共5題，每題2分，共10分）

1.聲波在水中的傳播速度比在空氣中快。（）

2.被動(dòng)聲納需要自己發(fā)射聲波信號(hào)。（）

3.聲納系統(tǒng)的工作頻率越高，探測(cè)距離越遠(yuǎn)。（）

4.聲納換能器陣列可以形成定向波束，提高目標(biāo)探測(cè)能力。（）

5.多普勒效應(yīng)可以用于聲納系統(tǒng)中測(cè)量目標(biāo)的速度。（）

四、多項(xiàng)選擇題（共2題，每題2分，共4分）

1.下列哪些因素會(huì)影響聲納系統(tǒng)的探測(cè)性能？（）

A.海洋環(huán)境噪聲

B.聲速剖面

C.目標(biāo)特性

D.海底地形

2.現(xiàn)代聲納系統(tǒng)中常用的信號(hào)處理技術(shù)包括哪些？（）

A.匹配濾波

B.快速傅里葉變換

C.自適應(yīng)波束形成

D.小波變換

五、簡(jiǎn)答題（共2題，每題5分，共10分）

1.簡(jiǎn)述主動(dòng)聲納和被動(dòng)聲納的工作原理及其主要應(yīng)用場(chǎng)景。

2.解釋聲納方程中各參數(shù)的物理意義，并說(shuō)明其在聲納系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的作用。

答案及解析

一、單項(xiàng)選擇題

1.答案：B

解析：聲納系統(tǒng)主要利用聲波在水中的傳播特性進(jìn)行水下探測(cè)。聲波在水中的傳播性能優(yōu)于電磁波，因?yàn)殡姶挪ㄔ谒兴p很快，而聲波能夠傳播較遠(yuǎn)距離，因此聲納成為水下探測(cè)的主要技術(shù)手段。

2.答案：B

解析：主動(dòng)聲納是指系統(tǒng)主動(dòng)發(fā)射聲波信號(hào)，并接收目標(biāo)反射回來(lái)的回波進(jìn)行探測(cè)的聲納系統(tǒng)。被動(dòng)聲納則只接收目標(biāo)自身輻射的噪聲或環(huán)境噪聲，不主動(dòng)發(fā)射聲波。

3.答案：B

解析：聲波在水中的傳播速度約為1500m/s，這比在空氣中的傳播速度（約340m/s）快得多。聲速會(huì)隨水溫、鹽度和壓力的變化而變化，但一般在1450-1550m/s之間。

4.答案：C

解析：在聲納方程中，TS（TargetStrength）代表目標(biāo)強(qiáng)度，是衡量目標(biāo)反射聲波能力的參數(shù)，通常以分貝（dB）表示。SL代表聲源級(jí)，TL代表傳播損失，NL代表噪聲級(jí)。

5.答案：D

解析：聲波在水中的傳播速度主要受溫度、鹽度和壓力（水深）的影響，而與聲波本身的頻率無(wú)關(guān)。溫度升高，聲速增大；鹽度增加，聲速增大；水深增加（壓力增大），聲速增大。

6.答案：B

解析：聲納換能器是聲納系統(tǒng)的核心部件，主要功能是實(shí)現(xiàn)電能與聲能之間的相互轉(zhuǎn)換。在發(fā)射狀態(tài)下，將電能轉(zhuǎn)換為聲能向水中發(fā)射聲波；在接收狀態(tài)下，將接收到的聲波信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)進(jìn)行處理。

7.答案：B

解析：B型顯示是一種二維顯示方式，橫軸表示距離，縱軸表示方位，可以同時(shí)顯示目標(biāo)的距離和方位信息。A型顯示只顯示距離信息，C型顯示是等距平面位置顯示，P型顯示是平面位置顯示。

8.答案：C

解析：多波束聲納系統(tǒng)可以同時(shí)形成多個(gè)波束，覆蓋更寬的海域，從而提高探測(cè)效率和覆蓋范圍。它通過(guò)一次發(fā)射就能獲取多個(gè)方向的信息，大大提高了海底地形測(cè)繪的效率。

9.答案：B

解析：混響是聲納系統(tǒng)中的主要干擾之一，主要來(lái)源于海面、海底和海水中的不均勻體（如氣泡、浮游生物等）對(duì)聲波的散射。混響會(huì)限制聲納系統(tǒng)的探測(cè)能力，特別是在淺水區(qū)域。

10.答案：C

解析：采用信號(hào)處理技術(shù)如匹配濾波可以有效提高聲納系統(tǒng)的抗干擾能力。匹配濾波能夠在噪聲和混響背景下增強(qiáng)目標(biāo)回波信號(hào)，提高信噪比，從而提高系統(tǒng)的探測(cè)性能。增加發(fā)射功率會(huì)提高能耗，提高工作頻率會(huì)減少探測(cè)距離，減小換能器尺寸會(huì)降低靈敏度。

二、填空題

1.答案：溫度

解析：聲波在水中的傳播速度主要受溫度、鹽度和壓力的影響。其中溫度是影響聲速的最主要因素，溫度每升高1℃，聲速約增加4m/s。

2.答案：聲源級(jí)

解析：聲納方程中，SL（SourceLevel）代表聲源級(jí)，是衡量聲納發(fā)射聲波強(qiáng)度的參數(shù)，通常以分貝（dB）表示。聲源級(jí)越大，聲納系統(tǒng)的探測(cè)距離越遠(yuǎn)。

3.答案：信號(hào)

解析：聲納系統(tǒng)中，用于抑制混響和噪聲干擾的技術(shù)稱為信號(hào)處理。現(xiàn)代聲納系統(tǒng)采用各種先進(jìn)的信號(hào)處理算法，如匹配濾波、自適應(yīng)濾波等，以提高信噪比，增強(qiáng)目標(biāo)檢測(cè)能力。

4.答案：扇形

解析：側(cè)掃聲納主要用于海底地形測(cè)繪，其工作方式是通過(guò)向兩側(cè)發(fā)射扇形聲波，接收海底反射回來(lái)的回波，形成海底地貌圖像。側(cè)掃聲納可以提供高分辨率的海底地形信息。

5.答案：方位

解析：聲納系統(tǒng)的分辨率分為距離分辨率和方位分辨率。距離分辨率取決于脈沖寬度，脈沖寬度越窄，距離分辨率越高；方位分辨率取決于工作頻率和基陣尺寸，頻率越高或基陣尺寸越大，方位分辨率越高。

三、判斷題

1.答案：√

解析：聲波在水中的傳播速度（約1500m/s）確實(shí)比在空氣中（約340m/s）快。這是因?yàn)樗拿芏群蛷椥阅Ａ勘瓤諝獯?，?dǎo)致聲波傳播速度更快。

2.答案：×

解析：被動(dòng)聲納不需要自己發(fā)射聲波信號(hào)，而是通過(guò)接收目標(biāo)自身輻射的噪聲（如船舶發(fā)動(dòng)機(jī)噪聲、螺旋槳噪聲等）進(jìn)行探測(cè)。主動(dòng)聲納才需要自己發(fā)射聲波信號(hào)。

3.答案：×

解析：聲納系統(tǒng)的工作頻率越高，聲波在水中的吸收衰減越大，探測(cè)距離反而越近。低頻聲納探測(cè)距離遠(yuǎn)但分辨率低，高頻聲納探測(cè)距離近但分辨率高。

4.答案：√

解析：聲納換能器陣列通過(guò)控制各個(gè)陣元的激勵(lì)信號(hào)，可以形成定向波束，提高目標(biāo)探測(cè)能力。波束形成技術(shù)可以增強(qiáng)特定方向的信號(hào)，抑制其他方向的干擾，提高信噪比。

5.答案：√

解析：多普勒效應(yīng)是指當(dāng)聲源和接收器之間存在相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，接收到的聲波頻率會(huì)發(fā)生變化。在聲納系統(tǒng)中，可以利用多普勒效應(yīng)測(cè)量目標(biāo)的速度，實(shí)現(xiàn)目標(biāo)跟蹤和識(shí)別。

四、多項(xiàng)選擇題

1.答案：ABCD

解析：影響聲納系統(tǒng)探測(cè)性能的因素很多。海洋環(huán)境噪聲會(huì)干擾目標(biāo)信號(hào)的接收；聲速剖面會(huì)影響聲波傳播路徑，形成聲影區(qū)或匯聚區(qū)；目標(biāo)特性如目標(biāo)強(qiáng)度、反射特性等直接影響回波強(qiáng)度；海底地形會(huì)影響聲波的反射和散射，特別是在淺水區(qū)域。

2.答案：ABCD

解析：現(xiàn)代聲納系統(tǒng)中常用的信號(hào)處理技術(shù)包括：匹配濾波，用于在噪聲背景下檢測(cè)目標(biāo)信號(hào)；快速傅里葉變換，用于頻譜分析和信號(hào)處理；自適應(yīng)波束形成，用于抑制干擾和增強(qiáng)目標(biāo)信號(hào)；小波變換，用于時(shí)頻分析和信號(hào)去噪。這些技術(shù)的應(yīng)用大大提高了聲納系統(tǒng)的性能。

五、簡(jiǎn)答題

1.答案：

主動(dòng)聲納工作原理：主動(dòng)聲納系統(tǒng)主動(dòng)發(fā)射聲波信號(hào)，當(dāng)聲波遇到目標(biāo)后會(huì)被反射，系統(tǒng)接收這些反射回來(lái)的回波信號(hào)，通過(guò)分析回波的時(shí)間延遲、強(qiáng)度、頻率等特征來(lái)確定目標(biāo)的位置、距離、速度等信息。

被動(dòng)聲納工作原理：被動(dòng)聲納系統(tǒng)不主動(dòng)發(fā)射聲波，而是通過(guò)接收目標(biāo)自身輻射的噪聲（如船舶發(fā)動(dòng)機(jī)噪聲、螺旋槳噪聲等）進(jìn)行探測(cè)。通過(guò)分析噪聲信號(hào)的特性來(lái)識(shí)別、定位和跟蹤目標(biāo)。

主要應(yīng)用場(chǎng)景：

主動(dòng)聲納適用于需要主動(dòng)探測(cè)目標(biāo)的場(chǎng)景，如水下目標(biāo)搜索、海底地形測(cè)繪、水下導(dǎo)航等。但主動(dòng)聲納容易暴露自身位置。

被動(dòng)聲納適用于隱蔽偵察和監(jiān)視，如軍事上的潛艇探測(cè)、水下監(jiān)聽(tīng)等。被動(dòng)聲納不會(huì)暴露自身位置，但無(wú)法探測(cè)靜默目標(biāo)。

2.答案：

聲納方程是描述聲納系統(tǒng)性能的基本方程，通常表示為：SNR=SL-TL-NL+DI-10logB+TS，其中各參數(shù)的物理意義如下：

-SNR（Signal-to-NoiseRatio）：信噪比，表示接收信號(hào)與噪聲的比值，是衡量聲納系統(tǒng)探測(cè)能力的關(guān)鍵參數(shù)。

-SL（SourceLevel）：聲源級(jí)，表示聲納發(fā)射聲波的強(qiáng)度，單位為dB。

-TL（TransmissionLoss）：傳播損失，表示聲波從聲源傳播到目標(biāo)過(guò)程中的能量損失，包括擴(kuò)展損失和吸收損失。

-NL（NoiseLevel）：噪聲級(jí)，表示海洋環(huán)境噪聲的強(qiáng)度，是聲納系統(tǒng)的主要干擾源。

-DI（DirectivityIndex）：指向性指數(shù)，表示聲納系統(tǒng)的方向性能力，與換能器陣列的設(shè)計(jì)有關(guān)。