2025年水声测量工理念考核试卷及答案

2025年水声测量工理念考核试卷及答案一、单项选择题（每题2分，共40分）1.以下哪种换能器常用于低频水声测量？A.压电陶瓷换能器B.磁致伸缩换能器C.光纤水听器D.驻极体换能器答案：B。磁致伸缩换能器具有较高的机械强度和较大的发射功率，适用于低频水声测量。压电陶瓷换能器在中高频应用广泛；光纤水听器主要用于高灵敏度测量；驻极体换能器常用于电声转换等领域。2.声速在海水中随温度的升高而（）。A.增大B.减小C.不变D.先增大后减小答案：A。一般情况下，在海水中温度升高会使声速增大，因为温度升高会使海水分子的热运动加剧，声传播的速度加快。3.水声测量中，测量声压级常用的单位是（）。A.帕斯卡（Pa）B.分贝（dB）C.赫兹（Hz）D.牛顿（N）答案：B。声压级是一个相对量，常用分贝（dB）作为单位来表示声音的相对大小。帕斯卡是声压的绝对值单位；赫兹是频率单位；牛顿是力的单位。4.以下哪种方法不是测量声速的常用方法？A.脉冲回波法B.干涉法C.激光散射法D.相位法答案：C。脉冲回波法、干涉法和相位法都是水声测量中测量声速的常用方法。激光散射法主要用于测量颗粒大小、流体速度等，并非声速测量方法。5.水声换能器的发射电压响应是指（）。A.换能器在自由场中发射声功率与输入电压的比值B.换能器在自由场中某一方向上发射声压与输入电压的比值C.换能器在自由场中发射声强与输入电压的比值D.换能器在自由场中发射声能量与输入电压的比值答案：B。发射电压响应定义为换能器在自由场中某一方向上发射声压与输入电压的比值，它反映了换能器将电信号转换为声信号的能力。6.海洋环境噪声的主要来源不包括（）。A.风浪噪声B.生物噪声C.工业噪声D.地震噪声答案：C。海洋环境噪声的主要来源有风浪噪声、生物噪声、地震噪声等。工业噪声主要是人类工业活动产生的，通常不在海洋环境噪声的主要来源范围内。7.在水声测量中，水听器的灵敏度是指（）。A.水听器输出电压与输入声压的比值B.水听器输出电流与输入声压的比值C.水听器输出功率与输入声压的比值D.水听器输出声压与输入声压的比值答案：A。水听器灵敏度定义为水听器输出电压与输入声压的比值，它衡量了水听器将声信号转换为电信号的能力。8.水声信道的多途效应会导致（）。A.信号幅度增大B.信号幅度减小C.信号失真D.信号频率升高答案：C。多途效应是指声波在传播过程中通过多条路径到达接收点，由于各路径传播时间不同，会使接收到的信号产生干涉、时延等现象，从而导致信号失真。9.测量水声信号的频率特性时，常用的仪器是（）。A.示波器B.频谱分析仪C.功率计D.声级计答案：B。频谱分析仪用于分析信号的频率成分和频率特性，能够将信号的频谱特性直观地显示出来。示波器主要用于观察信号的波形；功率计用于测量功率；声级计用于测量声压级。10.以下哪种信号处理方法可用于抑制水声信号中的噪声？A.相关处理B.调制处理C.编码处理D.变频处理答案：A。相关处理可以利用信号与噪声的相关性差异，通过相关运算来抑制噪声，提取有用信号。调制处理主要用于信号的传输和调制；编码处理用于信息的编码和传输；变频处理用于改变信号的频率。11.水声测量中，测量目标的方位通常采用（）。A.水听器阵列B.单个水听器C.换能器D.声呐浮标答案：A。水听器阵列可以通过多个水听器接收信号的相位差等信息来测量目标的方位。单个水听器无法准确测量方位；换能器主要用于声电转换；声呐浮标虽然也可用于水声探测，但测量方位通常还是借助其内部的水听器阵列。12.声速剖面测量对于（）具有重要意义。A.水声通信B.海洋生物研究C.海洋地质勘探D.以上都是答案：D。声速剖面测量对于水声通信，可优化信号传播路径和提高通信质量；对于海洋生物研究，有助于了解生物生存环境的声学特性；对于海洋地质勘探，可辅助声波在海底的传播分析等，所以以上都有重要意义。13.水声换能器的指向性指数反映了（）。A.换能器在不同方向上发射声功率的差异B.换能器在不同方向上发射声压的差异C.换能器在不同方向上接收声信号的差异D.以上都是答案：D。指向性指数综合反映了换能器在不同方向上发射声功率、声压以及接收声信号的差异，它描述了换能器的指向特性。14.在浅海环境中，水声信号的传播损耗主要是（）。A.吸收损耗B.扩展损耗C.散射损耗D.反射损耗答案：B。在浅海环境中，扩展损耗是水声信号传播损耗的主要因素。吸收损耗、散射损耗和反射损耗也存在，但相对扩展损耗来说，在浅海环境中扩展损耗更为显著。15.水声测量中，测量目标的距离通常采用（）。A.脉冲测距法B.相位测距法C.频率测距法D.以上都可以答案：D。脉冲测距法通过测量脉冲信号的往返时间来计算距离；相位测距法利用信号相位差来测量距离；频率测距法根据信号频率变化来确定距离，所以以上方法都可用于测量目标距离。16.水听器的校准方法不包括（）。A.比较校准法B.绝对校准法C.自校准法D.相对校准法答案：C。水听器的校准方法主要有比较校准法、绝对校准法和相对校准法，目前没有自校准法这一通用的校准方法。17.以下哪种水声信号具有较好的抗干扰能力？A.单频信号B.线性调频信号C.矩形脉冲信号D.正弦波信号答案：B。线性调频信号具有较宽的带宽，其模糊函数具有良好的特性，能够在复杂的水声环境中具有较好的抗干扰能力。单频信号、矩形脉冲信号和正弦波信号相对来说抗干扰能力较弱。18.海洋中声速的垂直分布类型不包括（）。A.负梯度分布B.正梯度分布C.均匀分布D.随机分布答案：D。海洋中声速的垂直分布类型有负梯度分布、正梯度分布和均匀分布等，不存在随机分布这种典型的声速垂直分布类型。19.水声测量中，测量换能器的阻抗常用的仪器是（）。A.万用表B.阻抗分析仪C.示波器D.信号发生器答案：B。阻抗分析仪专门用于测量各种电子元件和设备的阻抗。万用表主要用于测量电压、电流、电阻等基本电学量；示波器用于观察信号波形；信号发生器用于产生各种信号。20.以下哪种现象会影响水声信号的传播？A.海水盐度变化B.海底地形起伏C.海流D.以上都是答案：D。海水盐度变化会影响声速；海底地形起伏会导致声波反射、散射等；海流会使声波传播路径发生弯曲，所以以上现象都会影响水声信号的传播。二、多项选择题（每题3分，共30分）1.水声测量的主要应用领域包括（）。A.军事领域B.海洋资源勘探C.海洋环境监测D.海洋工程建设答案：ABCD。水声测量在军事领域可用于声呐探测、潜艇定位等；在海洋资源勘探中用于寻找石油、天然气等资源；在海洋环境监测中可监测海洋噪声、水温等；在海洋工程建设中可用于海底地形测量等。2.影响水声换能器性能的因素有（）。A.材料特性B.结构设计C.工作频率D.环境温度答案：ABCD。材料特性决定了换能器的基本性能；结构设计影响换能器的指向性、灵敏度等；工作频率会影响换能器的响应特性；环境温度会改变材料的物理性能，从而影响换能器性能。3.水声信号处理的主要任务包括（）。A.信号检测B.信号分析C.信号增强D.信号识别答案：ABCD。信号检测用于判断信号是否存在；信号分析用于了解信号的特征；信号增强用于提高信号的质量；信号识别用于识别信号的类型和来源。4.水听器的主要性能指标有（）。A.灵敏度B.指向性C.频率响应D.动态范围答案：ABCD。灵敏度反映水听器将声信号转换为电信号的能力；指向性描述水听器对不同方向声信号的响应特性；频率响应表示水听器在不同频率下的响应情况；动态范围表示水听器能够正常工作的声压范围。5.海洋环境噪声的特点包括（）。A.随机性B.宽频带性C.时空变化性D.稳定性答案：ABC。海洋环境噪声具有随机性，其强度和频率等参数随时变化；具有宽频带性，包含了从低频到高频的各种频率成分；具有时空变化性，不同时间和地点的噪声情况不同。它不具有稳定性。6.水声测量中常用的信号有（）。A.正弦波信号B.脉冲信号C.线性调频信号D.白噪声信号答案：ABCD。正弦波信号是基本的信号形式；脉冲信号常用于测距等；线性调频信号具有良好的抗干扰和分辨能力；白噪声信号可用于声学系统的测试等。7.以下哪些方法可用于测量海洋声速？A.直接测量法B.间接测量法C.经验公式法D.数值模拟法答案：ABC。直接测量法通过实际测量声传播时间和距离来计算声速；间接测量法通过测量与声速相关的其他物理量来推算声速；经验公式法根据海洋环境参数和经验公式计算声速。数值模拟法主要用于模拟声传播过程，而非直接测量声速。8.水声换能器的分类方式有（）。A.按工作原理分类B.按工作频率分类C.按用途分类D.按材料分类答案：ABCD。可以按工作原理分为压电式、磁致伸缩式等；按工作频率分为低频、中频、高频换能器；按用途分为发射换能器、接收换能器等；按材料分为压电陶瓷换能器、压电晶体换能器等。9.影响水声通信质量的因素有（）。A.多途效应B.环境噪声C.声速变化D.信号调制方式答案：ABCD。多途效应会使信号失真；环境噪声会干扰信号；声速变化会影响信号传播时间和路径；信号调制方式会影响信号的传输效率和抗干扰能力。10.水声测量中，数据采集系统的主要组成部分包括（）。A.传感器B.信号调理电路C.数据采集卡D.计算机答案：ABCD。传感器用于将声信号转换为电信号；信号调理电路对传感器输出的信号进行放大、滤波等处理；数据采集卡将模拟信号转换为数字信号；计算机用于存储、处理和分析采集到的数据。三、简答题（每题10分，共20分）1.简述水声测量中多途效应的产生原因及对测量的影响。答：多途效应产生的原因主要是声波在海洋中传播时，由于海洋环境的复杂性，声波会通过多条不同的路径传播到接收点。例如，声波会在海面、海底发生反射，还会在不同声速层之间发生折射，从而形成多条传播路径。对测量的影响主要有以下几点：一是信号失真，不同路径传播的声波到达接收点的时间不同，会相互干涉，导致接收到的信号波形发生畸变，使信号的幅度、相位等参数发生变化，影响信号的特征提取和识别。二是测量误差增大，在进行目标定位、测距等测量时，多途效应会使测量结果产生偏差，因为接收到的信号可能是多个路径信号的叠加，难以准确判断目标的真实位置和距离。三是降低信号的可检测性，多途效应产生的干扰会使信号淹没在噪声和干扰之中，增加了信号检测的难度，降低了检测的可靠性。2.请说明水听器灵敏度校准的常用方法及其原理。答：水听器灵敏度校准的常用方法有比较校准法和绝对校准法。比较校准法的原理：将待校准水听器与已知灵敏度的标准水听器置于同一声学环境中，同时接收相同的声信号。通过测量待校准水听器和标准水听器的输出电压，根据标准水听器的已知灵敏度，利用两者输出电压的比值，就可以计算出待校准水听器的灵敏度。例如，设标准水听器灵敏度为$M_s$，输出电压为$U_s$，待校准水听器输出电压为$U_x$，则待校准水听器灵敏度$M_x=M_s\times\frac{U_x}{U_s}$。绝对校准法的原理：基于声学基本理论和物理定律，通过精确测量声学参数来确定水听器的灵敏度。常用的绝对校准法有互易校准法，它利用换能器的互易原理，即一个换能器在发射和接收状态下具有一定的互易关系。在互易校准中，将三个换能器（其中一个为待校准水听器）进行不同组合的发射和接收实验，测量相关的声学参数，如发射电压、接收电压、声压等，然后根据互易公式计算出待校准水听器的灵敏度。四、论述题（10分）论述水声测量在海洋资源开发中的重要作用。答：水声测量在海洋资源开发中具有至关重要的作用，主要体现在以下几个方面：在海洋石油和天然气勘探方面，水声测量能够提供关键的信息。通过声呐技术进行海底地形测量，可以清晰地描绘出海底的地貌特征，帮助确定可能存在石油和天然气的地质构造区域。例如，利用多波束回声测深系统，可以高精度地测量海底深度和地形起伏，发现潜在的油气储层构造。同时，水声测量还可以用于检测海底地层的声学特性，分析地层的结构和性质，判断是否存在油气藏。此外，在海洋钻井平台的建设过程中，水声测量可以实时监测平台周围的水流、海况等信息，确保平台的安全稳定。在海洋矿产资源开发中，水声测量同样不可或缺。对于海底多金属结核、富钴结壳等矿产资源的勘探，水声成像技术可以帮助识别海底的矿产分布情况。通过高分辨率的侧扫声呐和浅地层剖面仪，可以获取海底表面和浅层地层的图像和信息，确定矿产资源的位置、范围和储量。在开采过程中，水声测量可以用于监测开采设备的运行状态和周围环境的变化，保障开采作业的顺利进行。在海洋生物资源开发方面，水声测量有助于了解海洋生物的分布和活动规律。水听器可以监听海洋生物发出的声音，通过对这些声音信号的分析，判断生物的种类、数量和行为模式。例如，利用被动声呐监测鲸鱼等大型海洋生物的迁徙路线和栖息区域