南海夏季海洋环境噪声与海面风速相关特性分析

海洋环境噪声是影响潜艇作战及远程目标探测和定位的重要参数,由于海洋环境噪声具有很强的时空变异性,因此只能通过试验数据测量和处理了解环境噪声的统计特性。本文以2013年4月30日至8月1日,南海典型海域布放海洋环境噪声测量潜标系统所收录的环境噪声为研究对象,数据处理结果表明,在整个频率范围内,海洋环境噪声与对数风速具有很好的线性关系,但环境噪声随风速变化的斜率与频率相关,在1kHz附近达到最大值。本文通过波束形成分析了海洋环境噪声的垂直指向性,并给出了“垂直方向噪声”、“水平方向噪声”和“全向噪声”与风速相关性分析结果,可以看出,在风浪噪声与远处航船噪声都有贡献的中频段,“垂直方向噪声”与海面风速的相关性好于“全向噪声”和“水平方向噪声”与海面风速的相关性,且“垂直方向噪声”随风速变化的斜率略大于“全向噪声”随风速变化的斜率。     

海面波浪谱对深海低频环境噪声的影响

提出了一种适用于深海低频环境噪声的波浪谱,通过声压谱和波浪谱的理论关系,分析了深海低频噪声在百赫兹以下的谱特征,解释了不同频段噪声谱的主要产生机理。将深海传播条件下海面波浪谱与海面风速相结合,利用波浪发声理论得到一种低频海洋环境噪声理论表示方法。仿真结果表明,波浪谱决定着辐射噪声谱的强度和斜率,本模型得到的理论噪声谱可以对低频海洋环境噪声进行预报。2016年的深海实验观测数据分析显示,统计的环境噪声谱级在1 Hz至100 Hz频段范围内大于70 dB,并且噪声谱在低频段呈倒“N”型,在34 Hz处为噪声谱的谷值,噪声级为70 dB,在50 Hz处为噪声谱的峰值,噪声级为92 dB,通过理论计算和实验对比,相关系数为0.95,理论结果和实验测量对比结果符合较好。      

南海深海风生噪声特性分析及其噪声源模型修正

基于2015年秋季南海深海区域43天的观测噪声与同步风速预报数据,研究南海风占主导海洋环境噪声风关特性,并对风生噪声源级公式进行修正。本地风速在3~14 m/s范围内变化时,在频段0.5~1.28 kHz,噪声强度近似正比于风速对数的2倍。据此关系,获得不同风速条件下的风生噪声谱级。将Harrison风生噪声源级公式和海面噪声传输模型结合,构建深海风生噪声数值计算模型,通过求取最优的风生噪声源级公式系数项,使得在风占主导频段和风速范围内实验谱级与数值结果误差平方和最小,对Harrison风生噪声源级公式进行修正,并使其适用频段范围拓宽两倍。最后,利用南海其它区域实验数据检验模型的适用性,结果表明,模型预报噪声级与实验值吻合度较高,可供预报南海风生海洋环境噪声级实际应用参考。      

一种海洋环境噪声估计风速的修正法

基于按风速分段法反演风速的研究,提出了一种海洋环境噪声估计风速的修正方法。该方法考虑了不同海域不同水声传播条件对风关环境噪声的影响,兼有判别雨、船等噪声源的功能。利用所提出修正法对中国近海某海域实测数据的处理表明,它可适用于不同海域,具有较好的鲁棒性。在有应用意义的中风速段(15 m／s>v>6 m／s)和高风速段(v>15 m／s),该方法反演风速的误差不超过15％,小于WOTAN法反演风速的误差。修正法为海洋环境噪声实时反演风速系统应用于近海不同海域提供了良好的基础。     

海面波浪对海洋环境噪声垂直空间相关性的影响

研究了由海浪谱导得的噪声源的相关函数对海洋环境噪声垂直空间相关性的影响。常用的海洋环境噪声空间相关性模型一般假设海面噪声源是非相关的,这种假设可以解释一些物理现象,但是与真实情况并不符合。考虑到风成噪声与海浪运动的相关性,引入海浪谱,得到噪声源的相关函数,利用Kuperman-Ingenito (K/I)噪声模型,计算海洋环境噪声的垂直相关性。通过仿真结果与实验数据对比可以看出,在高风速下,假设噪声源不相关时计算得到的噪声场垂直相关性与实验结果相差较大,而利用由海浪谱导得的噪声源的相关函数计算得到的噪声场的垂直相关性与实验结果符合较好。      

海洋环境噪声研究发展概述及应用前景

海洋环境噪声是海洋声场的背景场,通常被当作干扰项。在传统的水声学和海洋声学中,对海洋环境噪声的研究目的大多是为了降低或抑制环境噪声对水下设备的干扰,提高水下设备的性能和作用距离。目前,许多国家纷纷投入力量,开展海洋环境噪声数据获取、分析及噪声场建模工作。从另一个角度考虑,海洋环境噪声是海洋中永恒存在的声场,包含了水体及海底海面等环境特性信息。因此,可利用海洋环境噪声来研究海洋环境物理特性,通过低代价换取丰富的海洋声学信息。若能对海洋环境噪声的宽频带和任意时间存在的特性加以利用,则可以从海洋环境噪声中提取出相关的海洋环境参数。     

水下目标对幅度高斯相关海面环境噪声场扰动特性的研究

理论探讨了水下目标受海面环境噪声场激发产生的散射场对海洋环境噪声场的扰动特性,基于幅度高斯型相关海面噪声源模型,利用任意声源分布声场的积分表达式和单极子源半无限空间格林函数的球面波展开式,获得了刚性球目标在海面单极子和偶极子源海洋环境噪声“照射”下的直达噪声场、散射噪声场、总噪声场,以及二接收点直达、散射和总噪声协方差的理论表达式,表明总噪声场除了和目标阻抗特性、接收点的方向有关外,还受到海面噪声源相关特性,以及直达与散射噪声场之间干涉的较大影响。数值计算结果给出较近距离范围内,刚球目标声学可见度约为4~5dB,并指出在海洋环境噪声场中,刚球目标散射的方向特性明显不同于平面波入射。      

台风激发水下噪声场的建模及其在台风风速反演中的应用

基于简正波理论,结合风成海面噪声传播模型和风成噪声源级模型,推导出台风激发水下噪声场强度的计算公式,建立水下噪声强度与海表面风速的函数关系,并给出模型中相关参数的求解方法。应用这一关系,由台风经过时的水下噪声实测数据,反演得到对应时刻的海表面风速值,并将反演结果与气象台给出的台风风速预报值进行对比。      

台风“启德”对南海深海海洋环境噪声特性的影响研究

研究台风“启德”经过南海北部对南海深海海洋环境噪声的影响,表明台风导致的风速增减、降雨强弱以及形成的长波涌浪均会影响海洋环境噪声级的大小变化,海洋环境噪声显著受到台风的影响。相同风级下,台风期间海洋环境噪声级与风速的相关性明显好于非台风期间。分析测量的415 h海洋环境噪声数据与风速、波高的相关性,频率大于300 Hz时,海洋环境噪声级与风速的互相关系数大于0.5,达到中度相关;频率大于630 Hz时,互相关系数介于0.8和0.9之间,达到高度相关;频率大于300 Hz时,海洋环境噪声级与风速的相关性好于海洋环境噪声级与波高的相关性。南海海洋环境噪声10~20 Hz的次声频与风速的相关性差,是因为南海航运繁忙,该频段的海洋环境噪声会受到航船噪声的影响,即使台风期间也不例外。      

海面噪声的空间相关与垂直方向性理论

本文讨论由海面噪声源与分层介质海洋所组成的海洋环境噪声模型。假设噪声源是统计独立分布在海面上的指向性点源,研究噪声源特性以及传播条件对海洋环境噪声场的影响。发展了海面噪声的简正波理论,并在一定条件下将简正波理论得到的适合于小掠角范围的噪声场方向密度函数解析延拓至大掠角范围,使之与射线理论表式衔接起来,获得了计算海洋环境噪声强度、空间相关与方向密度函数的简明表式。