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随着声隐身技术的迅速发展,现代水中目标声信号日趋微弱,这对目标检测技术提出了更高要求。海洋环境噪声矢量场分析在一定程度上满足了这一需求,而矢量场分析也是矢量声信号处理抑制背景噪声干扰的理论基础,对环境噪声矢量场特性的深入了解可以促进矢量水听器最佳性能的发挥。在此背景下,论文对海洋环境噪声矢量场特性进行了深入分析,为弱信号的识别与提取提供了物理和技术基础。 通过查阅文献发现,可以将环境噪声场分解为各向同性成分和各向异性成分,并将环境噪声声能流分解为沿垂直和水平方向传播的不相关的两部分。浅海和深海的环境噪声矢量场特性差异显著,并且海洋环境和噪声源的分布都会对环境噪声矢量场产生影响。论文利用射线法在浅海波导环境中研究界面、声速剖面对振速场的影响。论文着重考虑航道、港口的实际航船分布以及离散船只等航船噪声源非均匀分布情况,提出了一种混合型航船噪声源非均匀分布模型,进而研究了噪声源的非均匀分布对环境噪声矢量场中声能流大小和方向的影响,以及对矢量场中声压振速空间相关结构的影响。对上述两点都进行了数值仿真计算并通过海上搭载试验进行了初步验证。另外,为了与噪声源非均匀分布引起的水平各向异性作对比,在文中对海面噪声源均匀分布产生的噪声场中声压振速相关特性进行了数值仿真计算。 主要结论如下: 1)在等声速浅海波导中由于受上下界面的影响,对于声源与接收点连线与水平面的夹角从1度变化到50度的情况,接收点处的振速方向与实际接收-发射连线方向差别将达到1度到11度左右;对于声速呈负梯度变化的情况,这一差别可达到14度。 2)提出了一种混合型噪声源分布模型,它由无限大水平面上均匀分布海面噪声源和另一平面上多个局部区域水平非均匀分布(或不等强度)的噪声源叠加组成,该模型能够较好地反映海面上风关破碎波浪均匀分布噪声源和局部区域存在非均匀分布航船的实际情况; 3)在上述噪声源水平非均匀分布模型下,接收点处存在明显的非零环境噪声水平声能流,其方向和大小是所有噪声源区产生的声能流在接收点合成的结果。对于某个区域均匀分布的噪声源,其产生的水平声能流的方向将指向该区域噪声源分布的中心方向。 4)在噪声源水平非均匀分布情况下,不同位置接收点的水平声能流明显不同,可存在个别接收点合成水平声能流为零。 5)接收点附近存在单个强点源时,会极大的影响声能流的大小和方向,甚至声能流的方向会直接指向单点源所在的方向。由此可以认为,当矢量水听器接收到的声能流的方向发生显著变化的时候,很有可能是附近出现了强干扰源(或目标信号),并且可以知道干扰源所在的方向。 6)经过对试验数据的处理发现,在分析出信号源水平方位的情况下,通过对声能流的频谱分析,可以获取信号源的频率范围。 本文的创新点: 1)提出了一种混合型噪声源分布模型,它由无限大水平面上均匀分布的海面噪声源和另一平面上多个局部区域水平非均匀分布(或不等强度)的噪声源叠加组成。该模型能够较好地反映海面上风关破碎波浪噪声源和局部区域存在非均匀分布航船的实际情况; 2)研究了噪声源水平非均匀分布情况下海洋环境噪声水平声能流特性,指出:此时环境噪声矢量场在水平和垂直方向均呈各向异性;不同位置接收点的水平声能流明显不同,个别接收点合成水平声能流可能为零。