论文部分内容阅读
风生噪声是海洋环境噪声在中高频段的主要背景噪声。它自身包含海面气象、海洋水文及海底地形、地质等环境参数信息,同时又是海洋探测、通信的干扰背景,限制声呐系统的作用性能。随着国家走向深蓝的海洋发展需求的日益增长,深海噪声场研究成为声学学者关注的重要课题之一。深海风生噪声特性研究不仅为噪声反演深海环境参数提供理论研究基础,而且对提高深海声呐系统在此频段的工作性能具有指导意义。 本文基于声场声信息国家重点实验室2015年至2016年在南海深水海域的三次海洋环境噪声测量实验,通过对风生噪声实验数据分析和理论建模研究深海风生噪声的风关特性、垂直分布特性、时间变化特性及统计分布类型特性。其中统计分布类型特性包括对船舶噪声的分析。本文的主要研究内容和成果如下: 1.根据实测噪声数据,分析风生噪声与风速之间关系。对实测噪声与风速对数之间的半经验公式进行线性回归,发现在0.5-3.2kHz频段内风生噪声与风速呈近似2倍的关系,并根据此线性关系获得风速范围在4-14m/s的噪声谱线。高低风速下,风生噪声在海深小于2km范围内具有随深度增加噪声级减小的变化趋势,而靠近临界深度的风生噪声级比声道轴附近噪声级高。风生噪声的时变特性主要与南海海面风速变化有关,南海海面平均风速在5-8m/s,并且很大概率受到热带气旋以及东亚季风等强风天气影响,使得南海风生噪声在这些强风天气情况下噪声级明显升高。同时,本文还探讨噪声与本地风速与区域风速的相关关系,并结合风生噪声源的传播损失,发现实验环境条件下,在风生噪声源有效传播范围内海面风速分布基本均匀,研究噪声.风关系,考虑本地风速就能获得足够精度。 2.基于实验环境,建立射线理论风生噪声模型,并修正现有源级公式。通过最小化实验噪声级和模型预报值之间的误差,修正现有噪声源级公式的常数项和与风速有关的系数项。利用南海其他测量地点和其他测量时间实测噪声数据对修正源级公式后的模型进行验证,模型预报值和实验数据基本吻合。不同风速、不同深度下实测噪声级与模型预报值误差在2dB以内,说明模型能够很好的预报南海风生噪声。 3.检测实测噪声的统计分布类型,并通过估计已知分布类型的具体参数对瞬态干扰掩盖的噪声级的高百分位量进行估计。结果表明,实验测量的深海海洋环境噪声谱级平稳时间基本上等于或大于10分钟。在平稳时间内,噪声谱级基本服从正态分布,而谱分析时间窗为10分钟时,低频噪声近似服从卡方分布,高频无明显常用分布类型特性。在已知噪声分布类型的情况下,通过实测噪声谱级的低百分位量估计出分布类型的具体参数,从而恢复瞬态干扰掩盖的噪声级的高百分位量。