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海洋环境噪声在海洋中是持续并且普遍存在的,是海洋中的背景声场。在研究水下声场时会面临着海洋环境噪声干扰的问题。同时,海洋环境噪声作为海洋中的固有声场,会携带大量的海洋环境信息。充分了解海洋环境噪声的特性,建立海洋环境噪声模型具有重要的意义。海洋环境噪声模型由噪声源和传播模型相耦合得到。论文在噪声源、传播以及模型应用三方面展开研究,其主要内容包含以下几个部分: 1、介绍了海洋环境噪声的研究意义以及研究进展情况。对多种不同的噪声源和典型的海洋环境噪声模型进行了简单的总结。考虑到对噪声模型的应用,对能描述海浪内部结构的海浪谱以及噪声级随深度的分布进行了简要概述。 2、在噪声源方面,研究了海面波浪对海洋环境噪声场垂直空间相关性的影响。考虑到风成噪声的产生机理并不是很清楚以及海面波浪与水下环境噪声的内在联系,而海浪谱可以对海浪的内部结构进行很好的描述,因此,从海浪谱公式导出具有空间相关性的海面噪声源模型,引入到Kuperman/Ingenito(K/I)环境噪声模型中,计算环境噪声空间相关性。通过将理论结果与实验数据进行对比可知,在不同风速条件下,实测数据与利用海浪谱导得的噪声源相关函数时的计算结果符合较好。因此,利用海浪谱导得的噪声源相关函数计算噪声场相关性是合理的。 3、在噪声传播方面,利用抛物方程近似作为传播模型建立水平非均匀条件下N×2D近似三维海洋环境噪声模型。将无指向性近海面噪声源按照距离方位角划分网格,与抛物近似声传播方法相耦合,建立海洋环境噪声模型。该模型可以用于计算海面噪声源非均匀分布、水平变化环境条件的噪声场特性,并且可以通过N×2D近似三维方法实现三维噪声场的快速计算。在建立抛物噪声模型的基础上,与已有的Cron/Sherman(C/S)、K/I模型进行对比。随着海深的增加,K/I和抛物噪声模型的垂直相关性从强于噪声源指向性函数为cosα一次幂时的C/S模型的结果,逐渐与C/S模型结果趋于一致。同时,与实验数据进行对比,空间指向性和相关性结果符合较好。因此,抛物噪声模型可以用于噪声场垂直空间相关性的计算。利用抛物噪声模型,分析了海底性质、地形和声速剖面对噪声场空间特性的影响。不同环境对噪声的传播产生影响,改变了噪声场的空间分布,使得噪声场的指向性和相关性发生改变。 4、对建立的抛物噪声模型展开应用,分析实际的环境噪声现象,包括深海区域噪声级随深度的变化和浅海区域噪声级随时间的起伏。在南海深海区域,通过噪声测量实验,在部分时间内观察到了实验测量深度范围内(164m至782m),噪声谱级随深度增加而变大的异常现象。考虑深海区域周边岛礁区域复杂地形对声传播的影响,利用论文建立的噪声模型进行分析。当航船经过岛礁附近时,航船噪声由于岛礁附近斜坡地形的作用进入深海声道,使远距离深海区域噪声谱级随深度增加而变大。利用模型计算噪声谱级随深度的分布,结果与实验数据符合较好。对于低频环境噪声随时间的起伏,考虑噪声源(包括航船噪声和风成噪声)和声速剖面随时间的变化,利用论文建立的噪声模型,仿真分析低频海洋环境噪声随时间的变化现象,并与实测环境噪声进行对比,二者的变化趋势符合较好。