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海洋环境噪声建模研究

吴静  
【摘要】: 海洋环境噪声是水声信道的干扰背景场,任何声纳系统的设计和使用都要受海洋环境噪声的限制;同时,海洋环境噪声又是有用的信号,可以用其空间结构来对海洋环境参数进行反演。海洋环境噪声场是一个随地域、时间变化的复杂的场。浅海海洋环境下,环境噪声源发出的声波在传播过程中在海面与海底之间经历多次反射。海洋环境噪声场即是由大量噪声源及其各自的声场与环境边界的相互作用共同决定的一种随机过程。海洋环境噪声的谱级及垂直指向性是其中两个影响水声系统的主要因素。 海洋环境噪声模型包含噪声源模型和传播模型两部分。本文采用静态的偶极子连续源层模型,即假设统计相关特性已知的点噪声源随机均匀地分布在海面以下任意小深度的无穷大平面上,并假设海面为自由边界面,单极子噪声源将成为偶极子声源。本文考虑了三种噪声源,设风和降雨噪声源分布在无限大平面上,船舶噪声源视为环形分布,噪声源级由经验公式求得;传播模型采用了远场简正波和近场射线方法的混合模型,计算简正波与海底反射系数时都使用了KRAKEN计算程序。 本论文以噪声传播满足的基本波动方程为基础,建立了一个适用于浅海分层介质的噪声理论模型,讨论了海水中声速、海底性质、频率及源分布等对海面声源(包括风、雨以及船舶)的噪声谱级和垂直指向性与的影响。论文主要做了以下工作:依据噪声传播满足的基本波动方程,得到了格林函数表达式;然后推导出海洋环境噪声的谱级和垂直指向性的简正波和射线表达式;然后选取一定的环境参数,对模型进行数值模拟,论文还计算了实测噪声数据的噪声谱级。计算结果和T.C.Yang的工作以及RANDI模型的结果进行了比较,基本相符。


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