海洋环境噪声场建模及相关特性概论PPT(共 50张)

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1、基础知识
• 噪声的频谱分析
– 噪声声压是一个随机量，与时间量之间不存在确定 关系，因此分析噪声声压幅值的频谱没有意义；
– 随机过程的功率谱函数是一个确定的统计量，反映 了该过程各频率分量的平均强度。
– 根据信号频谱曲线形状划分： • 线谱 • 连续谱
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1、基础知识
• 噪声的频谱分析
–
声强的平均频谱密度：S i
假设水听器工作带宽内噪声谱为 S(f ) 、且其响应 是均匀的，则有：
因此有
IN Sf
N 1 Ll0 o fg 1l0 o S/g I0
提示：水下噪声是多种噪声源的综合叠加。每种噪
声源的激励不尽相同，因此可能是线谱，也可能是 连续谱，甚至是两种的叠加。
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1、基础知识
• 噪声的频谱分析
——海面处噪声源自身的时空相关函数
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2、海洋表面噪声的空间相关函 数
因此，时空相关函数
B 1(2,d )SB s(1,2 r 1 ,r 2)G (1 )G (2)d R 1 1S d R 2 2S
假定海面上的源是不相关的，即
Hale Waihona Puke Baidu B s ( 1 ,r 1 2 ,r 2 ) B u ( 1 )2 ( r 1 r 2 )
• 定义：等于介质阻抗为单位值时平均声强 I 的
平方根。
– 如果假设噪声的均值为零，介质阻抗为单位值，则 它的方差便等于平均声强：
I
2 p2
(p)dp
I2lim 1 T/2p2(t)dt
T T T/2
lim pe I
1 T/2p2(t)dt T T T/2
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2、海洋表面噪声的空间相关函 数
引入变量
dcoscos
c
dsinsin
c
则
B 1 (2 ,d ) 0 /2 0 2 B u [ co 1 ) s d ] G ( 2 () ta dn
假设 0 ，垂直方向噪声场的相关系数为
/2N(dco/sc)G2()tan d
• 噪声是一种信号
– 根据噪声场参数与水文气象条件推测风速、海面波 浪基频、海底的声反射系数
– 研究海啸、冰情、鱼群
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1、基础知识
• 海洋噪声分类
– 动力噪声——波浪、湍流、降雨、自然空化 – 冰下噪声——冰层的形成与运动 – 生物噪声——海栖动物 – 地震噪声——地壳运动、火山以及海啸 – 工业噪声——航运噪声、港湾等的水下作业
– 当噪声源不只一个时，有效噪声背景的求取是对有 贡献的噪声源按强度进行相加。 例：已知100Hz时的航运噪声和6级海况下的噪声 谱级分别为69dB、71dB，则总噪声谱级
6 9 7 1l0 o 16 g /0 1 9 0 (17/0 1 1 )0 73 dB
若声纳系统的工作带宽为100Hz，则总噪声级
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2、海洋表面噪声的空间相关函 数
假设 p1(t) 和 p2 (t) 是平稳的，声压时空相关函数
B12 (,d)p1(t)p2(t)

S
ps(t,r1)ps(t12 ,r2)G(1)G(2)dR11SdR22S
记：
B s ( 1 ,r 1 2 ,r 2 ) p s ( t,r 1 ) p s ( t 1 ,r 2 )
N L N0 L 1l0 o fg93 dB
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2、海洋表面噪声的空间相关函 数
假设表面噪声源具有如下的指向性
G2()I0co2m s
z r dS
I 0 为 0的噪声强度。
两水听器所接收到的由海面面元
dS所辐射的噪声声压差一时延 12
h R1

1
12

d
sin
c
sin ?
O
y
1
x
1 2d csis nic no s 1)( c ocso s 12
2、海洋表面噪声的空间相关函 数
面元噪声源辐射声压：
dp1 ps(t,r)G(1)dR1S
dp2ps(t12,r)G(2)dR2S
接收点处总声压：
p1(t) Sps(t,r)G(1)dR1S p2(t)Sps(t12,r)G(2)d R2S

Ii fi
–
声强频谱密度函数：Sflfii m0fIii
dI df
– 带宽内的总声强： I f2 Sf df f1
– 谱级： 10logSi /I0 或 10loSg(f)/I0 ——单位Hz带宽内的声强级。
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1、基础知识
• 噪声的频谱分析
– 海洋环境噪声级 N L1l0oIN g/I0
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1、基础知识
• 环境噪声
– 不包括由附近舰船、海洋生物或降雨引起的瞬态声 音；
– 不包括一切形式的自噪声，如声纳周围的流噪声； – 去除所有可分辨的瞬态噪声源之后所残留下的那一
部分声级。
• 噪声源级
– 被规定为1Hz带宽内的均方根声压级。单位：（以 1 Pa 为参考的dB）、以1 Pa2 / Hz为参考的dB； 以1 Pa /Hz1/2 为参考的dB。
海洋环境噪声场建模 及相关特性
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疑问？？？
• 通常情况下，等间距均匀直线阵的阵元 间距是多少？
– 任意？ – 半波长？ – 1倍波长？
• 研究噪声的目的是什么？
– 计算NL？ – 噪声控制？
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1、基础知识
• 噪声是一种干扰
– SL-2TL+TS-(NL-DI)=DT – SL-TL-(NL-DI)=DT
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1、基础知识
• 噪声是一种随机过程
– 噪声自相关函数的傅立叶变换即为功率谱密度函数：
Rlim1 T ptpt
T2T T
dt
S Rejd
– 功率谱是均匀的噪声，则称之为白噪声。
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1、基础知识
• 噪声是一种随机过程
– 噪声声压有效值 p e
Bu(12) ：与源坐标无关的面元噪声源辐射
噪声的自相关函数。
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2、海洋表面噪声的空间相关函 数
因此，时空相关函数
B 1(2,d)SB u(1)2G 2()d R2S
又
dSR2tandd
所以
B 1(2 ,d ) 0 2 0 /2 B u ( 1)G 22 ()ta dd n