海洋环境噪声.pptx

– 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
I 2 lim 1 T / 2 p2 (t)dt
T T T / 2
lim pe I
1 T / 2 p2 (t)dt
T T
T / 2
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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；
69 71 10 log(1069/10 1071/10 ) 73 dB
若声纳系统的工作带宽为100Hz，则总噪声级
NL NL0 10 log f 93
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 ( ) I0 cos2m
z r dS
I0 为 0 的噪声强度。
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
– 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
)G(1
)G
(
2
)
dS1 R1
dS2 R2
假定海面上的源是不相关的，即
Bs ( 12 , r1, r2 ) Bu ( 12 ) (r1 r2 )
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
B12 ( , d )
S
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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。
• 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
12 , r2 )
G(1)G(2 )
dS1 R1
dS2 R2
记：
Bs ( 12 , r1, r2 ) ps (t, r1) ps (t 12 , r2 )
——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
B12 ( , d )
S
Bs (
12
,
r1
,
r2
Bu
(
12
)G2 (
)
dS R2
又
dS R2 tandd
所以
B12 ( , d )
பைடு நூலகம்
2 0
0
/2
Bu (
12 )G2 ( )
tan dd
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2、海洋表面噪声的空间相关函 数
引入变量
d cos cos
c
d sin sin
c
则
B12 ( , d )
/2 0
2 0
Bu [
dS R2
接收点处总声压：
p1(t)
S
ps
(t , r)G(1 )
dS R1
p2 (t)
S
ps
(t
12 , r)G(2 )
dS R2
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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 (t
/2 0
2 0
N[
d
sin
cos(
1)
/
c]dG2 (
)
tan d
2 /2 G2 ( ) tand
0
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2、海洋表面噪声的空间相关函 数
讨论单频或窄带噪声：
– 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：Si
Ii f i
–
声强频谱密度函数：Sf lim Ii
f fi 0
i
dI df
– 带宽内的总声强： I f2 Sf df f1
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：
R
lim
T
1 2T
T
T
pt
pt
dt
S R ej d
– 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 pe
• 定义：等于介质阻抗为单位值时平均声强 I 的
平方根。
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
12
d c
sin
sin
cos(
1)
cos
cos
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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)
dS R1
dp2
ps (t
12 , r)G(2 )
– 谱级： 10 log Si / I0 或 10 log S( 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 NL 10 log I N / I0
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 S f
NL 10 log f 10 log S / I0
cos(
1 )]dG 2
(
)
tan d
假设 0 ，垂直方向噪声场的相关系数为
/2 N ( d cos / c)G2 ( ) tand
N12 ( , d ) 0
/2 G2 ( ) tand
0
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2、海洋表面噪声的空间相关函 数
假设 / 2 ，水平方向噪声场的相关系数为
N12 ( , d )