海洋噪声的六大主要来源及其基本特征

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　　海洋环境噪声也称自然噪声，研究环境噪声的目的：解决NL及其时空统计特性与环境因素之间的依赖关系，找出其规律，并由此作出必要的预报，为声纳设备设计、制作提供必要的数据。

　　深海中的环境噪声源
       从低频到高频次序讨论噪声源及其特性：

　　1. 潮汐和波浪的海水静压力效应。潮汐和海面波浪是海洋内部海水静压力变化的原因，它们是低频噪声源。

　　2. 地震扰动。地震是海洋中的极低频噪声源。

　　3. 海洋湍流。湍流产生噪声的主要方式有：

　　    · 湍流使水听器、电缆等颤动或作响——自噪声(不是自然噪声);
　　    · 湍流压力变化辐射噪声——四极子元，衰减会，不是主要源;
　　    · 湍流区内部压力的声效应。

　　海洋湍流是海洋中的低频噪声源。

　　4. 行船。行船是50Hz~500Hz频率范围内主要噪声源，与风和天气无关。

　　5. 海面波浪。海面波浪噪声是500Hz~25000Hz频率范围内的噪声源，与海况直接相关。V. O. Kundson总结出著名Kundson曲线。

　　Kundson曲线

　　6. 热噪声。海洋分子的热噪声限制水听器的高频灵敏度，等效热噪声谱级：

　　式中，DI为指向性指数，单位dB;E为转换效率，单位dB;f为频率，单位kHz。

　　深海环境噪声谱
       Wenz谱级图：在一般情况下，它能够比较细致地描写出环境噪声地普遍规律性，被认为最具代表性的深海噪声谱曲线。

　　Wenz谱级图

　　深海环境噪声谱的例子如上图，谱由斜率的不同的五部分组成，解释如下：

　　    · 1Hz以下，这段谱至今还不为人所知。估计该噪声来源于海水静压力效应或是地球内部的地震扰动。


　　    · 谱斜率为-8~-10dB/倍频程，与风速仅有很微弱的关系，最可能的噪声源是海洋湍流。


　　    · 自然噪声谱变平，远处行船是主要噪声源。


　　    · 具有-5~-6dB/倍频程，噪声源是离测量点不远的粗糙海面。


　　    · 海水介质分子热运动噪声，谱线斜率为6dB/倍频程。

　　工程上，为预报海洋环境噪声级，需要不同条件下的平均典型自然噪声谱，见下图。图中画出了不同航运和风速条件下的预报用曲线。使用时，选择适当的航运和风速条件曲线，和相邻频段的曲线连接起来，近似地预报自然噪声谱。

　　自然噪声谱

　　自然噪声的间歇源及其变化特性
       1. 间歇源的噪声源
　　它是一种暂时存在的噪声源，如能发声的海洋生物、降雨等。
　　    · 海洋生物：甲壳类、鱼类和海生哺乳类——特殊的鸣声、嘈杂声等;
　　    · 降雨：提高自然噪声级与降雨率和面积有关——在1kHz~10kHz频段接近于白噪声。

　　2. 变化特性
　　自然噪声具有易变性。产生原因：噪声源的易变性和传播条件的改变。

　　海洋环境噪声的振幅分布和空间相关
       1. 振幅分布
　　根据中心极限定理，海洋环境噪声的振幅分布是高斯分布，但在近海面其分布比高斯型尖，原因是噪声源数目不够大。

　　2. 空间相关性
　　噪声的空间相关：指海中相隔开的水听器接收到的噪声的乘积对时间的平均。两个相距为d的各向同性单频噪声的相关系数为：

　　Cron和Sherman对指向性为 的噪声场相关系数进行研究，如下图。水平方向和垂直方向上的相关系数理论曲线与各向同性的单频噪声场具有相同形状。海面粗糙度形成的噪声场具有cos2θ的指向特性。

　　深海环境噪声的指向性
       深海自然噪声具有指向性：低频噪声来自远处，高频噪声源来自顶部的海面。海面辐射噪声具有cos2θ的指向特性(噪声源和海面上虚源干涉效应引起的)。

　　本文摘自百度文库《水下噪声》一文，该文由zhoujianbomiao于2015年7月6日分享，原文未标注作者和原始出处