基于光纤矢量水听器的海洋环境噪声特性研究

发布时间：2020-11-12 06:21

　　 海洋环境噪声场是海洋中的固有声场,它是海洋环境的鉴别特征;也对探测声信号构成干扰。因此,我们既可以利用海洋环境噪声进行海洋参数反演;又可以利用海洋环境噪声在一定尺度内不相关的特性,通过布阵抑制海洋环境噪声提高声纳设备的信号检测概率。对于矢量水听器,其固有的偶极子指向性,可以有效抑制各向同性噪声,不同方向质点振速的测量可将噪声场分解为水平和垂直方向进行研究。与普通矢量水听器相比,光纤矢量水听器具有灵敏度高、传输损耗小、组网便利、便于长时间监测等优点。本文基于光纤矢量水听器对海洋环境噪声场的相关特性、谱特性和指向性进行了理论分析、建模仿真和试验研究:1、推导了单点和垂直均匀线列阵的声压和质点振速的相关矩阵;系统阐述了表征海洋环境噪声矢量场谱特性的噪声谱级、相干函数、相干场和扩散场、相位谱等基本概念和物理意义;推导了考虑振速通道自噪声情况下各向同性噪声场中矢量水听器的空间增益。2、建立了基于抛物方程的海洋环境噪声矢量场模型,并对点源和表面噪声源进行了水平相关性、垂直相关性、垂直指向性和噪声谱级的仿真,验证了模型的正确性。3、通过矢量波束形成方法仿真研究了海洋环境噪声场指向性的特性,对试验数据进行了处理:说明浅海近岸水平噪声,无雨时主要来自开阔外海,大雨时接近于各向同性;分析了指向性与空间增益之间的关系。4、进行了单基元四分量光纤矢量水听器浅海环境噪声的海上测量试验,并对无雨和大雨的试验结果进行了对比:无雨时,200Hz以下声压轴和X轴相干系数较大,有沿X轴方向的噪声能流;Y通道在800Hz以上相干系数较大,存在噪声能流,可能是远海的风动噪声产生;存在噪声能流时,相位差较为稳定。大雨时,各个通道之间相干系数很小,噪声场能量处于“冻结”状态。
【学位单位】：国防科学技术大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2013
【中图分类】：P733.22;TB565.1
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 光纤矢量水听器概述
        1.1.1 光纤矢量水听器的基本原理
        1.1.2 光纤矢量水听器的研究现状
    1.2 海洋环境噪声矢量场的研究现状
        1.2.1 海洋环境噪声模型
        1.2.2 海洋环境噪声矢量场相关特性的研究现状
        1.2.3 海洋环境噪声矢量场谱特性的研究现状
    1.3 本论文的研究意义及内容
第二章 海洋环境噪声矢量场特性分析的理论研究
    2.1 海洋环境噪声矢量场的相关特性
        2.1.1 海洋环境噪声矢量场相关特性的基本概念
        2.1.2 各向同性噪声场中声压和质点振速的时空相关性[34][36]
    2.2 海洋环境噪声矢量场的谱特性
        2.2.1 噪声谱级
        2.2.2 噪声级
        2.2.3 相干函数
        2.2.4 相干场和扩散场[46]
        2.2.5 相位谱
    2.3 海洋环境噪声矢量场的指向性
        2.3.1 矢量水听器的指向性指数
        2.3.2 海洋环境噪声指向性
    2.4 本章小结
第三章 基于抛物方程的海洋环境噪声矢量场模型及其仿真
    3.1 基于抛物方程的海洋环境噪声矢量场模型
        3.1.1 抛物方程的推导
        3.1.2 抛物方程求解
        3.1.3 海洋环境噪声矢量场模型的建立
    3.2 海洋环境噪声矢量场特性仿真
        3.2.1 噪声矢量场的相关性仿真
        3.2.2 噪声场的垂直指向性仿真
        3.2.3 矢量噪声谱级仿真
    3.3 本章小结
第四章 矢量海洋环境噪声特性分析
    4.1 试验介绍
        4.1.1 试验装置介绍
        4.1.2 试验数据
    4.2 试验数据处理及分析
        4.2.1 噪声级
        4.2.2 相干系数和相干分量
        4.2.3 相位谱
        4.2.4 指向性
    4.3 本章小结
总结与展望
致谢
参考文献
作者在学期间发表论文情况


本文编号：2880373