波浪滑翔器智能海洋环境噪声观测系统

利用波浪滑翔器进行海洋环境观测是一种新型的海洋观测手段,与调查船等大型平台相比,具有成本低、效率高的优点。由于波浪滑翔器依靠波浪进行驱动,依靠太阳能进行平台供电,且平台航行自噪声较小,因此适合用于水下环境噪声的长期观测。为了开展基于波浪滑翔器的海洋环境噪声观测工作,设计了一种波浪滑翔器智能海洋环境噪声观测系统,包含水声采集系统以及适配的水声数据冗余存储方案,能实现声学数据采集存储、数据卫星回传和远程控制等功能。其中,水声采集系统具有低功耗、稳定性高等优点;水声数据冗余存储方案具有存储灵活,数据保障等优点。海上试验结果表明,波浪滑翔器智能海洋环境噪声观测系统具有实用性高、续航时间长与采集存储智能方便等特点,能够较好地完成海洋环境噪声观测任务,具有较好的应用前景。

海洋环境噪声的分类及其对海洋动物的影响

海洋环境条件特殊,地形复杂,海洋声学的研究进展相对缓慢。本文中对海洋环境噪声按频率范围进行了分类,包括极低频噪声、超低频及甚低频噪声和高频噪声,并探讨了海洋环境噪声对水产养殖动物及野生海洋动物(尤其是海洋哺乳动物)的影响,展望了海洋声学研究的前景。

基于潜标测量的海洋环境噪声谱特性分析

利用海洋环境噪声测量潜标系统对南海典型海域开展了为期3个月的海洋环境噪声测量，16通道海洋环境噪声测量系统每小时测量两分钟噪声信号。数据处理结果表明，800～5000Hz范围内，噪声谱与风速相关性最好，且风速越大相关性越好，噪声谱与风速的相关性好于与浪高的相关性。风关噪声谱级在海水中部基本不随接收深度发生变化，但由于测量水听器阵长度未能覆盖整个水深，因此未给出海面和海底处谱级变化规律。在400Hz以上的高频段整个风速范围内噪声谱级都随风速发生变化，且噪声谱级与对数风速具有很好的线性关系。

基于水下滑翔机的海洋环境噪声测量系统

水下滑翔机是一种新型的水下潜器,将其用于海洋环境噪声测量具有很大的应用潜力。选择的平台是"Petrel Ⅱ"滑翔机,为其设计和实现了深水水听器和数据采集系统。深水水听器具有耐高静水压和高灵敏度的特点,并通过了60 MPa的高静水压力试验;数据采集系统具有体积小、功耗低、控制灵活和易于扩展的特点。搭载声学测量系统的滑翔机顺利通过水池测试和海上试验,测试结果验证了技术方案的可行性和系统工作的稳定性,可为深入进行海洋环境噪声时空特性实验研究提供技术支持。

海上航船分布及其对海洋环境噪声的影响

当代水下目标探测向低频远程发展,海洋环境噪声的低频特性倍受关注,航船噪声是海洋中的主要低频噪声源。近几十年来,海上航运量迅速增长,导致海洋环境低频噪声大幅升高,增加了海洋环境的噪声污染。本文依据港口进出航船信息库和船舶自动识别技术数据库资料,分析历史航船分布数据,依据获得的某开阔海域航船分布规律,建立数值模型估计了航船噪声源对低频海洋环境噪声特征的影响。结果表明,日进、出港的航船数近似满足正态分布,近海开阔海域单位面积、单位时间内的航船数近似满足泊松分布;由于海上航船的影响,海洋环境噪声强度呈明显的水平非均匀分布状态。

基于潜标的海洋环境噪声测量系统

对海洋环境噪声测量系统技术进行了研究,设计和实现了一种基于潜标的海洋环境噪声测量系统,并进行了海上试验。该系统采用潜标的布放方式,利用矢量水听器测量浅海海洋环境噪声场的低频噪声。矢量水听器同步测量声场空间一点处的声压和质点振速三个正交分量,测量信号经预处理后,对信号进行数模变换,得到的噪声数据可以在潜标中自记录或通过水面浮标传输到岸站存储。对噪声测量方法进行的分析和海上试验的结果表明,该系统稳定可靠,能正确地拾取海洋环境噪声。

南海某海域海洋环境噪声谱级风关特性分析

为探索南海某区域海洋环境噪声谱级与风场的相关特性,结合潜标海洋环境噪声数据及对应海域的海面风场再分析数据,计算各频段噪声级与风速相关系数及线性拟合函数。分析结果表明: 400 ~ 1 000 Hz 频段,海洋环境噪声谱级与海面风速的相关系数在 0. 5~ 0. 8 之间,达到中等相关。1 000~ 5 000 Hz 频段,两者互相关系数大于0. 8,达到高度相关。对海洋环境噪声谱级与对数风速的回归分析结果显示,1000 ~ 5 000 Hz 频段,两者的线性函数关系显著;并且在 1 000 Hz 附近的拟合斜率最大,海洋环境噪声谱级对海面风速变化的灵敏度最高。

海洋环境噪声的一般模型及声压空间相关系数

海洋环境噪声是声纳设备的重要干扰之一，它的存在降低了声纳的检测能力。水听器阵信噪比增益一直是水声学研究的重要问题．而阵增益与噪声的相关特性密切联系．因此，研究噪声的时空相关特性对声纳基阵的合理设计及性能预报具有重要意义。现有的噪声模型多数为分析特定姿态水听器阵接收信号的相关特性．且相对复杂。为了分析任意姿态基阵接收噪声声压的相关系数，本文分别建立了体积噪声与界面噪声的一般模型，在此基础上理论推导了均匀各向同性体积噪声和具有垂直指向性界面噪声声压的时空相关函数．给出了两种噪声场中任意姿态基阵接收声压的相关系数解析表达式。

南海夏季海洋环境噪声与海面风速相关特性分析

海洋环境噪声是影响潜艇作战及远程目标探测和定位的重要参数,由于海洋环境噪声具有很强的时空变异性,因此一种有效的手段是通过试验数据测量和处理了解特定海区的海洋环境噪声的统计特性。本文以2013年4月30日至8月1日,南海典型海域布放海洋环境噪声测量潜标系统所收录的环境噪声为研究对象。数据处理结果表明,在整个频率范围内,海洋环境噪声与对数风速具有很好的线性关系,但环境噪声随风速变化的斜率与频率相关,在1 k Hz附近达到最大值。通过波束形成分析了海洋环境噪声的垂直指向性,并给出了"垂直方向噪声"、"水平方向噪声"和"全向噪声"与风速相关性分析结果。可以看出,在风浪噪声与远处航船噪声都有贡献的中频段,"垂直方向噪声"与海面风速的相关性好于"全向噪声"和"水平方向噪声"与海面风速的相关性,且"垂直方向噪声"随风速变化的斜率略大于"全向噪声"随风速变化的斜率。

海洋环境噪声数据处理及时空特性研究

海洋环境噪声是水声信道中的一种干扰背景场,限制水声设备性能发挥。针对这一问题,文中对实测海洋环境噪声数据进行数据处理得到1/3倍频程结果,并进行适当的时空特性研究,得到该研究海区的整体环境噪声水平,可以为水声设备的设计应用提供必要的依据,也为更广泛的海洋环境噪声数据的分析和应用奠定了重要基础。

实测海洋环境噪声数据谱级特性研究

通过对噪声测量潜标系统测得的94 d海洋环境噪声数据及相应的气象数据进行联合时频、相关性、统计特性分析,得到试验海区风速、降雨等自然现象与噪声谱级之间的关系。分析结果表明,海洋环境噪声谱级与风速变化在低频段相关性较低,高频段相关性较高,同时1 k Hz以上频段谱级值分布接近呈正态分布;降雨对环境噪声的影响主要分布在500 Hz以上频段。

几种经典海洋环境噪声谱分析

目前风关海洋环境噪声实验研究结果较多,其中较为经典的是Knudsen谱、Wenz谱、Piggott谱、Crouch谱,以及风速与噪声谱级的对数关系等。对这几种经典的海洋环境噪声谱进行了概述,分析了其数据来源,并对Wenz谱、Piggott谱和Crouch谱进行了比较,探究了其差异产生的原因,并给出了不同情况下进行风关海洋环境噪声估计时的参考建议。

水下声学浮标南中国海海洋环境噪声实测分析

海洋环境噪声是多种自然噪声和人为噪声的复杂组合,其谱级大小和频率组成是影响声呐系统探测性能的重要参数,鉴于海洋环境噪声时空域特性非常复杂,需要对海洋环境噪声进行长时间和大范围的观测才足以分析其特性.该文通过在多剖面水下浮标平台基础上集成声学测量系统,研制了一种具有海洋环境噪声监测能力的水下声学浮标平台,该浮标平台可多次上浮、下潜,具备原位坐底和定深漂流两种工作模式,能连续观测海洋环境噪声时长多达数月.利用2019年8月在南中国海海区组织的多台水下声学浮标试验某一天的数据,给出了20 Hz、63 Hz、100 Hz、200 Hz、400 Hz、800 Hz、1.6 kHz和3.15 kHz 8个频点中心处海洋环境噪声谱级随时间变化,讨论了附近航船噪声对其的干扰影响.试验表明,水下声学浮标可作为一种潜在的优势水下漂流移动平台,用于监测关注海域海洋环境噪声特性.

星载微波散射计海面风场与海洋环境噪声的相关特性分析

根据海洋环境噪声机理及风关噪声已有的研究成果,提出利用星载微波散射计反演的海面风场数据进行海洋环境噪声分析,并对HY-2A和ASCAT数据与噪声谱级的相关性进行了对比分析。选取南海海域作为研究区,利用潜标测量系统获取的噪声数据和多源散射计风场数据开展了相关实验,并采用NCEP海面风场数据进行对比分析。结果表明,ASCAT数据与噪声的相关性优于HY-2A,散射计数据优于NCEP数据,散射计风场更适合海洋环境噪声的分析研究。该研究内容拓展了微波散射计风场数据的应用领域,并为海洋环境噪声研究提供了更好的技术手段。

斜坡海底海洋环境噪声垂直指向性研究

为了解决斜坡海底地形的环境噪声高频建模问题,为三维环境噪声的进一步计算奠定了基础。在射线法的基础上,采用N×2D的近似算法,研究了斜坡海底情况下,均匀分布在海面上的噪声源所产生的环境噪声垂直指向性。考虑了海水吸收,海底反射,声速剖面对垂直指向性计算结果的影响。研究表明:三种因素均会对斜坡海底的噪声垂直指向性产生影响,其中声速剖面对其影响要大一些。

航船噪声引起的低频海洋环境噪声级发展趋势

海试验洋环境噪声是影试验响所有水下声探测系统性能的主要干扰源,了解海洋环境噪声长期的发展规律对顺利开展水声探测,进行新的理论和方法的试验室论证具有重要的意义和价值。该文通过对大量文献的概括总结,给出了上个世纪50年代至今由于航船噪声引起的低频海洋环境噪声级变化过程,分析了海洋噪声的变化趋势及其造成这种变化的原因,认为远处航船噪声已被公认为产生低频海洋环境噪声的主要噪声源。本文的研究为系统地了解低频海洋环境噪声级的变化规律提供了参考。

低功耗、大存储量海洋环境噪声监测系统的研究

设计开发了一种超低功耗海洋环境噪声监测系统。它能对水听器采集的噪声信号进行自动增益放大、数字滤波和A/D转换,并对原始采集数据用Flash进行大容量存储及回放。系统在屏蔽室和水槽进行了实验,工作稳定,数据采集完整,数据回放处理结果反映了实际情况。

海洋环境噪声预报建模与算法研究

对海洋环境噪声分布特征进行预报 ,是有利于探索抑制海洋环境噪声的有效方法。本文依据海洋环境噪声谱级的实测数据 ,利用三次样条插值法建立了海洋环境噪声预报模型 ,并对我国北海浅海区的环境噪声谱级进行了预报 ,预报结果与实测功率谱图基本一致。在建立海洋环境噪声预报模型的基础上 ,提出了海洋环境噪声生成算法 ,仿真表明 ,该算法能生成具有任何振幅分布的、谱级曲线满足要求的海洋环境噪声序列。因此 ,本研究在工程上有参考价值。

大连周边近岸典型海域海洋环境噪声的测量分析

于2013年5月利用带宽为20 Hz^100 k Hz的水听器测量系统对大连市周边近岸海域的大黑石、付家庄、星海湾、塔河湾、海之韵5个典型站位的水下噪声进行了测量,获取各站点海洋环境噪声数据以及风速、海况等环境要素,然后进行噪声平均声压级(Sound pressure level,SPL)的计算和20 Hz^100 k Hz带宽的噪声频谱分析。结果表明:付家庄、星海湾海区噪声平均声压级分别为126.58、123.39 d B(以1μPa为参考声压,下同),船舶航行、近岸工程建设等人为噪声是该海区的主要噪声源;大黑石、塔河湾海域的海洋噪声较低,平均声压级分别为115.66、122.17 d B,潮汐和风浪等自然噪声是该海域的主要海洋噪声源;货运港口及航道附近的海之韵海域平均声压级最高,为132.53 d B,船舶航行等为主要噪声源。总体上,大连周边近岸海域海洋噪声受人类活动因素影响较大,在港口航道、海洋工程等区域显示了较高的噪声水平,而地处渤海的养殖海域噪声最低。本次测量的平均声压级处于鱼类和海洋哺乳动物的听力范围之内,但因声压级相对较低,对当地海水养殖业和海洋哺乳动物应该不会产生显著影响。

海洋环境噪声预报与仿真方法研究

基于Harrison提出的理论,推导了风成噪声场的空间相关函数、垂直指向性函数以及噪声强度表达式,进行了实例仿真计算和结果分析.利用该方法得到特定环境和深度上噪声功率谱密度,设计相应的AR滤波器,进行了噪声时间序列的仿真.结果表明,这一模型能够快速有效地预报海洋环境噪声场,以及进行特定海洋环境和接收器深度下的噪声时间序列仿真.