风关噪声场相关特性研究

　　1　引言

　　环境噪声的许多统计特性是声纳设计和使用的重要参数，常被用于一些决策系统，比如噪声的时空相关特性就是重要的参数。随着研究的深入，目前较为常用的是由Ku-perman与Ingenito[1]所建立的噪声声压场简正波模型，这是本文研究的基础。噪声场两接收点的空间相关特性，理论上可以通过Fourier变换与指向性联系起来[2]。这一特海水中。由于风成噪声存在的普遍性，人们对风成噪声的研究一直比较关注[3～8]。本文应用KI模型讨论浅海风成噪声的空间相关特性，分析各环境参数对空间相关特性的影响。

　　2　噪声场两接收点水平垂直相关

　　假定海洋环境水平分层、噪声源表示成分布在一个无限大平面上的不相关的单极子声源，此平面位于海面下任意深度。则噪声场两接收点互谱密度的谱积分形式为[9]

　　用简正波求解一般传播问题时，若接收器离声源足够远，则简正波的连续谱对声场贡献很小，只需计算简正波的离散谱。而噪声源为海面下一层均匀分布的单极子点源，由于有近距离声源存在，简正波的连续谱部分不能略，即必须考虑分支线积分。目前常用的方法是在海底深处引入一个人工海底，将泄漏简正波问题转化为SL问题;另一种方法是分别计算简正波的离散谱和连续谱。本文采用后一种方法，使用Pekeris割线，用高号简正波来近似EJP割线的连续谱。在分层介质中，格林函数可由简正波展开近似表示：

　　将式(2)带入式(1)，并只考虑不相干模式，经推导得：

　　其中αn为衰减系数，κn为波数kn的实部。波数与波函数皆由KRAKEN程序获得[10]。则两点的水平相关为

　　垂直相关为

　　3　数值计算结果

　　图1和图2分别是接收深度位于20m和60m的均匀浅海噪声模型的水平相关曲线，图中实线、点划线和点线分别代表频率400Hz、800Hz和1500Hz下的相关性计算结果。

　　由图可以看出，频率越高水平相关性曲线振荡的越快，相关性越弱。当接收深度变大时，水平相关所得结果有微小差别，这主要是由于越靠近海底，噪声场受海底影响越大，使得两接收点的相关性变弱。

　　图3和图4是均匀浅海噪声模型的垂直相关曲线，接收深度分别位于20m和60m，实线、点划线和点线分别代表频率400Hz、800Hz和1500Hz下的相关性计算结果。

　　由图可以看出，频率越高垂直相关性曲线振荡的越快，相关性越弱。当接收深度变大时，垂直相关性也有微小差别，这也是由于越靠近海底，噪声场受海底影响越大，使得两接收点的相关性变弱。