遠(yuǎn)離航道海域低頻海洋環(huán)境噪聲垂直指向性研究進(jìn)展
文/海洋聲學(xué)專業(yè) 單元春
海洋環(huán)境噪聲垂直指向性是海洋背景聲場(chǎng)的典型空間特性之一，它既可以體現(xiàn)噪聲源的空間分布特性與波導(dǎo)對(duì)聲傳播的影響，還可用來(lái)反演海洋波導(dǎo)環(huán)境參數(shù)。通過(guò)分析某次海洋環(huán)境噪聲實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)水聽(tīng)器垂直接收陣位于遠(yuǎn)離航道海域時(shí)，低頻海洋環(huán)境噪聲垂直指向性圖案的主瓣集中在-30°至30°的范圍內(nèi)。結(jié)合航船分布情況分析，認(rèn)為接收陣距離航道較遠(yuǎn)時(shí)，航道內(nèi)航船引起的低頻海洋環(huán)境噪聲接近水平方向入射垂直接收陣，為陣列水聲信號(hào)處理提供技術(shù)支持。
圖1實(shí)驗(yàn)期間實(shí)驗(yàn)海域航船軌跡
圖1為實(shí)驗(yàn)期間的航船分布情況，其中A點(diǎn)為接收位置，接收陣為陣元間距為20m的32元垂直陣。藍(lán)、紅、綠線分別為基于AIS數(shù)據(jù)畫(huà)出的實(shí)驗(yàn)的第1、2、3天大型航船在實(shí)驗(yàn)海域的航行軌跡，可以看出，航船較為密集的區(qū)域基本位于半徑跨度140km-270km范圍內(nèi)的兩個(gè)扇環(huán)之間。
圖2實(shí)驗(yàn)期間某時(shí)段的低頻海洋環(huán)境噪聲垂直指向性
圖2為實(shí)驗(yàn)期間某時(shí)段不同頻率的海洋環(huán)境噪聲垂直指向性圖，其中0°對(duì)應(yīng)水平方向，負(fù)角度對(duì)應(yīng)海面方向。可以看出，垂直指向性圖案的主瓣在-30°至30°范圍內(nèi)，且在0°附近不存在凹槽，說(shuō)明當(dāng)?shù)皖l海洋環(huán)境噪聲的主要貢獻(xiàn)源為大型航船時(shí)，在遠(yuǎn)離航道區(qū)域，低頻海洋環(huán)境噪聲以接近水平方向入射垂直接收陣。
一般認(rèn)為，只有當(dāng)接收陣的相鄰陣元間距d與單頻噪聲的波長(zhǎng)λ之間的比值不超過(guò)1/2，即時(shí)，均勻線陣接收到的來(lái)自任意方向的信號(hào)形成的垂直指向性圖案在-90°至90°的角度范圍內(nèi)才不會(huì)出現(xiàn)影響主瓣的副極大峰，而盡管本次實(shí)驗(yàn)所用垂直陣的陣元間隔為20m，對(duì)50Hz頻率的噪聲來(lái)說(shuō)并不滿足上述條件，但如圖2所示實(shí)驗(yàn)獲得的50Hz海洋環(huán)境噪聲垂直指向性圖案中并未出現(xiàn)副極大峰。令，計(jì)算信號(hào)來(lái)自不同方向時(shí)均勻線陣的垂直指向性(如圖3所示)。
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