水声探测技术实验指导书三-五

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1、实验三海洋环境噪声的测量及频谱分析本实通过对现有舰船辐射噪声采集数据进行处理，得到某一实验过程海洋环境噪声的分布规律，并将所得结果作图表示。一、实验目的1、了解以舰船辐射噪声为代表的海洋环境噪声的基木特性。2、掌握基木的时■频处理方法。3、以实测数据为例，通过上机操作，达到一定的实际训练。二、实验仪器计算机三、实验原理1、海洋噪声的来源海洋噪声的来源是多方面的，总的归纳起来有几大类：(1)动力噪声：由、涌、浪引起低频压力脉动，水中引起的压力起伏，以及海浪拍岸的噪声，雨噪声等。(2)冰下噪声：由冰层运动引起的碰撞、摩擦和破裂的噪声，以及不平整的冰层表面与大气、海流相互作用的噪声。(3)

2、生物噪声：由海洋动物所引起的各式各样的声音。(4)地震噪芦:由地震、火山爆发以及海啸产生的噪声。⑸工业噪声：出人类的各种活动所引起的噪声。如船舶航行的噪声，港口作业噪声，海底作业噪声等。以上这些噪声源各有其口己的频谱特性。通过频谱分析，不但可以了解声源信息，如根据海洋噪声探测海上风浪的情况，还口J以根据海洋噪声场的特性，提高水声器材的抗干扰性能。因此，有必要进-步了解水下噪声场的谱特性。2、船舰噪声的谱特性舰船在水中运动时，将辐射噪声，其来源有下列三个方面：(1)机械噪声：主机、辅机和各种空调设备产生的机械振动，它通过船壳辐射到海中。(2)螺旋桨噪声：螺旋桨转动产生水介质空化引起的空

3、化噪声、及它的划水声和涡流声。(3)水动力噪声：水流过船壳产生的摩擦声及附件产生共振辐射的声咅。在多数情况下，机械噪声和螺旋桨噪声是主要的。图5-1是典型的舰船噪声图谱。在低频段，谱级随频率增高而增大。在100〜1000Hz之间出现一个峰值,主要是由于空化噪声产生的，峰值位置取决于舰船的航速。在此频段以后，以大约每倍频程6dB的坡度下降。另外还可以看到，在低频段出现一些线谱，它是机械噪声和螺旋桨“叶片速率”的谱线，早高频端这些谱线被连续谱掩盖，所以从图上看不到。1"图1典型的舰船噪声图谱对舰船噪声特性，一般可用它的平均功率谱、线谱和“动态谱”来描述。这些谱特性，对我们检测和识别舰船噪

4、声提供了有用的信息。因此，测量和分析舰船噪声，认识它的规律性，将冇利于我们设计最佳接收设备和判别舰船目标。3、海洋噪声的频谱特性海洋噪声是由齐种原因产生的，并且受到许多因素的影响。它的频谱很复杂，一般无法用一组简单的频谱曲线来描述。图2汇集了对海洋噪声的各种研究结果，一般称之为文兹谱级图。纵坐标代表声压级（注意：这里是以2X10-5Pa为参考值），横坐标使用对数刻度表示频率。箭头所表示的频段为某类噪芦源的频谱范围。整个噪声级的变化趋势是随频率的增加而下降。在1Hz到100kHz范围内变化120〜13OdB,但就某一频率而言其动态范围在40〜60dB。在低频段，一般卜'降较陡，每倍频程

5、卜•降3〜10dB。在100Hz到20kHz范围是冃前水芦工作中较常用的频段，它的噪声级高达60〜80dB,与风力大小关系有关。低频段还与舰船噪声的大小有关，一般随频率的增加而下降。在高频段的热噪声，反而随频率增加而增强，每倍频程增大6dB。标有圆圈数字的一簇曲线，代表海面风速大小所对应的噪声谱曲线。圈内的数字表示蒲氏风级，它的噪声级随风速增大而增高,但不是直线关系。阴影区为大洋航线上的平均船舶噪声级概况。它上面的虚线为通过较频繁海区的噪声频谱。可看到海洋噪声是由许多频率和强度不同的成分随机地组合。在频谱上对应的各频率成分紧密地连在一起，成为一条连续的曲线，所以它一般是连续谱。只冇在

6、接收船舶噪声时，冇时才看到连续谱上加冇突出的线谱，这是一种复合谱。.Earthquiket4andExplosionsFOceanTrafficMolecularAgitationBubble*andSpray.(SurfaceAgit*lion)^^-■(Sei»mlcBackground)>Turt>ulenl-Pr«BsureFluctuationsPREVAILINGNOISESBiologiesSmSlatePr«ciplUttonShips.Industrial.Activity«

7、S.・Ice—Ffequ^ncy(Hz)101001.00010.000Lfnt>&Piw

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