[发明专利]一种基于非均匀风关声源的海洋环境噪声场预报方法

说明书

一种基于非均匀风关声源的海洋环境噪声场预报方法，涉及海洋环境噪声监测领域。针对海洋环境噪声场预报中，缺乏海面风生噪声源非均匀分布情况，而现有风关噪声预报都是基于单点站位或大尺度模式风场，无法获取大范围、高分辨率的噪声源强度分布计算的难题，提供一种基于非均匀风关声源的海洋环境噪声场预报方法。包括步骤：1)合成孔径雷达海面风场预处理；2)风关海面噪声源强度分布计算；3)三维海洋环境噪声场强度分布计算。利用合成孔径雷达获取的高分辨率海面风场信息，计算风关噪声源强度的非均匀分布，根据经典的声传播模型，计算三维声场的强度分布，实现风关海洋环境噪声场的预报，提供理论上更符合实际情况的高分辨率预报结果。

技术领域

本发明涉及海洋环境噪声监测领域，尤其是涉及一种基于非均匀风关声源的海洋环境噪声场预报方法。

背景技术

声波是海水中唯一有效的信息载体，是监控海洋的重要手段之一(汪德昭,尚尔昌,水声学[M],北京：科学出版社，2013)。声波传播信道的海洋水声环境是极其复杂的时变、空变的随机信道，而其中一个非常重要的声学特性就是海洋环境噪声(郭新毅,李凡,铁广朋,马力,海洋环境噪声研究发展概述及应用前景[M],物理.2014)。海洋环境噪声是海洋环境中普遍存在而又不期望出现的背景声场，是限制主、被动声纳工作性能发挥的主要因素(美国国家研究理事会海洋环境噪声对海洋哺乳动物的潜在影响研究委员会(著),杨燕明(译)，海洋噪声与哺乳动物[M]，北京：海洋出版社，2010)。因其现实的军事应用需求一直是海洋声学领域的研究热点之一(尤立克R J.水声原理[M].第3版.洪申译.哈尔滨:哈尔滨船舶工程学院出版社,1990:162-189)。二战后，Knudsen(Knudsen V O,Alford R S,EmlingJ W.Under-water ambient noise[J].J.Mar Res.,1948；7:410-429)给出著名的风生海洋环境噪声“Knudsen曲线”；此后，人们补充航船、海洋生物、湍流等对海洋环境噪声的影响，其中Wenz(Wenz G M.Acoustic Ambient Noise in the Ocean:Spectra and Sources[J].J.Acoust.Soc.Am.,1962；34(12):1936-1956.Wenz G M.Review of underwateracoustics research:noise[J].J.Acoust.Soc.Am.,1972；51(3):1010-1024)给出著名的深海海洋环境噪声“Wenz谱级曲线”。1984年，Urick(Urick R J.Ambient noise in thesea[M].Washington:Published by Undersea Warfare Technology Office,Naval SeaSystems Command,Department of the Navy,1984)从海洋环境噪声的声源特性、变化特性、指向性、相干性以及海洋环境噪声对接收深度的依赖关系等方面对海洋环境噪声研究进行系统综述。2011年，Carey和Evans(Carey W M,Evans R B.Ocean ambient noise:measurement and theory.Sponsored by Office of Naval Research,Published bySpringer,2011)从海洋环境噪声产生机理、数值模拟及测量研究等方面对海洋环境噪声的研究进行系统总结和论述。海洋环境噪声的理论建模和数值预报也是非常重要的研究方向，Cron(Cron B F,Sherman C H.Spatial-correlation function for various noisemodels[J].J.Acoust.Soc.Am.,1962；34(11):1732-1736)提出海面环境噪声的经典模型、Kuperman和Ingenito(Kuperman W A,Ingenito F.Spatial correlation of surface-generated noise in a stratified ocean[J].J.Acoust.Soc.Am.1980,67(6):1988-1996)提出的分层海洋的波动模型、Harrison(Harrison C H.CANARY:A simple model ofambient noise and coherence.Applied Acoustics.1997,51(3):289-315)提出的射线声学模型、以及RANDI(Wagstaff R A.RANDI:Research ambient noise directionalitymodel[M].Nav.Undersea Ctr,Tech.Pub.:1973)数值预报模型等。Piyush等(Asolkar,P.,et al.Tropical littoral ambient noise probability density function modelbased on sea surface temperature[J].The Journal of the Acoustical Society ofAmerica,2016,140(5):452-457)分析热带海区海水温度对噪声模型的影响，Najeem等(Najeem,S.,et al.Wind induced ambient noise modelling and comparison withfield measurements in Arabian Sea[J].Applied Acoustics,2015,89(Supplement C):101-106)利用阿拉伯海的噪声和浮标数据建立风生噪声的模型。国内在海洋环境噪声研究方面也有不少工作，主要有浅海海洋环境噪声特性研究([18]李丙辉.浅海风成海洋环境噪声场空间结构及海底参数反演研究[D].中国海洋大学,硕士学位论文,2004)，海洋环境噪声源特性研究(笪良龙,王超,卢晓亭,等.基于潜标测量的海洋环境噪声谱特性分析[J].海洋学报,2014,36(5):54-60)，海洋环境噪声的建模与预报研究(林建恒,衣雪娟,陈鹏,等.风关海洋环境噪声源模型[J].声学技术(增刊),2006,25:53-54)。