遠離航道海域低頻海洋環境噪聲垂直指向性研究進展
文/海洋聲學專業 單元春
海洋環境噪聲垂直指向性是海洋背景聲場的典型空間特性之一，它既可以體現噪聲源的空間分布特性與波導對聲傳播的影響，還可用來反演海洋波導環境參數。通過分析某次海洋環境噪聲實驗數據發現，當水聽器垂直接收陣位于遠離航道海域時，低頻海洋環境噪聲垂直指向性圖案的主瓣集中在-30°至30°的范圍內。結合航船分布情況分析，認為接收陣距離航道較遠時，航道內航船引起的低頻海洋環境噪聲接近水平方向入射垂直接收陣，為陣列水聲信號處理提供技術支持。
圖1實驗期間實驗海域航船軌跡
圖1為實驗期間的航船分布情況，其中A點為接收位置，接收陣為陣元間距為20m的32元垂直陣。藍、紅、綠線分別為基于AIS數據畫出的實驗的第1、2、3天大型航船在實驗海域的航行軌跡，可以看出，航船較為密集的區域基本位于半徑跨度140km-270km范圍內的兩個扇環之間。
圖2實驗期間某時段的低頻海洋環境噪聲垂直指向性
圖2為實驗期間某時段不同頻率的海洋環境噪聲垂直指向性圖，其中0°對應水平方向，負角度對應海面方向。可以看出，垂直指向性圖案的主瓣在-30°至30°范圍內，且在0°附近不存在凹槽，說明當低頻海洋環境噪聲的主要貢獻源為大型航船時，在遠離航道區域，低頻海洋環境噪聲以接近水平方向入射垂直接收陣。
一般認為，只有當接收陣的相鄰陣元間距d與單頻噪聲的波長λ之間的比值不超過1/2，即時，均勻線陣接收到的來自任意方向的信號形成的垂直指向性圖案在-90°至90°的角度范圍內才不會出現影響主瓣的副極大峰，而盡管本次實驗所用垂直陣的陣元間隔為20m，對50Hz頻率的噪聲來說并不滿足上述條件，但如圖2所示實驗獲得的50Hz海洋環境噪聲垂直指向性圖案中并未出現副極大峰。令，計算信號來自不同方向時均勻線陣的垂直指向性(如圖3所示)。
附件：
