海山/島礁附近的海底地形往往復雜多變,起伏海底對海洋波導中的聲傳播具有重要影響,使海底地形多變海域的海洋環(huán)境噪聲建模和仿真計算的難度增加。本文采用射線理論的N×2D和3D三維算法,依據(jù)變化海底地形海域的地形數(shù)據(jù),建立了復雜海底地形海域的風關(guān)海洋環(huán)境噪聲模型。模型的計算結(jié)果表明:在負梯度聲速剖面條件下,接收點各方位扇區(qū)的海洋環(huán)境噪聲級和垂直指向性,在海山/島礁方位與平坦海底方位的結(jié)果明顯不同;距海山/島礁較近接收點的總噪聲級略高于較遠的接收點;在聲速不隨距離和方位變化的情況下,N×2D三維近似和3D算法所得到的風關(guān)噪聲級的深度分布、噪聲垂直指向性,以及扇區(qū)風關(guān)噪聲級和垂直指向性雖有所區(qū)別,但變化趨勢相同,對于復雜地形海域如水平方向聲速不發(fā)生劇變,當計算時間有限制時,可選用N×2D算法計算風關(guān)海洋環(huán)境噪聲特征。

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圖1水平方位分區(qū)示意

式中ψj和ψl是0～2π均勻分布的隨機數(shù),代表距離和方位2個方向的隨機相位信息。噪聲場空間分布特征通常用兩點聲場復共軛積的系綜平均表示,稱為噪聲互譜密度,它代表了噪聲場的空間特性,定義為:

圖2海底地形、接收位置和計算范圍

依據(jù)海底地形數(shù)據(jù),選取某海山/島礁海域用于數(shù)值仿真計算海洋環(huán)境噪聲特性,其海底地形見圖2,垂直接收陣所在位置用★表示,該處海深為1368m;考慮50km范圍(在圖中使用圓形標注)內(nèi)的海面噪聲源進行模型仿真計算,接收點正北方向的方位角為0°,按1°的步長將360°方位角沿順時....

圖3聲速剖面

圖2海底地形、接收位置和計算范圍2.2不同方位的聲傳播損失

圖4不同方位角區(qū)間的海底地形

圖4是不同方位區(qū)間的海底地形變化圖,方位范圍分別為144°～160°、200°～220°、300°～320°,對應(yīng)方位區(qū)間內(nèi)最高海山的高度分別約為1300、600和150m。圖5分別是N×2D算法計算的不同方位角區(qū)域內(nèi)聲源深度為200、800m時,3條不同掠射角度的聲線軌跡....

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