一种基于非均匀风关声源的海洋环境噪声场预报方法技术

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。

【技术实现步骤摘要】
一种基于非均匀风关声源的海洋环境噪声场预报方法
本专利技术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。
技术介绍
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RJ.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(KnudsenVO,AlfordRS,EmlingJW.Under-waterambientnoise[J].J.MarRes.,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(WenzGM.AcousticAmbientNoiseintheOcean:SpectraandSources[J].J.Acoust.Soc.Am.,1962；34(12):1936-1956.WenzGM.Reviewofunderwateracousticsresearch: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(UrickRJ.Ambientnoiseinthesea[M].Washington:PublishedbyUnderseaWarfareTechnologyOffice,NavalSeaSystemsCommand,DepartmentoftheNavy,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(CareyWM,EvansRB.Oceanambientnoise:measurementandtheory.SponsoredbyOfficeofNavalResearch,PublishedbySpringer,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(CronBF,ShermanCH.Spatial-correlationfunctionforvariousnoisemodels[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(KupermanWA,IngenitoF.Spatialcorrelationofsurface-generatednoiseinastratifiedocean[J].J.Acoust.Soc.Am.1980,67(6):1988-1996)提出的分层海洋的波动模型、Harrison(HarrisonCH.CANARY:Asimplemodelofambientnoiseandcoherence.AppliedAcoustics.1997,51(3):289-315)提出的射线声学模型、以及RANDI(WagstaffRA.RANDI:Researchambientnoisedirectionalitymodel[M].Nav.UnderseaCtr,Tech.Pub.:1973)数值预报模型等。Piyush等(Asolkar,P.,etal.Tropicallittoralambientnoiseprobabilitydensityfunctionmodelbasedonseasurfacetemperature[J].TheJournaloftheAcousticalSocietyofAmerica,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.,etal.WindinducedambientnoisemodellingandcomparisonwithfieldmeasurementsinArabianSea[J].AppliedAcoustics,2015,89(SupplementC):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)。海面风关噪声源在空间上是非均匀分布的，且持续性的背景噪声主要是由该声源作用产生的。现有的噪声模型主要是利用噪声测量系统附近的浮标、船舶或观测站获取的风速信息或数值预报结果建立的，尽管现场测量的数据精度较高，但是受到海域、测量周期、经费投入等限制，难以实现大范围的观测；而现有的噪声估计模型中，假设海面声源为均匀分布，即数十公里区域内的声源强度相同，以单一位置的声源观测值代表整个区域的观测结果，其在理论上不够严密，且估计结果精度有限。
技术实现思路
本专利技术的目的在于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，而现有的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。本专利技术包括以下步骤：1)合成孔径雷达海面风场数据预处理；在步骤1)中，所述合成孔径雷达海面风场数据预处理的具体步骤可为：标记合成孔径雷达海面风场数据中的空值和非法值，采用最邻近插值算法对这些标记格网赋值，得到高分辨率的风速场w(x，y)，其中，(x，y)是合成孔径雷达风场格网单元的坐标。2)风关海面噪声源强度分布计算；在步骤2)中，所述风关海面噪声源强度分布计算的具体方法可为：利用步骤1)中得到风速场w(x，y)，采用风关噪声声源级的计算模型(公式(1))，将w(x，y)带入公式(1)，得到噪声源强度的分布I(x，y)。其中，SL为噪声源级，f为频率，单位为：Hz，U为本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于非均匀风关声源的海洋环境噪声场预报方法，其特征在于包括以下步骤：/n1)合成孔径雷达海面风场数据预处理；/n2)风关海面噪声源强度分布计算；/n3)三维海洋环境噪声场强度分布计算。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于非均匀风关声源的海洋环境噪声场预报方法，其特征在于包括以下步骤：
1)合成孔径雷达海面风场数据预处理；
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。


2.如权利要求1所述一种基于非均匀风关声源的海洋环境噪声场预报方法，其特征在于在步骤1)中，所述合成孔径雷达海面风场数据预处理的具体方法为：标记合成孔径雷达海面风场数据中的空值和非法值，采用最邻近算法对这些标记格网赋值，得到高分辨率的风速场w(x，y)，其中，(x，y)是合成孔径雷达风场格网单元的坐标。


3.如权利要求1所述一种基于非均匀风关声源的海洋环境噪声场预报方法，其特征在于在步骤2)中，所述风关海面噪声源强度分布计算的具体方法可为：利用步骤1)中得到风速场w(x，y)，将w(x，y)...

【专利技术属性】
技术研发人员：魏士俨，杨晟，
申请(专利权)人：自然资源部第三海洋研究所，
类型：发明
国别省市：福建;35