（4）流体空化和湍流及排气（泵、管道、凝汽器等）； （5）机械摩擦（轴承等）——产生连续谱噪声。
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舰船辐射噪声源及其一般特性
机械噪声 结论： （1）舰船辐射噪声为强线谱加弱连续谱的迭加， 与舰船航行状态及机械工作状态密切相关，一 般较复杂、多变； （2）机械噪声是舰船辐射噪声低频段主要成分。
ppdp 2 p2pdp
提示：水下噪声研究中经常将某一类干扰假定为高斯 噪声。
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噪声的基本概念
噪声是一种随机过程
一般，表征噪声统计特性的统计量：概率密度函数、 数学期望、方差、相关函数、功率谱。
白噪声
由随机过程理论可知，噪声自相关函数的傅立叶变 换即为功率谱密度函数：
Rlim1 T ptpt T2T T
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噪声的基本概念
水下噪声的指向性特性 水下噪声具有指向性 原因：噪声源具有指向性、噪声源空间分布、海 洋传播条件等。 提示：工程上将噪声视为各向同性的，便于处理。 常识：海面噪声（风浪噪声）—垂直指向性； 远处航船的辐射噪声—水平指向性。
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海洋环境噪声
海洋环境噪声也称自然噪声，研究环境噪声的 目的：解决NL及其时空统计特性与环境因素之间的 依赖关系，找出其规律，并由此作出必要的预报， 为声纳设备设计、制作提供必要的数据。 深海中的环境噪声源 从低频到高频次序讨论噪声源及其特性： 潮汐和波浪的海水静压力效应
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海洋环境噪声
深海中的环境噪声源 行船 行船是50Hz~500Hz频率范围内的主要噪声源， 与风和天气无关。 海面波浪 海面波浪噪声是500Hz~
25000Hz频率范围内的噪声 源，与海况直接相关。
Kundson海洋环境噪声谱
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海洋环境噪声
深海中的环境噪声源 热噪声 海洋分子的热噪声限制水听器的高频灵敏度， 等效热噪声谱级：
舰船辐射噪声声源级 在远场测得噪声级后，再修正传播损失，归算到 离声源声中心1米处，并计算出1Hz带宽内的声 强，则声源级（谱级）为：
SL10lg IN
I0f
式中，f 是换能器工作带宽， I 0 为参考声强，I N
为距声源声中心1米处的噪声声强。
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舰船辐射噪声的声源级和噪声谱
第八章 水下噪声
本章主要内容
噪声的基本概念（了解）
噪声是一种随机过程 噪声的频谱分析 水下噪声的指向性特性
海洋环境噪声（了解）
深海中的环境噪声源 深海环境噪声谱 自然噪声的间歇源及自然噪声的变化特性 海洋环境噪声的振幅分布和空间相关
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本章主要内容
海洋环境噪声（了解）
目标（舰船、潜艇、鱼雷等）辐射噪声 它是被动声纳系统的声源，通过接收该噪声实现 目标检测。
水下噪声研究的意义（对抗与反对抗） 提高设备性能、提高自身隐蔽性
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噪声的基本概念
噪声是一种随机过程 描述噪声的统计量有：概率密度函数、概率分布
函数。 平稳随机过程 描述：如果一个随机过程经过时间平移后，其统计 特性保持不变，即
舰船辐射噪声的危害： 破坏了舰船的隐蔽性； 可能引爆某些水中兵器； 干扰本舰的水声设备（自噪声）。
舰船、鱼雷辐射噪声特点 噪声源繁多、集中，噪声强度大，频谱成分复杂。
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舰船和鱼雷的辐射噪声
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舰船和鱼雷的辐射噪声
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舰船辐射噪声的声源级和噪声谱
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海洋环境噪声
深海环境噪声的指向性 深海自然噪声具有指向性：
低频噪声来自远处——水平指向性 高频噪声源来自顶部的海面——垂直指向性
提示：海面辐射噪声具有 cosm 的指向特性 （噪声源和海面上虚源干涉效应引起的）。
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舰船和鱼雷的辐射噪声
舰船、潜艇和鱼雷的辐射噪声是被动声纳系统赖以 探测、跟踪的信号。
螺旋桨噪声 螺旋桨噪声：螺旋桨空化噪声和螺旋桨叶片振 动辐射噪声。
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舰船辐射噪声源及其一般特性
螺旋桨噪声 螺旋桨空化噪声 螺旋桨旋转时，叶片尖上和表面上产生空化。
Blade Tip Cavitation
Water Flow
Sheet Cavitation
Water Flow
dt
S Rejd
功率谱是均匀的噪声，则称之为白噪声。
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噪声的基本概念
噪声是一种随机过程
噪声声压有效值 p e
定义：等于介质阻抗为单位值时平均声强 I 的平
方根。
如果假设噪声的平均值为零，介质阻抗为单位值，则 它的方差便等于平均声强：
I2 p2(p)dp
I2lim 1 T/2p2(t)dt T T T/2
2020/1Leabharlann /1721海洋环境噪声
深海环境噪声谱 工程上，为预报海洋环境噪声级，需要不同条
件下的平均典型自然噪声谱，见下图。 图中画出了不同航 运和风速条件下的预报 用曲线。使用时，选择 适当的航运和风速条件 曲线，和相邻频段的曲 线连接起来，近似地预 报自然噪声谱。
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潮汐和海面波浪是海洋内部海水静压力变化的 原因，它们是低频噪声源。
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海洋环境噪声
深海中的环境噪声源 地震扰动 地震是海洋中的极低频噪声源。 海洋湍流 湍流产生噪声的方式： 湍流使水听器、电缆等颤动或作响——自噪声 （不是自然噪声）； 湍流压力变化辐射噪声——四极子源，随距离 迅速衰减，不是主要源；湍流区内部压力的声 效应。海洋湍流是海洋中的低频噪声源。
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海洋环境噪声
深海环境噪声谱 深海环境噪声谱的例子
如右图，谱由斜率不同的 五部分组成，解释如下：
1）1Hz以下，这段谱至今 还不为人所知。估计该噪 声来源于海水静压力效应 或是地球内部的地震扰动。
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海洋环境噪声
深海环境噪声谱 2）谱斜率为-8~-10dB/倍频 程，与风速仅有很微弱的关 系，最可能的噪声源是湍流。 3）自然噪声谱变平，远处 行船是主要噪声源。 4）具有-5~-6dB/倍频程，噪 声源是不远处的粗糙海面。 5）海水介质分子热运动噪 声，谱线斜率为6dB/倍频程。
p 1 ,t p 1 ,t
则称这过程为平稳随机过程。 提示：平稳随机过程的概率密度函数与时间无关，为
处理上的方便，往往把水中噪声视为平稳随机过程
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噪声的基本概念
高斯噪声 若噪声的声压概率密度函数表示为：
p 1 ep222
2 上述概率密度函数为高斯分布，相应的噪声称为高斯 噪声。其均值和方差为：
海洋环境噪声
自然噪声的间歇源及自然噪声的变化特性
间歇源的噪声源
1）它是一种暂时存在的噪声源，如能发声的海洋 生物、降雨等。
2）海洋生物：甲壳类、鱼类和海生哺乳类——特 殊的鸣声、嘈杂声等；
3）降雨：提高自然噪声级，与降雨率和面积有 关——在1kHz~10kHz频段接近于白噪声。
变化特性
自然噪声具有易变性。产生原因：噪声源的易变 性和传播条件的改变。
(d)siknd /kd
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海洋环境噪声
海洋环境噪声的振幅分布和空间相关
Cron和Sherman研究了具有 cosm 指向性的 单频噪声源构成的界面噪声场的相关系数。 （B. F. Cron, C. H. Sherman. Spatial-correlation
functions for various noise models. J. Acoust. Soc. Am.,1962,34(11))。
lim pe I
1 T/2p2(t)dt T T T/2
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噪声的基本概念
噪声的频谱分析 噪声声压是一个随机量，与时间量之间不存在确 定关系，因此分析噪声声压幅值的频谱没有意义； 随机过程的功率谱函数是一个确定的统计量，反 映了该过程的各频率分量的平均强度。
根据信号频谱曲线形状划分： 线谱：数学上能够用傅氏级数来表示，水声中周 期、准周期信号的频谱就是线谱信号； 连续谱：频谱分析用傅氏变换来表示，水声中瞬 态非周期信号的频谱就是连续谱。
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噪声的基本概念
噪声的频谱分析
声强平均频谱密度
Si
Ii fi
声强频谱密度函数
SflimIi dI
f fi0 i df
带宽内的总声强：I f2 Sf df f1
提示：连续谱某确定频率分量上的声强贡献无限小。
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噪声的基本概念
噪声的频谱分析 海洋环境噪声级
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舰船辐射噪声源及其一般特性
机械噪声 机械噪声是航行或作业舰船上的各种机械的振 动，通过船体向水中辐射而形成的噪声。 产生机理： （1）不平衡的旋转部件（电机电枢等）； （2）重复的不连续性（齿轮、涡轮机叶片等）； （3）往复部件（汽缸的爆炸）——产生线谱噪声， 其成分是振动基频及其谐波分量
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舰船辐射噪声源及其一般特性
螺旋桨噪声 螺旋桨空化噪声 1）空化噪声产生条件：航速大于舰船临界航速。
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N L10 lgIN/I0
假设水听器工作带宽内噪声谱为 S(f ) 、且其响应 是均匀的，则有：