《水声学》课程教学资源（PPT课件）第7章 水下噪声（1/2）

第7章水下噪声第十九讲

第7章 水下噪声 第十九讲

本讲主要内容噪声的基本概念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

2 本讲主要内容 ◼ 噪声的基本概念 ❑ 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 ❑ 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

本讲主要内容海洋环境噪声海洋环境噪声的指向性

3 本讲主要内容 ◼ 海洋环境噪声 ❑ 海洋环境噪声的指向性

噪声的基本概念噪声的定义：是指在特定条件下不需要的声音。口水下噪声海洋环境噪声和舰船自噪声它们是声纳系统的主要干扰背景之一，限制装备性能。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。口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

4 ◼ 噪声的基本概念 ❑ 噪声的定义：是指在特定条件下不需要的声音。 ❑ 水下噪声 ◼ 海洋环境噪声和舰船自噪声 它们是声纳系统的主要干扰背景之一，限制装备 性能。 ◼ 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

噪声的基本概念口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Φ(p1, t)= Φ(pr, t + 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5

5 ◼ 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 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 (p ,t) =(p ,t + ) 1 1

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-μ)22g0/2元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：μ= (~(p)pdpα?=/(p-μ)@(p)dp提示：水下噪声研究中经常将某一类干扰假定为高斯噪声

6 ◼ 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： 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： 提示：水下噪声研究中经常将某一类干扰假定为高斯 噪声。 ( ) ( ) 2 2 2 p e 2 1 p      − − = ( )   −  =  p pdp ( ) ( )   − = p −  p dp 2 2  

噪声的基本概念噪声是一种随机过程7一般，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：R(t)= limp(t)·p(t -t)dt2元.T-80S(o)= (~R(t)e-jot dt功率谱是均匀的噪声，则称之为白噪声

7 ◼ 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： 功率谱是均匀的噪声，则称之为白噪声。 ( ) ( ) ( ) ( ) ( )    − − → − = =  −       S R e d p t p t dt 2T 1 R lim j T T T

噪声的基本概念噪声是一种随机过程噪声声压有效值P定义：等于介质阻抗为单位值时平均声强「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：I =α? = (p@(p)dp, (t)dti=o?=lim o0=Vi=,/lim z p (t)dtOX

8 ◼ 噪声的基本概念 ❑ 噪声是一种随机过程 ◼ 噪声声压有效值 定义：等于介质阻抗为单位值时平均声强 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：   − I = = p (p)dp 2 2   → − = = T / 2 T / 2 2 T 2 p (t)dt T 1 I  lim − → = = T/ 2 T/ 2 2 T e p (t)dt T 1 p I lim pe I

噪声的基本概念噪声的频谱分析1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

9 ◼ 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

噪声的基本概念噪声的频谱分析声强平均频谱密度S-4声强频谱密度函数dI41,s(f)= limdf4f,-0 4f,fs(f)df带宽内的总声强：I=Jf提示：连续谱某确定频率分量上的声强贡献无限小。10

10 ◼ 噪声的基本概念 ❑ 噪声的频谱分析 ◼ 声强平均频谱密度 ◼ 声强频谱密度函数 ◼ 带宽内的总声强： 提示：连续谱某确定频率分量上的声强贡献无限小。 i i i f I S   = ( ) df dI f I S f lim i i f i 0 = = →    ( )  = 2 1 f f I S f df