本發(fā)明屬于海洋工程，特別涉及一種深海全海深海洋環(huán)境噪聲頻譜快速預報方法及裝置。

背景技術：

1、海洋環(huán)境噪聲是海洋中持續(xù)存在的背景聲場，作為聲納探測的背景干擾，是聲納設計使用不可或缺的重要基礎數(shù)據(jù)。同時，海洋環(huán)境噪聲也可作為艦船隱蔽出航的天然掩體，準確海洋環(huán)境噪聲預報結果可為航路規(guī)劃提供重要參考。

2、隨著低噪聲潛艇的出現(xiàn)和各種減振降噪技術的進一步發(fā)展，目標輻射噪聲級往往接近甚至低于周圍的海洋環(huán)境噪聲級，迫切需要了解各敏感海域的海洋環(huán)境噪聲時空頻特性及精細結構以提高我方目標探測信號的信噪比。通常借助理論模型，根據(jù)目標海域的噪聲源和波導環(huán)境特性，選擇合適海洋環(huán)境噪聲源模型和聲傳播模型，構建典型海域海洋環(huán)境噪聲理論模型進行預報。但是，受限于時空非均勻分布的寬帶多類型噪聲源和復雜多變的海洋波導環(huán)境，海洋環(huán)境噪聲理論預報精度難以保障。

3、深海環(huán)境尤為如此，某些海域海底地形異常復雜：陸坡可以將近海航船噪聲送至深海聲道，使其實現(xiàn)遠程傳輸；同時海山的“遮擋效應”可能導致深海環(huán)境噪聲呈現(xiàn)顯著水平各向異性特點。波導的差異導致深海環(huán)境噪聲獨具特色，寬帶海洋環(huán)境噪聲理論預報難度大。

4、因此，如何提供一種深海全海深海洋環(huán)境噪聲頻譜快速預報方法及裝置，能夠利用海洋環(huán)境噪聲實測數(shù)據(jù)與接收深度之間的統(tǒng)計關系，獲取了不同海域不同頻段海洋環(huán)境噪聲級于深度的分布關系，實現(xiàn)了全海深海洋環(huán)境噪聲快速預報，已經(jīng)成為一個亟待解決的技術問題。

技術實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明實施例提供一種深海全海深海洋環(huán)境噪聲頻譜快速預報方法及裝置，能夠利用海洋環(huán)境噪聲實測數(shù)據(jù)與接收深度之間的統(tǒng)計關系，獲取了不同海域不同頻段海洋環(huán)境噪聲級于深度的分布關系，實現(xiàn)了全海深海洋環(huán)境噪聲快速預報。

2、本發(fā)明的一個實施例中，提供一種深海全海深海洋環(huán)境噪聲頻譜的快速預報方法，包括：

3、s101、確定航船輻射噪聲的聲源級sln，每艘航船到達接收點位置處的聲傳播損失tln，計算每艘航船在接收點位置處的噪聲級nln：

4、nln＝sln-tln

5、其中，n表示同一時刻存在的第n艘船；

6、s102、基于計算得到單位時間，對所有航船在所述接收點位置的噪聲級疊加，得到與每艘航船的航速和位置有關的航船密度簡化表征nlsy：

7、

8、其中，snln＝nln-10lg(rn)-10lg(n)，rn表示第n艘船距離接收點的位置，n為該時刻區(qū)域內(nèi)的航船數(shù)量；

9、s103、基于所述航船密度簡化表征nlsy，得到航船的輻射噪聲譜級為：

10、snl＝a·((f-50)/500)2+b·((f-50)/500)+c·nlsy

11、其中，f是頻率，a、b、c是二次項擬合系數(shù)，分別由實測數(shù)據(jù)確定；

12、不同風速ui下的風關海洋環(huán)境噪聲譜級為：

13、nl(ui,f)＝nl(u0,f)+20n(f)(log10(ui)-log10(u0))

14、其中，

15、20n(f)＝-a×[lg(f)-lg(b)]2+c

16、

17、其中，u0為參考風速，單位m/s；d、e、f、g是二次項擬合系數(shù)，由實測數(shù)據(jù)確定；

18、s104、計算深海全海海洋環(huán)境的總噪聲級nls，得到與航船密度簡化表征參數(shù)有關的航船噪聲預報模型：

19、

20、進一步地，確定航船輻射噪聲的聲源級sln，包括：

21、航船的船長小于150米時

22、sl＝sl0-35.68+45.04×lg(v)

23、

24、航船的船長150米-250米時

25、sl＝sl0-60.43+59.65×lg(v)

26、

27、航船的船長大于250米時

28、sl＝sl0-44.4+46.4×lg(v)

29、

30、其中，sl為航船的輻射噪聲的聲源級，sl0為航船輻射噪聲的初始聲源級，v為航船航速，f為頻率。

31、進一步地，對于冬季深海噪聲級深度分布曲線，按照頻率和深度進行分段擬合，得到的擬合公式，包括：

32、當頻率為20hz～200hz時：

33、

34、當頻率為200hz～10khz時：

35、

36、其中，d為深度，c1、c2、c3和c4為常數(shù)，分別由預測結果、實測結果或通過某深度已知的噪聲級計算得到。

37、進一步地，所述方法，包括：

38、在低頻段，將深度分布曲線在深度維度上分為5段，分別是0～105米、105米～260米、260米～2700米、2700～4400米、4400米～5000米，每段深度均進行1次項或2次項擬合，得到與每個頻率的噪聲級深度分布曲線相似度最高的擬合曲線；

39、在高頻段，將深度分布曲線在深度維度上分為4段，分別是0～105米、105米～260米、260米～4400米、4400米～5000米，每段深度均進行1次項或2次項擬合最終得到與每個頻率的噪聲級深度分布曲線相似度最高的擬合曲線。

40、進一步地，對于夏季深海環(huán)境噪聲譜級與深度的變化關系，采用實測數(shù)據(jù)，按照頻率和深度進行分段擬合，得到的擬合公式，包括：

41、當頻率為80hz～500hz時：

42、

43、當頻率為500hz～10khz時：

44、

45、其中，d為深度，c1、c2、c3和c4為常數(shù)，分別由預測結果、實測結果或通過某深度已知的噪聲級計算得到。

46、進一步地，所述方法，包括：

47、對于高頻段的噪聲級深度分布曲線，在深度上可以分為三段，即第一部分為0～240米，第二部分為240米～3661米，第三部分為3661米～4098米，0～240米采用一次項擬合，240米～3661米采用二次擬合，3661米～4098米采用一次項擬合；

48、對于低頻段深度分布曲線，在深度上可以分為三段，即第一部分為0～240米，第二部分為240米～3661米，第三部分為3661米～4098米，0～240米采用一次項擬合，240米～3661米采用二次擬合，3661米～4098米采用一次項擬合。

49、本發(fā)明的又一個實施例中，提供一種深海全海深海洋環(huán)境噪聲頻譜的快速預報裝置，基于以上任一項所述的一種深海全海深海洋環(huán)境噪聲頻譜的快速預報方法，所述裝置，包括：噪聲級計算模塊、航船密度簡化表征模塊、航船輻射噪聲譜級計算模塊和航船噪聲預報模型處理模塊；

50、所述噪聲級計算模塊，用于確定航船輻射噪聲的聲源級sln，每艘航船到達接收點位置處的聲傳播損失tln，計算每艘航船在接收點位置處的噪聲級nln：

51、nln＝sln-tln

52、其中，n表示同一時刻存在的第n艘船；

53、所述航船密度簡化表征模塊，基于計算得到單位時間，對所有航船在所述接收點位置的噪聲級疊加，得到與每艘航船的航速和位置有關的航船密度簡化表征nlsy：

54、

55、其中，snln＝nln-10lg(rn)-10lg(n)，rn表示第n艘船距離接收點的位置，n為該時刻區(qū)域內(nèi)的航船數(shù)量；

56、所述航船輻射噪聲譜級計算模塊，基于所述航船密度簡化表征nlsy，得到航船的輻射噪聲譜級為：

57、snl＝a·((f-50)/500)2+b·((f-50)/500)+c·nlsy

58、其中，f是頻率，a、b、c是二次項擬合系數(shù)，分別由實測數(shù)據(jù)確定；

59、不同風速ui下的風關海洋環(huán)境噪聲譜級為：

60、nl(ui,f)＝nl(u0,f)+20n(f)(log10(ui)-log10(u0))

61、其中，

62、20n(f)＝-a×[lg(f)-lg(b)]2+c

63、

64、其中，u0為參考風速，單位m/s；d、e、f、g是二次項擬合系數(shù)，由實測數(shù)據(jù)確定；

65、所述航船噪聲預報模型處理模塊，用于計算深海全海海洋環(huán)境的總噪聲級nls，得到與航船密度簡化表征參數(shù)有關的航船噪聲預報模型：

66、

67、本發(fā)明所帶來的有益效果如下：

68、從上述方案可以看出，本發(fā)明實施例提供一種深海全海深海洋環(huán)境噪聲頻譜快速預報方法及裝置，通過確定航船輻射噪聲的聲源級sln，每艘航船到達接收點位置處的聲傳播損失tln，計算每艘航船在接收點位置處的噪聲級nln；基于計算得到單位時間，對所有航船在所述接收點位置的噪聲級疊加，得到與每艘航船的航速和位置有關的航船密度簡化表征nlsy；基于所述航船密度簡化表征nlsy，得到航船的輻射噪聲譜級，計算不同風速ui下的風關海洋環(huán)境噪聲譜級；計算深海全海海洋環(huán)境的總噪聲級nls，得到與航船密度簡化表征參數(shù)有關的航船噪聲預報模型。本發(fā)明技術方案，能夠利用海洋環(huán)境噪聲實測數(shù)據(jù)與接收深度之間的統(tǒng)計關系，獲取了不同海域不同頻段海洋環(huán)境噪聲級于深度的分布關系，實現(xiàn)了全海深海洋環(huán)境噪聲快速預報。