Общая гидроакустика - Рожин Ф.В.
Скачать (прямая ссылка):
Если процессы независимы, то их взаимная корреляция постоянна и ревна произведению их средних значений. В частном случае, если постоянная составляющая одного из процессов \ средние значения) ~р =0, то и =0. Однако если корреляция отсутствует, это не означает отсутствия связей между исследуемыми процессами.
Подобным же образом вводится понятие коэффициенте взаимной корреляции для эргодических процессов
Пространственно-временная корреляция дается выражением
fcte JUw- v pc+.opc-t+f^)^ •
J 7 Т^<* Jt ^
где г - радиус-вектор, соединяющий точки приема, при V «0 переходим к выражению для автокорреляционной функции. Очевидно, для коэффициента взаимной пространственно-временной корреляции
/,(су?)= 6{т,?)/в(о). ищ>и1>о,?=о /(со)=!.
- 132 -
Шумы океана обладают анизотропией, поэтому шуш характеризуются диаграммой направленности T(O , где 6 и У утлы азимута и места. Этой функцией описывается угловое распределение плотности потока энергии шума. Определяется данная характеристика с помощью остронаправленных антенных систем, либо корреляционным способом.
Рассматривая динамические шумы океана, можно заметить, что основные источники этих шумов расположены вблизи поверхности, s вследствие множества отражений шуш принимаются во всех пространственных углах как суперпозиция множества источников, распределенных по поверхности значительного района океана. Границы этого района определяются как условиями распространения (рефракция), так и затуханием. Все это может приводить к анизотропии динамических шумов. Не останавливаясь на влиянии рефракции и затухания [з] , обратимся к поверхностному шуму, который определяется состоянием водной поверхности и имеет направленность вниз. в большинстве теоретических моделей диаграмма поверхностного шума описывается функцией вида
где TOV I, Ф - 7гол с нормалью к поверхности, *30 -интенсивность шума при 0 =0.
Шуш судоходства (технические шумы) также обладают направленностью как в азимутальном, так и в вертикальном направлении. Так для дальнего судоходства характерна узкая утловая направленность относительно горизонта, а азимутальная определяется как местом расположения приемников, так и интенсивностью различных удаленных судоходных трасс.
Рассмотрим данные о реально существующих шумовых подах в океане, полученные в результате обобщения большого числа экспериментальных исследований.
На рис.ХШ.1 представлена сводка большого числа исследований спектрально-энергетических характеристик шуш. Данные приведены в логарифмическом масштабе. По оси ординат отложены значения звукового давления шума, приведенные к полосе в один Гц (I бар/ Гц1/2-0,1 Па/^ц1/2 ) в децибеллах относительно стандартного уровня 2•1O*"4 бар/Гц1/2.
В целом характерен спад уровня шумов с ростом частоты. Общий динамический диапазон в полосе частот I Гц * 100 кГц составляет 120-130 дБ, а на каждой заданной частоте динамический
- 133 -
диапазон изменяется в зависимости от условий в пределах 40-60 дБ.
На рис.XIIЛ представлены все виды шумов по принятой нами классификации и, кроме того, спектр тепловых, шумов (13), который преобладает на частотах свыше 50 кГц и растет по закону б дБ/октава. Эти шумы имеют молекулярное происхождение, и расчет их спектральных уровней как тепловых шумов может быть произведен по аналогий с электрическим, флюктуационным шумом по формуле Найквиста. Для точечного приемника получено выражение, позволяющее расчитывать среднее квадратичное значение эквивалентного звукового давления
где С «скорость звука в воде (см/с), к = 1,38«10~1Ьэрг/град - постоянная Больцмана, - плотность воды (г/см3), T - абсолютная температура (град К ). На рис.ХШ.2 представлен расчет по Формуле (13.I) и точками нанесены экспериментальные данные для тепловых шумов. Полученные на опыте данные отличались от рос.JTHbLX не более, чем на 4$.
Удобное для практических целей выражение уровня тепловых шумов в дБ относительно 2» КГ4 бар/Гц1'2 на частоте 4 (Гц) для диапазона температур О - 300C имеет вид
Рассмотрим более подробно рис.ХШ.1. Здесь представлены максимальные и минимальные уровни динамических шумов (1,2), показаны уровни шумов по Кнудсену (3) при абсолютном штиле и их зависимость от балльности ветра (1-8 в кружках). Указана область шумов судоходства (область С - для Северной Атлантики). Для районов, удаленных от оживленных трасс, уровень шумов может оказаться значительно ниже обозначенного областью С . Измерения же волизи каравана судов дают средние спектры, обозначенные кривой 9, Kpimue 4 и 5 - спектры подледного шума.
Ответим крутое спадание шума, на низких частотах 8-Ю дБ/ октану. Особое внимание следует обратить на уровни псевдозвука (7,2 - скорость течения 2 м/с; 7,10 - скорость течения IO м/с), ^•с^ва-мие пульсаїшями давления при обтекании гидрофона. Поэто-
отнесешюе к полосе в I Гц
(ІЗ.І)
(13.2)
- 134 -
P де
му для получения истинных значений шумов на инфразвуке необходимо ослаблять влияние шумов обтекания, в частности, путем применения защитных обтекателей.
