海洋环境噪声

第1章 绪 论第二讲 声纳参数及声纳方程1.5 声纳及其工作方式声纳（Sonar）：利用水下声信息进行探测、识别、定位、导航和通讯的系统。

分类：主动声纳和被动声纳主动声纳信息流程：发射系统发射携带一定信息的声信号（发射信号），在海水中传播时如遇到障碍物（潜艇、水雷、鱼雷、冰山、暗礁，统称声纳目标），产生回声信号；在某一方向上的回声信号传到接收基阵，并将其转换为电信号，经处理器处理后送到判决器，根据预先确定的原则进行判决，最后显示判决结果。

被动声纳（噪音声纳站）信息流程：被动声纳通过接收被探测目标（声源部分）如鱼雷、潜艇等的辐射噪声，来实现水下目标探测。

1.6 声纳参数主、被动声纳工作信息流程的基本组成：声信号传播介质（海水）、被探测目标和声纳设备。

声纳参数：将影响声纳设备工作的因素称为声纳参数。

1、声源级SL声源级SL 用来描述主动声纳所发射的声信号的强弱（反应发射器辐射声功率大小），定义为：10lg 10==r I ISL 式中，I 为发射器声轴方向上离声源声中心1米处的声强，0I 为参考声强（均方根声压为1微帕的平面波的声强），2180/1067.0m W I -⨯=。

为了提高主动声纳的作用距离，它的发射器做成具有一定的发射指向性，如右图所示。

解释原因：它可以提高辐射信号的强度，相应也提高回声信号强度，增加接收信号的信噪比，从而增加声纳的作用距离。

发射指向性指数DI T ：NDDT I I DI lg 10=式中，D I 为指向性发射器在声轴上测得的声强度；ND I 为无指向性发射器辐射的声强度。

T DT 含义：在相同距离上，指向性发射器声轴上声级高出无指向性发射器辐射声场声级的分贝数；T DT 越大，声能在声轴方向集中的程度越高；就有利于增加声纳的作用距离。

声源级与声功率的关系：假设介质无声吸收，声源为点声源，辐射声功率为P a （W ），距声源声中心1米处声强度为：()214m W P I a r π==则可得无指向性声源辐射声功率与声源级的关系：77.170lg 10+=a P SL 有指向性声源辐射声功率与声源级的关系：Ta DI P SL ++=77.170lg 10常识：船用声纳P a 为几百瓦~几千瓦，T DI 为10~30dB ，SL 约为210~240dB 。

海洋油气钻井设备的噪声与振动控制海洋油气钻井作为一项重要的能源开发活动，不仅为国民经济建设做出了重要贡献，也给环境带来了一定的挑战。

其中，噪声与振动是海洋油气钻井活动中需要重点关注和控制的问题。

本文将从噪声和振动的产生原因、对环境和人体的影响，以及现有的控制手段和技术进行探讨。

噪声是由海洋油气钻井设备的各种运转和作业过程引起的。

首先，钻井设备的机械运转和钻井过程中的冲压声会产生噪声。

其次，船舶活动、钻井平台上的人员作业、钢筋和构件的装卸等都会产生噪声。

这些噪声不仅对海洋生物和水下生态系统造成影响，也对附近海域的渔业资源造成潜在威胁。

振动是由钻井设备的运转和地质钻井等作业产生的。

海洋油气钻井设备的振动主要来自于转动的钻柱和钻头以及压力泵的工作。

这些振动波动会对海底和海洋生物的生态环境造成影响，并有可能引发地震。

噪声和振动不仅对海洋环境产生负面影响，也会对钻井平台上的人员的健康和安全构成威胁。

长时间暴露在高强度的噪声环境中，人体听觉系统以及神经和心血管系统都会受到损害。

而振动则会对人体的内脏器官和血液循环系统产生影响。

为了解决海洋油气钻井设备的噪声和振动问题，目前已经采取了一系列的控制手段和技术。

首先是对钻井设备的结构进行改进。

通过优化设计和改进材料，可以降低噪声和振动的产生。

比如，采用吸音材料和隔振措施可以减少噪声的传播和振动的传导，从而降低对环境和人体的影响。

其次是加强设备的维护和管理。

定期检查和维护钻井设备，确保其正常运行和工作状态，可以减少因设备老化和故障引起的噪声和振动。

此外，科技进步也为噪声和振动控制提供了新的手段。

例如，利用声波的反射和吸收原理，可以设计和安装声屏障和隔音设备，将噪声限制在一定范围内。

同时，采用精确的振动传感器和数据采集技术，可以实时监测和控制振动的强度和频率，保证其不超过环境和人体的安全指标。

尽管已经有了一系列的噪声和振动控制手段和技术，但仍有一些挑战需要面对和解决。

深海中声波传播的特性理论分析深海是地球上最神秘的领域之一，其深邃的海底世界隐藏着许多未知和谜团，吸引了众多科学家的关注。

在深海中，声波传播的特性具有独特的地理和物理属性，对于我们理解地球演化、海洋生物和气候变化等方面具有重要意义。

本文将对深海中声波传播的特性进行理论分析，以期增进对深海世界的认识。

一、深海中的声波传播速度深海中的水体较浅海和陆地的水体密度较高，因此声波的传播速度会有所不同。

根据声学理论，声波在水中的传播速度与水的密度和温度相关。

深海中的水温通常较低，这会导致声波传播速度较慢。

另外，深海中的水压也较大，这会对声波传播速度产生影响。

因此，深海中声波传播速度相对较低，一般在1500米/秒左右。

二、深海中声波传播的远距离特性深海中由于水深较深，声波传播的距离相对较长，远距离传播的特性也有所不同。

首先，深海中声波传播的进程中会发生折射和反射现象。

由于深海中水层之间的密度差异较大，声波会在密度发生变化的地方发生折射，导致传播路径的改变。

同时，声波在海底反射时会产生回音现象，这也会影响声波的传播路径和传播速度。

另外，在深海中声波传播距离较长时，会出现传播损失。

随着传播距离的增加，声波会在传播过程中逐渐衰减，这与水分子的吸收和散射有关。

深海中的水分子和悬浮物具有吸收声波能量的特性，这会导致声波传播过程中产生能量损失。

因此，深海中的声波传播距离相对有限，大约在几百公里左右。

三、深海中声波传播与生物响应深海中的生物环境特殊，声波传播对于深海生物的生存和繁殖具有重要影响。

深海中的生物往往依赖声波进行定位、交流和繁殖。

例如，许多鲸类通过发出低频声波进行通信，这种声波可以在深海中传播数百甚至上千公里，从而使它们能够在广阔的深海空间中进行相互交流。

然而，深海中的声波传播也可能对生物产生干扰和伤害。

一些人类活动，如海洋资源勘探、船只运输和军事活动等，会产生噪声，这种噪声可能会对深海生物的交流和生存造成不利影响。

【潜艇作战的地位】一个多世纪以来 ,潜艇以独有的隐蔽性、灵巧性和续航力成为海军作战的核心力量 ,是用于探测、追踪和与敌水面舰艇、潜艇进行开战的重要武器 ,是增援海上阻击和海上控制作战的主要力量。

潜艇的主要特色是拥有优秀的隐蔽性、较大的自给力、续航力和较强的突击能力。

攻击核潜艇以鱼雷、水雷、反舰导弹、反潜导弹、陆攻导弹为武器 , 履行反潜、反舰、海上封闭和对地等作战任务 ,并在 /兵力投送、发射巡航导弹打击海岸或远程内地设备任务中 ,饰演重要角色。

潜艇在凑近海岸线的海疆可作为情报传输、监督和侦探平台,及时供给相关仇敌的军力、部署、基本设备及仇敌的企图等方面的情报。

装备高频舰载或舷侧扫描声呐以及遥控水雷探测设备 (无人潜行器UUV) 的潜艇 ,最合适进行隐蔽的反叛雷作战。

潜艇还向来用于奥密投放和撤回特种队伍。

在将来海战中 ,我国潜艇可在广阔洋域内灵巧部署、宽泛灵巧 ,遂行多种作战任务。

潜艇战在将来高技术战争中的地位将愈来愈重要。

【水下环境的重要性】在高技术条件下 ,现代海战渐渐成为波及太空、空中、海面、水下和海底 /五层 0 三维空间的立体战争。

作为战场空间的大海环境 ,与敌我两方的军事训练、作战抗衡、装备的适应性以致作战保障、后勤保障等均拥有十分密切的关系 ,海上军事装备系统所形成的各样海上作战能力均会遇到复杂大海环境的影响。

从海上作战角度看 ,掌握战场大海环境与掌握敌神态势同样重要 ,是在作战准备和抗衡行动中获得主动权所不行或缺的条件。

战争状态水下战场态势及时评估或战场仿真都是为了发挥武器平台及武器装备在特定大海环境中的作战效能。

当潜艇处于近水面航行状态时 ,海面气象水文条件将会对潜艇正常巡航和作业产生影响 ;当潜艇碰到大海内波时 ,会产生严重的振动和颠簸变得难以操控和控制。

海水密度跃变层形成的液体海底和液体断崖效应 , 对潜艇的上调下潜操作产生很大影响 ;潜艇能够借助温跃层和复杂海底地形隐蔽自己 ;声呐探测设备是潜艇的耳目 ,它是潜艇在水媒质环境中利用声波作为信息载体对水中目标进行探测、定位、辨别、追踪以及实现水下导航和通讯、水声抗衡等的主要设备。

1490年至第一次世界大战前克认为是声呐技术的漫长探索阶段.1914至1918年的第一次世界大战是声呐发展的第二阶段.第一次世界大战后至第二次世界大战前是声纳技术稳定而持续发展的时期.第二次世界大战的爆发,使声呐技术迅速发展到新的阶段.第二次世界大战结束至今的60多年,随着科学技术的进步,声纳技术也得到了突飞猛进的发展.按工作性质（战斗任务）分类，可分为通信声呐、探测声呐、水下制导声呐、水声对抗系统等所谓战术指标，是反映和表征战术性能的那些参数，例如作用距离、方位角测量范围及精度、定位精度、分辨率、搜索速度、跟踪距离、环境条件以及盲区等。

技术指标是为确保战术指标的实现，系统应具有的技术参数，例如发射功率、脉冲重复频率、工作频率、接收灵敏度、脉冲宽度等。

盲区是在声呐作用距离之内，由于受到某些条件的限制而无法探测到目标的区域。

一般用图形或角度、距离范围表示。

盲区从形成的原因上可分为物理盲区、几何盲区、尾部盲区、脉冲宽度盲区和混响盲区等。

For personal use only in study and research; not for commercial use几何盲区是由于换能器的倾角或波束开角的限制而造成的尾部盲区是由舰艇尾流造成的盲区。

因舰艇尾部螺旋桨噪声较强，舰艇尾部构成一个强散射区，以致声呐很难收到从这一方向来的信号。

尾部盲区大约在舰艇后首部尾线范围内。

物理盲区是由声线弯曲造成的盲区。

射线声学告诉我们，由于声速在垂直方向有梯度，造成声线弯曲，形成某些声阴影区，如果目标处在阴影区内，声呐将探测不到。

For personal use only in study and research; not for commercial use 声呐在发射脉冲信号时，因信号极强，接收机往往处在关闭状态，而且出于技术考虑，关闭时间还要大于脉冲持续时间。

分辨率表示声呐系统对空间的两个相邻目标的分辨能力。

（以下内容来自老师给的ppt）第1章-声纳及声纳方程1、声源级SL 描述主动声纳所发射声信号的强弱：I是发射器声轴方向上离声源中心1m处的声强2、发射指向性指数DIT理解:3、传播损失TL 定量描述声波传播一定距离后声强度的衰减变化：4、目标强度TS 定量描述目标反射本领的大小：5、海洋环境噪声级NL 是度量环境噪声强弱的量：注意：IN是测量带宽内或1Hz频带内的噪声强度。

6、等效平面波混响级RL 定量描述混响干扰的强弱。

7、接收指向性指数DIR 接收系统抑制背景噪声的能力。

8、检测阈DT 设备刚好能正常工作所需的处理器输入端的信噪比值(SNR)。

9、主动声纳方程（噪声背景）：（SL-2TL+TS）-（NL-DI）＝DT主动声纳方程（混响背景）：（SL-2TL+TS）-RL＝DT被动声纳方程（SL-TL）-（NL-DI）＝DT10、回声信号级：SL-2TL+TS加到主动声纳接收换能器上的回声信号的声级噪声掩蔽级：NL-DI+DT工作在噪声干扰中的声纳设备正常工作所需的最低信号级混响掩蔽级：RL+DT工作在混响干扰中的声纳设备正常工作所需的最低信号级回声余量：SL-2TL+TS-（NL-DI+DT）主动声纳回声级超过噪声掩蔽级的数量优质因数：SL-（NL-DI+DT）对于被动声纳，该量规定最大允许单程传播损失；对于主动声纳，当TS=0时，该量规定了最大允许双程传播损失品质因数：SL-（NL-DI）声纳接收换能器测得的声源级与噪声级之差思考题：1．什么是声纳？声纳可以完成哪些任务？答:利用水下声信息进行探测、识别、定位、导航和通讯的系统 ;按照工作方式分类：主动声纳和被动声纳2．主被、动声纳的信息流程有何不同？3．发射指向性指数物理含义是什么？答:1. 在相同距离上，指向性发射器声轴上声级高出无指向性发射器辐射声场声级的分贝数；2. DIT越大，声能在声轴方向集中的程度越高；就有利于增加声纳的作用距离。

海上风力发电机与水下声学环境的影响分析随着人们对可再生能源的需求不断增加，海上风力发电机作为清洁能源的重要来源之一，正逐渐受到广泛关注。

然而，海上风力发电机建设和运营过程中所产生的噪声对水下生物环境产生了潜在的影响。

本文将从海上风力发电机的建设与运营中产生的噪声入手，分析海上风力发电机对水下声学环境的影响。

海上风力发电机具有环保、可持续等特点，已经成为全球范围内发展风电能源的重要方式之一。

然而，随着风力发电机规模的不断扩大，噪声问题逐渐浮出水面。

据研究数据显示，海上风力发电机在建设与运营过程中所产生的噪声主要可分为两个部分：机械噪声与水动力噪声。

机械噪声是指风力发电机内部机械设备（如发电机、齿轮箱等）运转过程中产生的噪声。

这些设备工作时会产生机械振动，导致风力发电机整体产生噪音。

根据研究数据，机械噪声主要为低频噪声，频率集中在20Hz以下。

然而，这种低频噪声在水下传播具有较好的传播特性，能够传播较长距离。

因此，海上风力发电机产生的机械噪声可能会对水下生物产生一定的影响。

另一方面，海上风力发电机在运转过程中还会产生水动力噪声，这是因为旋转的风力叶片与海水相互作用产生的噪声。

水动力噪声主要为高频噪声，频率集中在1000Hz以上。

然而，高频噪声在水中的传播受到吸收、散射等因素的影响，传播距离较短。

因此，水动力噪声对远离海上风力发电机的水下生物影响较小。

海上风力发电机产生的噪声对水下生物环境可能产生多方面的影响。

首先，噪声对鱼类和海洋哺乳动物的通信和导航能力造成干扰。

水下生物通过声音进行通信、导航和觅食等行为，而噪声的存在可能干扰它们正常的生活活动。

其次，噪声的存在可能引起一些水生动物的逃避反应，使它们远离风力发电机周围的海域，影响其栖息地。

此外，长期的噪声暴露可能对水生动物的听觉系统产生损害，导致听觉功能下降。

为了降低海上风力发电机对水下声学环境的影响，目前已经采取了一些措施。

一方面，改进机械设备的设计和制造工艺，减少机械噪声的产生。