文/海洋声学专业 单元春

海洋环境噪声垂直指向性是海洋背景声场的典型空间特性之一，它既可以体现噪声源的空间分布特性与波导对声传播的影响，还可用来反演海洋波导环境参数。通过分析某次海洋环境噪声实验数据发现，当水听器垂直接收阵位于远离航道海域时，低频海洋环境噪声垂直指向性图案的主瓣集中在-30°至30°的范围内。结合航船分布情况分析，认为接收阵距离航道较远时，航道内航船引起的低频海洋环境噪声接近水平方向入射垂直接收阵，为阵列水声信号处理提供技术支持。

图1实验期间实验海域航船轨迹

图1为实验期间的航船分布情况，其中A点为接收位置，接收阵为阵元间距为20m的32元垂直阵。蓝、红、绿线分别为基于AIS数据画出的实验的第1、2、3天大型航船在实验海域的航行轨迹，可以看出，航船较为密集的区域基本位于半径跨度140km-270km范围内的两个扇环之间。

图2实验期间某时段的低频海洋环境噪声垂直指向性

图2为实验期间某时段不同频率的海洋环境噪声垂直指向性图，其中0°对应水平方向，负角度对应海面方向。可以看出，垂直指向性图案的主瓣在-30°至30°范围内，且在0°附近不存在凹槽，说明当低频海洋环境噪声的主要贡献源为大型航船时，在远离航道区域，低频海洋环境噪声以接近水平方向入射垂直接收阵。

一般认为，只有当接收阵的相邻阵元间距d与单频噪声的波长λ之间的比值不超过1/2，即时，均匀线阵接收到的来自任意方向的信号形成的垂直指向性图案在-90°至90°的角度范围内才不会出现影响主瓣的副极大峰，而尽管本次实验所用垂直阵的阵元间隔为20m，对50Hz频率的噪声来说并不满足上述条件，但如图2所示实验获得的50Hz海洋环境噪声垂直指向性图案中并未出现副极大峰。令，计算信号来自不同方向时均匀线阵的垂直指向性(如图3所示)。