：本发明属于水声工程，具体涉及一种用于分析噪声场互谱密度变化的海面起伏敏感核计算方法。
背景技术
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背景技术：
1、海洋环境噪声作为海洋声信道的干扰，会影响声纳系统的检测性能，通过对环境噪声空间特性的研究实现声纳基阵的设计，可以提高声纳系统的检测性能，这是海洋环境噪声研究的传统内容。近年来，鉴于海洋环境噪声作为海洋声学研究的一种永恒声场，势必会携带海洋环境的信息，水中声速剖面，海底海面边界信息等。因此一些基于海洋环境噪声空间特性获取海底声学参数、提取声场格林函数、被动回音测深等技术渐渐得到学者们的关注，此时海洋环境噪声不再是无用的干扰信号，而是作为携带海洋环境信息的有用信号，因此海洋环境噪声研究对海洋环境的感知具有重要意义。
2、海洋环境噪声的研究，受益于声纳基阵的设计需求，最早始于其空间相干特性的研究，也可称为噪声场互谱密度函数的研究。cron和sherman基于射线模型，将深海看作均匀的半无限空间，建立了一个深海环境噪声模型，给出了表面噪声场水平和垂直相关系数的预测方法。chapman在cron和sherman研究的基础上，考虑海底反射的影响，导出了以俯仰角为变量的噪声强度和噪声垂直相关函数。kuperman与ingenito假设噪声源随机连续分布在近海面的无限大平面上，基于波动理论研究噪声的传播问题，计及了近场连续谱和远场离散谱的贡献，成功预测了水平分层海洋环境的噪声相关函数。此外，针对距离相关波导环境下的海洋环境噪声场，carey利用抛物方程方法处理噪声的传播，预测了该条件下噪声场垂直方向空间特性。
3、harrison基于射线理论，通过限定到达接收器的声线的角度，追踪连接海面和接收器的声线，解决了给定海面与海底反射系数以及水体声速与衰减条件下噪声场空间特性预报这一问题。此模型最适合于高频噪声场的预报，在一定程度上弥补了简正波方法和抛物方程方法的局限。基于该理论的canary软件可用于噪声场强度分布、垂直相关特性与垂直指向性的快速预报。
4、可见学者们通过不同的声场建模方法研究了不同环境下的噪声场空间特性，这些空间特性可以用来获知环境信息。harrison和simons提出通过比较海洋环境噪声海底方向来的波束能量与海面方向来的波束能量来估计海底反射损失。arnaud等人利用海洋环境噪声的空间相关函数提取声场的时域格林函数，martin siderius，harrison等人进一步提出了基于背景噪声场的被动回音测深技术。从相关研究可见海洋环境噪声的空间特性明显携带了海底的信息，可用于海底参数的反演问题。另一方面，对真实的海洋水体，由于海面风浪的存在，海面边界往往是起伏变化的，海面边界的变化对声传播有重要影响，也势必会体现在噪声场的空间特性中。
5、面对海面边界起伏情况下的环境噪声场分析问题，以上分析方法需要基于海面起伏的海洋环境参数预测声场的格林函数，进而预测环境噪声场的互谱密度函数，计算量大。
技术实现思路
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技术实现要素：
1、本发明所要解决的技术问题是，提供一种用于分析噪声场互谱密度变化的海面起伏敏感核计算方法，该方法相较于传统方法，所提方法只需计算一次声场格林函数，计算量得以降低，具有显著的工程实现价值。
2、本发明的技术解决方案是，提供一种用于分析噪声场互谱密度变化的海面起伏敏感核计算方法，包括以下步骤，
3、步骤1，计算给定噪声场模型下，海面噪声源至接收器的声场格林函数；
4、步骤2，计算海面边界无扰动下的表面噪声场互谱密度函数；
5、步骤3，计算海面边界扰动下的格林函数；
6、步骤4，计算海面边界扰动下的表面噪声场互谱密度敏感核。
7、作为优选，步骤1的具体操作如下，
8、对海面风浪破碎及降雨产生的水下噪声，可认为强度为s(rs)的单极子噪声源均匀分布在深度为zs的无限大水平面上，rs表示噪声源所在平面上的矢径，海水的密度和声速分别用ρ1和c1表示，半无限海底的密度和声速分别用ρ2和c2表示；利用kraken模型计算海面噪声源(rs，zs)至接收点(r，z)的格林函数g0(r，rs；z，zs)。
9、作为优选，步骤2的具体操作如下,
10、根据下式计算得到声速无扰动下的接收器1(r1,z1)和接收器2(r2,z2)接收噪声场的互谱密度函数c(r1,z1；r2,z2)，
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12、其中q为表征噪声源强度的常数，k表示声传播的波数。
13、作为优选，步骤3的具体操作如下,
14、born近似指出海面边界r′处的小扰动δh将引起声场格林函数的小扰动δg，有扰动后的格林函数g用g0+δg计算如下：
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16、式中算子表示延海面法线方向的梯度。
17、作为优选，步骤4的具体操作如下，
18、按如下公式计算表面噪声场互谱密度敏感核kh(r′)，
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20、kh(r′)给出了表面噪声场互谱密度函数对海面边界r′处扰动敏感性的量化表述。
21、作为优选，当z＝z1＝z2，r＝r1＝r2时，表面噪声场互谱密度敏感核便退化为点(r，z)处噪声强度敏感核。
22、与现有技术相比，本发明具有以下优点：
23、本发明提出一种用于分析噪声场互谱密度变化的海面起伏敏感核计算方法，利用基于born近似下的海面边界小扰动导致的格林函数小扰动这一变化关系，推导了表面噪声场互谱密度函数对任意海面边界扰动敏感性的积分关系式，进而计算得到海面起伏敏感核。基于仿真得到的海面起伏敏感核对表面噪声场互谱密度变化规律进行了分析，验证了本方法的可行性，相较于传统方法，所提方法只需计算一次声场格林函数，计算量得以降低，具有显著的工程实现价值。
1.一种用于分析噪声场互谱密度变化的海面起伏敏感核计算方法，其特征在于：包括以下步骤，
2.根据权利要求1所述的用于分析噪声场互谱密度变化的海面起伏敏感核计算方法，其特征在于：步骤1的具体操作如下，
3.根据权利要求1所述的用于分析噪声场互谱密度变化的海面起伏敏感核计算方法，其特征在于：步骤2的具体操作如下,
4.根据权利要求1所述的用于分析噪声场互谱密度变化的海面起伏敏感核计算方法，其特征在于：步骤3的具体操作如下,
5.根据权利要求1所述的用于分析噪声场互谱密度变化的海面起伏敏感核计算方法，其特征在于：步骤4的具体操作如下，
6.根据权利要求5所述的用于分析噪声场互谱密度变化的海面起伏敏感核计算方法，其特征在于：当z＝z1＝z2，r＝r1＝r2时，表面噪声场互谱密度敏感核便退化为点(r,z)处噪声强度敏感核。
