Page 51 - 《应用声学》2020年第4期
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第 39 卷 第 4 期             韩梅等: 水下声学浮标南中国海海洋环境噪声实测分析                                          537


                                                               制其工作策略。图 2 实线给出了水下声学浮标声学
             0 引言
                                                               测量系统声压通道 (本文所处理数据为声学系统声
                                                               压通道采集) 自噪声谱级,为了比较,图中同时给出
                 海洋环境噪声是海洋中普遍存在的固有声场,
                                                               了 Knudsen 曲线在海况 0 级 (SS0)、1 级 (SS1)、3 级
             其是影响声呐系统探测和定位的重要参数,也是影
                                                               (SS0) 和 6 级 (SS6) 条件下的海洋环境噪声谱级,由
             响潜艇隐蔽性的重要因素            [1] 。海洋环境噪声的组成
                                                               图 2 可以看出,水下声学浮标声学测量系统在整个
             十分复杂,其中 50 ∼ 500 Hz 频率范围内航船噪声
                                                               频率范围内自噪声谱级均小于 0级海况海洋环境噪
             为主要噪声源,而在 100 Hz 以上的高频段海洋环
                                                               声,因此声学系统采集数据可有效评估海洋环境噪
             境噪声则与海面风速具有很好的相关性,由于潮汐
                                                               声特性    [23] 。图 3 给出了 “G-Argo” 水下声学浮标海
             或波浪运动造成的静压力则会产生极低频的海洋
                                                               洋环境噪声监测流程图,水下声学浮标可多次上浮、
             环境噪声。为了提高水声设备水中目标探测性能,
                                                               下潜,具备原位坐底和定深漂流两种工作模式,其
             加强海洋环境噪声观测成为了一个重要课题,值
                                                               海上连续工作时长则与海洋环境噪声采样策略和
             得关注的是,迄今我国对开阔大洋区的海洋环境噪
                                                               自动上浮通信周期有关,一般能够实现海上连续观
             声认识还很不足,一定程度上制约了声呐装备的发
                                                               测时长多达几个月。2019年 8 月在南中国海某海区
             展  [2−3] 。关于海洋环境噪声特性的研究已有大量文
             献报道   [4−23] ,这些测量结果基本都是基于传统海洋
             环境观测手段获得,而无法充分了解海洋环境噪声                                                         Ӓ஧ܹጳ
             时空域特性。海洋环境噪声时空域特性是非常复杂                                                         ᅺ᧚ඵզ٨
             的,其在不同时间、不同深度、不同海域的海洋环境
             噪声都存在巨大差异,因此需要对海洋环境噪声进                                                         ඵܦηՂ
             行长时间和大范围的观测才足以分析其特性。                                         2154 mm           ܫေ఻
                 多剖面浮标作为一种水下漂流移动观测平台,                                                       ๏ಖܧʹ
             其通过改变自身浮力可多次实现上浮和下潜运动,
             具有在位时间长、噪声水平低、隐蔽性能高、成本低、
             易操作等优点,且其平台技术相对成熟,已经被广泛
                                                                                            ๏ಖअऐ
             应用于全球海洋环境监测领域。与潜标、岸基声呐
             和水声测量船等传统观测手段相比,浮标在海洋环                                           264 mm
             境噪声观测方面的应用具有明显优势,且浮标平台
                                                                   图 1  搭载声学测量系统的水下声学浮标示意图
             只有在水面下潜阶段和水下准备上浮阶段油泵电
                                                                  Fig. 1 Underwater acoustic buoy integrated with
             机工作时才会产生短暂的平台噪声,因此可在浮标                               acoustic measuring system
             平台上集成声学测量系统,以实现长时和广域的海
             洋环境噪声观测。                                                100
                                                                     90
                                                                              SS6
                                                                              SS3
             1 数据来源与试验说明                                             80
                                                                              SS1
                                                                     70
                                                                    ៨ጟ/dB      SS0
             1.1 水下声学浮标                                              60
                 本文通过在现有中船 710 所 “HM2000” 多剖面                        50
             浮标平台基础上集成声学测量系统,研制出了一种                                  40
             具有海洋环境噪声监测能力的 “G-Argo” 水下声学                             30
             浮标平台,结构示意图如图 1 所示,主要由北斗天                                20 20      100          1000     4000
             线、矢量水听器、水声信号处理机、浮标主体和浮                                                   ᮠဋ/Hz
             标底座组成,其中水声信号处理机主要完成矢量水                                       图 2  声学系统自噪声测试曲线
             听器接收信号的采集、存储和处理,由浮标主体控                               Fig. 2 Self-noise test curves of acoustic system
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