Page 51 - 《应用声学》2020年第4期

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
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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