水下噪声监测要求

　　
　　本标准规定了测量水下噪声的条件和方法，以使所获得的测量数据结果能够对照和比较。

　　本标准适用于大洋深海、陆架浅海、港口和海湾等处所的水下噪声测量。

　　注：内河、湖泊等的水下噪声测量也可参考本标准。

　　本标准的适用频率范围：20 Hz~20 kHz。

　　本标准规定的测量结果可以为声纳系统设计、水声装备作用距离分析和预估、舰艇水下辐射噪声测量的背景修正等的分析提供数据；水下噪声测量作为海洋声学遥感方法，可以用于估计有关环境参数，如风速、波浪、地震、海啸等；监测水下生物噪声以及人为噪声来源；还可以用于研究水下噪声产生、传播的物理机制及其统计特性。

　　测量设备

　　概论

　　测量设备应能获得本标准所规定的测量的量。保存原始数据样本，以供实验室重放，作进一步分析时使用。基本测量设备一般应包括以下几部分：

　　a） 测声换能器系统；

　　b） 测量滤波放大系统；

　　c）数据记录存储 系统；

　　d） 其他系统：包括监听系统、特殊需要（如相关、统计等）的处理系统。

　　测声换能器系统

　　测声换能器系统的结构及布置

　　测声换能器系统可根据实际情况设计成浮标或者潜标方式（特定情况下也可采用船载方式），声系统的结构及布置设计要求如下：

　　a）声系统结构不应在水下海流中引起共振，不影响声场及不形成声屏障效应；

　　b）信号传送应使用柔软、纤细的电缆；

　　c）水听器的固定要有防振措施，亦可加导流罩。

　　测量水听器

　　测量水听器要保证高灵敏度和低噪声以满足测量要求。具体技术要求如下：

　　a）在测量频率范围内，水听器灵敏度应大于一170 dB,不均匀性应小于士2 dB;

　　b） 等效噪声声压谱级：小于Wenz噪声谐低限；

　　c）水平指向性：其指向性图与理想的全指向性图的偏差应小于士1.5dB;

　　d） 垂直指向性：-3 dB波束宽度应大于60°；

　　c）其他电声性能应符合有关规定；

　　f） 如果测量采用水听器阵，则各通道阵元相位不一致性不超过2°。

　　5.3 测量滤波放大系统

　　测量放大系统可以用滤波器、放大器等。对滤波器和放大器的具体要求如下：

　　a）在测量频率范围：通带内频响起伏为0.5dB;

　　b）在测量频率范围：阻带内最小衰减为60dB;

　　c）在测量频率范围：放大器幅频不均匀性应小于士0.2dB。

　　数据记录存储系统

　　根据噪声测量要求，可以使用各种型号的数字采集记录设备（如有特殊需要，也可根据实际情况使用模拟记录设备，如声级计等）。数据记录过程中根据不同测量要求，在20 Hz~20 kHz频带内可以分段记录；数据采样率应为最高分析频率的2倍以上，数据采集记录精度保证12 bit以上；数据记录长度可按实际要求确定，一般不少于2 min。

　　测量环境

　　声学环境

　　声学测量环境要求如下：

　　a）在海上使用调查船或其他船只进行水下噪声测量时，不论是使用浮标式还是潜标式布放测声换能系统，测声换能器系统和调查船之间的有效距离应不小于50m。在开阔海域测量并使用固定式布放时，声换能系统离岸边的距离应不小于1km。应尽量避免布放在海底凹坑、礁石之上或其附近处。如在港口、海湾测量，并有特殊要求时，测声换能器系统的布放应根据需要确定。

　　b）如使用船载方式进行测量，在噪声测量期间不能启动主机和辅机，禁止船上进行能产生撞击声传入水中的人为活动。

　　c）根据测量的目的和要求选择待测的实际现场环境，对现场的环境状况须作详细描述和记录。

　　降低干扰噪声

　　降低干扰噪声要求如下：

　　a）要尽量避开测量点附近可能存在的各种干扰噪声源；

　　b） 所使用的测量水听器及测量仪器电噪声尽可能低，其等效噪声声压谱级应小于Wenz谱级低限。

　　测量步骤

　　设备校准

　　对所有测量设备进行校准。

　　测量水听器校准

　　校准测量水听器（阵）灵敏度、相位一致性等。

　　放大及采集设备校准

　　采用标准信号源对滤波器、放大器、采集器等进行校准，保证放大设备的幅频和相频特性符合测量要求。

　　定位系统设备校准

　　对GPS等设备进行校准，保证系统定位精度符合测量要求。

　　系统联调

　　整个测量系统要进行联调，检查各部分工作是否正常。

　　系统校准

　　校准测量设备带来的系统误差。

　　测量应注意的问题

　　测量应注意问题如下：

　　a） 在进行测量之前，首先确认测量环境、各项要求均应符合规定；

　　b）防止测量系统过载；

　　c）测量期间，测量设备的供电设施应不干扰测量的进行（例如采用电池供电方式）；

　　d）测量过程中，应进行监听（现场监听或录声重放监听）。

　　水下噪声测量

　　水下噪声测量方式

　　水下噪声测量方式分为漂浮式布放、坐底式布放以及特殊情况下的船载布放方式。

　　测量一般步骤

　　水下噪声测量一般步骤如下：

　　a）测量船到达就位点，按照规定位置布放测声换能器系统（浮标、潜标或船载）；

　　b）按试验要求接收记录水下噪声数据，同步监听噪声信号，测量数据存储到数字记录设备中；同时记录相应的水听器灵敏度、放大器放大倍数、水听器阵列的位置等测量系统相关信息；

　　c）在观测噪声的同时，还应对为噪声测量目的所要求的气象学、海洋学、水声学的若干环境参数进行测量，如测声换能器GPS位置、水文情况、波浪、风速、声速等进行测量，测量的方法以及测量设备均符合有关规定； 由于水下噪声昼夜和季节性变化，应对同一地点进行多次测量。测量次数根据需要确定，每次测量记录长度不少于２分钟

　　数据处理

　　数据处理方法

　　截取有效接收信号，根据测量系统特性对实测数据进行修正，然后进行频谱分析（如FFT），按计算要求频带的噪声声压级或声压谱级，并按附录A进行修正。利用数据结果也可以进行其他需要量（如统计参数、相干函数、噪声场空间指向性等）的计算和求取。当考虑测量系统特性如接收系统放大倍数、水听器灵敏度的影响，计算公式见附录B。

　　注：本标准在计算噪声声压级和声压谱级时，可采用matlab编程中功率谱密度估计的子程序命令pwelch。

　　测量不确定度分析

　　测量不确定度分析具体方法参见附录D,分析过程中声场起伏、测量仪器及设备误差是主要不确定因素。

　　测量记录

　　测量现场环境描述

　　记录的现场环境内容包括；

　　a） 海区位置（经纬度、地名）、测量现场气象形势；

　　b）声学系统布放方式描述、结构略图；

　　c）测量方式（同船 、岸边试验站、离岸距离）；

　　d） 测量方法（有线遥测、无线遥测、自记式测量）；

　　e） 通过监听，详细记录水下噪声的形式及主观感受。对听出来的噪声特征（如近于纯音的线谱分量、有节奏的谐波分量等），尽可能使之与环境现状详细地同步记录下来。应特别注意对噪声有异常情况的记述。

　　测量设备记录

　　记录的测量设备内容包括：

　　a） 测量使用的仪器，包括名称、型号、厂家和序号；

　　b） 滤波放大器性能；

　　c）仪器系统的频率响应；

　　d） 测量水听器的灵敏度、频响、水平及垂直指向性、等效噪声压谱级、校准日期、准确度级别等；

　　e） 仪器系统校准方法及日期。

　　9.3声学数据记录

　　记录的声学数据内容包括：

　　a）噪声频带声压级 Lpr;

　　b） 噪声声压谱级Lm;

　　c） 干扰噪声修正值K;

　　d） 噪声声压谱级图表；

　　e）对噪声瞬时值存储数据给以识别标志，说明测量条件及校正参数和曲线。

　　9.4环境参数数据记录

　　记录的环境参数数据内容包括；

　　a） 风速（m/s）、海况（级）；

　　b）海流流向、流速（kn）；

　　c）水深（m）、海水温度剖面；

　　d） 海浪（波形、波向、波高）；

　　e） 海底底质；

　　f） 降雨记录（中雨、 中阵雨、大雨、大阵雨、冰雹）；

　　g）测量站位附近出现航船和其他水中物体时的记述。

　　注：根据噪声测量的日的要求，选择记录上列参数中的若干项。

　　报告内容

　　报告内容包括：

　　a） 测量的日期、时间、地点；

　　b）测量噪声的Lpr、Lp和测量时相应的环境条件、参数以及有关说明；

　　c）测量水听器和系统结构以及性能简述；

　　d）对测量结果进行分析和讨论。