声学+水下噪声测量.doc

《声学+水下噪声测量.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《声学+水下噪声测量.doc（14页珍藏版）》请在三一办公上搜索。

1、ICS 17140A 59囝目中华人民共和国国家标准GBT 5265-2009代替GBT 5265-1985声学 水下噪声测量Acoustics-Measurement of underwater noise200909-30发布20091201实施丰瞀鹃鬻瓣警糌赞星发布中国国家标准化管理委员会“”。GBT 5265-2009前言本标准代替GBT 5265-1985水下噪声测量。本标准与GBT 5265-1985相比，主要增加了不确定度分析以及数据处理等方面的内容。 本标准的附录A、附录B、附录C、附录D为资料性附录。本标准由中国科学院提出。 本标准由全国声学标准化技术委员会(SACTC 17

2、)归口。 本标准起草单位：中国科学院声学研究所、海军装备研究院系统所。 本标准主要起草人：马力、刘清宇、李凡、陈耀明。 本标准所代替标准的历次版本发布情况为：GBT 52651985。GBT 5265-2009声学水下噪声测量1范围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 Hz20 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

3、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。2规范性引用文件 下列文件中的条款通过本标准的引用而成为本标准的条款。凡是注日期的引用文件，其随后所有的修改单(不包括勘误的内容)或修订版均不适用于本标准，然而，鼓励根据本标准达成协议的各方研究 是否可使用这些文件的最新版本。凡是不注日期的引用文件，其最新版本适用于本标准。GBT 3223 1994声学水声换能器自由场校准方法GBT 3947一1996 声学名词术语GBT 41281995声学标准水听器GBT 4130 200

4、0声学水听器低频校准方法 GBT 16165-1996水听器相位一致性测量方法 GBT 18314全球定位系统(GPS)测量规范3术语和定义GBT 3947-1996确立的以及下列术语和定义适用于本标准。31海洋噪声sea noise 由于自然原因，如波浪、湍流、热扰动等在海洋中引起的噪声。 注：除了生物噪声、地震噪声、雨噪声、人为噪声等以外的噪声称为海洋噪声，前者则称为海洋环境噪声(ambientnoise of the sea)。32水听器hydrophone 用于接收水声信号的声电换能器。 注：由于工作原理、特性及构造等不同有不同类型的水听器。如按工作原理分类，有压电水听器、电磁式水听器

5、、光纤水听器、微机电水听器等。33测量水昕器measuring hydrophone用作水声测量的二级标准水听器。测量水听器通常用标准水听器或标准发射器比较方法进行 校准。1GBT 5265-200934水下噪声频带声压级underwaternoise band sound pressure level一定频带内的水下噪声的声压级，单位为分贝(dB)。频带宽度和基准声压应指明。噪声频带声压 级可用式(1)计算：L一20lg声P。式中： L噪声频带声压级，单位为分贝(dB)； Pr测得的一定带宽噪声声压，单位为帕(Pa)；Po基准声压，单位为帕(Pa)，通常取Po一1 p-Pa。35水下噪声声压

6、谱密度级underwaternoise pressure spectrumdensitylevel水下噪声信号在某一频率的声压谱密度与基准声压谱密度之比的以10为底的对数乘以20。单位 为分贝(dB)。噪声声压谱级可用式(2)计算：LAL一10 lgAf(2)式中：L。水下噪声声压谱(密度)级，单位为分贝(dB)，基准值为1 p-Pa百i； L测得的中心频率为，的频带声压级，单位为分贝(dB)，基准值为1 p-Pa；，相对于1 Hz的带宽。注：L。与水声中的噪声(功率)谱级等价。36干扰噪声interference noise 测量时由于各种原因所产生的，对测量造成影响的干扰。 注：干扰噪声主

7、要来源于测量水听器及仪器系统所具有的电噪声、接地屏蔽不良引起的电感应干扰、水听器接收系统在水中受到水流激励和各种牵动从而引起结构振动、电缆抖动等水动力作用引起的系统自噪声。37水听器等效噪声声压谱级hydrophone equivalent noise pressure spectrum level水听器的等效噪声声压谱与其基准值之比的以10为底的对数并乘以20。单位为分贝(dB)，基准 值为1 pPa川五。注：水听器的等效噪声是平行于水听器主轴传播的平面正弦行波，使水听器产生的开路电压等于带宽1 Hz的噪声 电压时所具有的声压。水听器等效噪声声压谱级的测量方法参照GBT 4128-1995。

8、38Wenz噪声谱级低限the lowest limit of Wenz noise pressure spectrum level Wenz谱级图中给出的测量得到的海洋噪声最低界限谱级。 注：Wem谱级圈是深梅噪声测量的总结，已被广泛采用。4测量的量 水下噪声测量的参数包括：a)噪声频带声压级L“b)噪声声压谱(密度)级k。注：根据需要，还可以要求测量和存储噪声声压的瞬时值，检测噪声的各种类型如脉冲性噪声、非平稳态噪声等。2GBT 5265-20095测量设备51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

9、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。52测声换能器系统521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。522铡水听器 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

10、，不均匀性应小于士2 dB； b)等效噪声声压谱级：小于Wenz噪声谱低限； 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15 dB； d)垂直指向性：一3 dB波束宽度应大于60。ie)其他电声性能应符合GBT 4128-1995的有关规定；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。53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o5 dB； b)在测量频率范围：阻带内最小衰减为60 dB； c)在测量频率范围：放大器幅频不均匀性应小于-t-02 dB。54数据记录存储系统 根据噪

11、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 Hz20 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。6测量环境61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问的有效距离应不小于50 m。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1 km。应尽量避免布

12、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。3GBT 5265-2009 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。62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。7测量步骤71设备校准 对所有测量设备进行校准。711测量水昕器校准校准测量水听器(阵

13、)灵敏度、相位一致性等。校准标准按照GBT 4128-1995、GBT 4130一2000、GBT 32231994、GBT 161651996进行。712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。713定位系统设备校准对GPS等设备进行校准，校准标准按照GBT 16165-1996和GBT 18314进行，保证系统定位精 度符合测量要求。72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。73系统校准 校准测量设备带来的系统误差。74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

14、项要求均应符合第6章规定； 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)。75水下噪声测量7。51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。752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

15、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；d) 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4GBT 5265-2009 次测量记录长度不少于2 rain。8数据处理81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34、35中式(1)、式(2)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

16、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matlah编程中功率谱密度估计的子程序命令pwelch。82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。9测量记录91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

17、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。92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。93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L州b)噪声声压谱级L。； 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

18、正参数和曲线。94环境参数数据记录 记录的环境参数数据内容包括： a)风速(ms)、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)；5GBT 5265-2009e)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；根据噪声测量的目的要求，选择记录上列参数中的若干项，可参考附录C。10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L、L，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。GBT

19、5265-2009附录A (资料性附录) 背景干扰噪声消除方法为了减小背景干扰噪声对测量的影响，应对测得的结果按下式进行修正，具体修正公式如式(A1) 所示：LplL一K(A1)式中：L修正后的频带声压级，单位为分贝(dB)，基准值为1 p-Pa；L。实测频带声压级，单位为分贝(dB)，基准值为l p-Pa； K修正值，单位为分贝(dB)。 背景干扰噪声及修正值见表A1，表中L由式(A2)给出：L=L玑一L。(A2) 式中：L。测量系统干扰噪声等效声压级，单位为分贝(dB)，基准值为1 pPa。表A1干扰噪声修正值表LOB KdBlO OGBT 5265-2009附录B (资料性附录) 水下噪

20、声频带声压级计算公式频带声压级L(f)按式(B1)计算：T rL(i)一20 lg(亓LJi)一Mm。“(B1)u 0式中：f频带序号； L(f)频带声压级，单位为分贝(dB)，基准值为1 tLPa；u。第i个频带对应的接收噪声信号电压有效值数据，单位为伏特(v)； Uo基准电压数据，1 V；M第i个频带对应的水听器灵敏度级，单位为分贝(dB)，基准值为1 V*Pa；m。第i个频带对应的接收系统放大倍数，单位为分贝(dB)。GBT 5265-2009附录C (资料性附录) 测量环境参数记录表格c1 海洋环境参数记录表格 海洋环境参数记录表格见表C1。表C1 海洋环境参数记录表格海区观测时间调查

21、船纬度经度水深时间 风速 风向 海洋流速 海况 波高 航船记录 降雨记录记录 校对c2海水声速观测记录表格 海水声速观测记录表格见表C2。表c2海水声速观测记录表格海区纬度经度水深调查船 海况天气测试日期 船只漂移备注仪器型号声速计算公式序号记录文件名 纬度 经度 入水时间 出水时间 声速采样间隔记录 校对GBT 5265-2009附录D (资料性附录) 环境噪声测量不确定度分析D1不确定度分类 测量过程中的随机效应及系统效应均会导致测量不确定度，数据处理中的近似也会导致不确定度。广义而言测量不确定度是对测量结果正确性的可疑程度，也是表征被测量值的分散性，并与测量结果相 联系的参数。不确定度可

22、分为A、B两类标准不确定度。A、B分类是评定不确定度的方法不同，只是便于理解和 讨论，并不意味着两类分量之间存在本质上的区别。它们都基于概率分布，并都用方差或标准差定量表 示。表征A类标准不确定度分类的估计方差“2，是由一系列重复观测值计算得到的，即为统计方差估 计值，。标准不确定度“为“2的正平方根值，故“一s。B类标准不确定度分量的方差估计值“2，则是 根据有关信息来评定的，即通过一个假定的概率密度函数得到的，此函数基于事件发生的可信程度，即 主观概率或先验概率。D2 A类标准不确定度a)算术平均值 在重复性条件或复现性条件下得到n个测量数据z。，变量z的期望值的最佳估计是n次独立测试结果

23、的算术平均值i(j又称为样本平均值)。算术平均值计算公式见式(D1)：；一土费。n_式中： z算术平均值； n统计的测量数据个数；zt第i个统计的数据值(声压测量、背景噪声测量等)。 b)标准差 标准差s表征了z。在z上下的分散性。标准差计算公式见式(D2)式中：r算术平均值；n统计的测量数据个数；墨第i个统计的数据值(声压测量、背景干扰噪声测量等)。 c)测量不确定度 通常以独立观测序列的算术平均值作为测量结果，测量结果的标准不确定度计算公式见式(D3)。(=)一。(=)一堕里一“n式中：_一算术平均值GBT 5265-2009n统计的测量数据个数；z；第i个统计的数据值(声压测量、传播特性

24、测量、背景噪声测量等)。D3B类标准不确定度 各误差源相互独立，具体分析如下：a)标准水听器校准不确定度引起的分量(已知一2)：脚。掣dB；b)放大滤波系统非线性和换档误差引起的分量：卢mo5 dB；蕊_(譬)2+(。5)2+2(等)2+(15)2c)电压测量误差引起的分量(按均匀分布)：舳=菩dB；3d)声场不均匀性引起的分量：地15 dB。总的B类标准不确定度分量：a16 dBGBT 5265-2009参考文献1Urick，RJPrinciples of Underwater Sound，3“edNewYork：McGraw-Hill，19832Jensen，FB，WAKuperman，M

25、BPorter，HSchmidtComputational Ocean AcousticsNewYork：American Institute of Physics，19943Urick，RJAmbient Noise in the SeaWashington，DC：NavSea SystCommand，19844GMWenzAcoustic ambient noise in the ocean：spectra and sourcesJAcoustSocAm34，19361956(1962)5Etter，PCUnderwater Acoustic Modeling：Principles，Techniques and ApplicationsLondon：Elsevier Applied Science，1991