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水声技术▏杨坤德等：深海声传播信道和目标被动定位研究现状冷战结束之后，国际水声界的理论和实验研究偏重于浅海，国内水声界的工作也主要集中在我国周边近海的大陆架浅海环境。
但是最近十几年，为了争夺海洋资源，国际上的“蓝色圈地”运动深入深海。
我国海洋科技特别是深海领域起步较晚，与发达国家相比，在装备和技术体系的建设方面存在巨大差距。
《“十三五”海洋领域科技创新专项规划》将深海探测技术研究列为重点任务之一，深海环境中的目标远程探测已经成为当前的研究热点。
研究基于水声传播物理特征的信号处理技术是推动水声装备进一步创新发展的重要途径。
只有将海洋环境复杂性考虑在内，新型声呐才有可能达到最优的技术性能。
从这个角度来说，深海声呐技术取得跨越式发展的重要途径之一，在于对深海环境水声传播特性的深入挖掘。
总而言之，水声物理模型、信号处理技术与海洋环境紧密结合是水声技术发展的必然趋势。
一、深海声传播信道深海最大的特点是其独有的海洋分层现象及其产生的不同声传播模式，这些声传播模式与声呐的工作原理密切相关。
图1为低纬度地区一个典型深海声速剖面下声传播路径示意图。
声速剖面为典型的3层结构：表面等温层（形成表面波导）、温跃层和深海等温层。
在深海等温层，当某深度上的声速与海面声速相同时，该深度称为临界深度。
声线由表面波导底部出射，出射角度为0º～5º，传播路径如图1中所示。
下面分析每种深海信道及其在目标探测中的应用。
图1 低纬度地区典型深海声速剖面下声传播路径示意图⒈表面波导表面波导是由海洋表面等温层导致声速剖面微弱正梯度形成的，表面波导可实现水声的远距离传播，因此，表面波导特性及其声传播受到了广泛关注。
Baker和Schulkin基于实验数据给出了表面波导中近距离声传播损失的经验公式；Duan等分析了声呐在表面波导中主动发射和被动接收时的最优深度，以及表面波导中声波的波达角问题。
夏季的表面波导层很薄并且不稳定，存在强烈的时空变异性，是不稳定的信道。
海洋环境水下电磁场基本特性及抑制方法研究江立军【摘要】Objective To master the basic characteristics of underwater electromagnetic field in ocean environment and suitable noise reduction methods. Methods Firstly, from the time domain, frequency domain, correlation and polarization etc. , analyses on a large number of electromagnetic characteristics in certain areas were summarized. Based on analyses, we studied the application of adaptive line enhancement technology in suppression of underwater electromagnetic field in the ocean environment. Results The results showed that underwater electromagnetic field in ocean environment had certain reg-ularity and randomness. Using adaptive line enhancement technology, we could see that the signal strength was increased by 6 dB. Conclusion Impact could be evaluated in the test ship and the detection capability of a target could be improved through studying the basic characteristics of environmental electromagnetic fields and the inhibition method.%目的：掌握环境水下电磁场的基本特性以及适宜的降噪方法。
矿产资源开发利用方案编写内容要求及审查大纲
矿产资源开发利用方案编写内容要求及《矿产资源开发利用方案》审查大纲一、概述
㈠矿区位置、隶属关系和企业性质。
如为改扩建矿山, 应说明矿山现状、
特点及存在的主要问题。
㈡编制依据
(1简述项目前期工作进展情况及与有关方面对项目的意向性协议情况。
(2 列出开发利用方案编制所依据的主要基础性资料的名称。
如经储量管理部门认定的矿区地质勘探报告、选矿试验报告、加工利用试验报告、工程地质初评资料、矿区水文资料和供水资料等。
对改、扩建矿山应有生产实际资料, 如矿山总平面现状图、矿床开拓系统图、采场现状图和主要采选设备清单等。
二、矿产品需求现状和预测
㈠该矿产在国内需求情况和市场供应情况
1、矿产品现状及加工利用趋向。
2、国内近、远期的需求量及主要销向预测。
㈡产品价格分析
1、国内矿产品价格现状。
2、矿产品价格稳定性及变化趋势。
三、矿产资源概况
㈠矿区总体概况
1、矿区总体规划情况。
2、矿区矿产资源概况。
3、该设计与矿区总体开发的关系。
㈡该设计项目的资源概况
1、矿床地质及构造特征。
2、矿床开采技术条件及水文地质条件。
ＤＡＴＡＢＡＳＥ ＡＮＤ ＩＮＦ０ＲＭＡ ｎ０Ｎ ＭＡＮＡＧＥＭＥＮＴ 数据库与信息管理 海洋环境预报中格点与沿轨数据处理方法研究 王睿 ，谢帮勇 ，张志远 ，何锡玉 ，姚好海 ，江玮 （１．海军海洋水文气象中心，北京１００１６１；２．海司航保部，天津３０００４２）
摘要：针对海洋环境数值预报中Ｅｌ益增多的格点数据和沿轨数据的不同特点，分析自定义ＮｅｔＣＤＦ数据格式的存 储和排列方式，利用Ｆｏ￣ｒａｎ和Ｍａｆｌａｂ等语言设计数据处理功能实现方法。 关键词：数值预报；格点数据；沿轨数据；ＮｅｔＣＤＦ格式
Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｆ ｔｈｅ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ Ｇｒｉｄ Ｄａｔａ ａｎｄ Ａｌｏｎｇ Ｔｒａｃｋ Ｄａｔａ ｉｎ Ｏｃｅａｎ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ Ｆｏｒｅｃａｓｔｉｎｇ ＷＡＮＧ Ｒｕｉ ，ＸＩＥ Ｂａｎｇ－ｙｏｎｇ２，ＺＨＡＮＧ Ｚｈｉ－ｙｕａｎ ，ＨＥ Ｘｉ－ｙｕ 。ＹＡＯ Ｈａｏ－ｈａｉ 。ＪＩＡＮＧ Ｗｅｉ’ （１．Ｈｙｄｒｏ－Ｍｅｔｅｏｒｏｌｏｇｉｃａｌ Ｃｅｎｔｅｒ ｏｆ Ｎａｖｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ １００１６１，Ｃｈｉｎａ； ２．Ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ Ｇｕａｒａｎｔｅｅ Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ ｏｆ ｔｈｅ Ｃｈｉｎｅｓｅ Ｎａｖｙ Ｈｅａｄｑｕａｒｔｅｒ，Ｔｉａｎｊｉｎ ３０００４２，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｔｈｅ ｄｉｆｅｒｅｎｔ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｄ ｄａｔａ ａｎｄ ａｌｏｎｇ ｔｒａｃｋ ｄａｔａ ｉｎ ｎｕｍｅｆｉｃ￣ｆｏｒｅｃａｓｔｉｎｇ ｏｆ ｏｃｅａｎ ｅｎｖｉ— ｒｏｎｍｅｎｔ ｉｓ ｉｎｃｒｅａｓｉｎｇ，ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｔｈｅ ｃｕｓｔｏｍ ｆｏｒｍａｔ ｏｆ Ｔｈｅ Ｎｅｔｗｏｒｋ Ｃｏｍｍｏｎ Ｄａｔａ Ｆｏｒｍ（ＮｅｔＣＤＦ）ｄａｔａ ｓｔｏｒａｇｅ ａｎｄ ａｒ． ｒａｎｇｅｍｅｎｔ，ｕｓｉｎｇ Ｆｏｒｔｒａｎ ａｎｄ Ｍａｄａｂ ｌａｎｇｕａｇｅ ｔｏ ｄｅｓｉｇｎ ｔｈｅ ｄａｔａ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｆｕｎｃｔｉｏｎ ｒｅａｌｉｚａｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｎｕｍｅｒｉｃａｌ ｆｏｒｅｃａｓｔ；ｇｒｉｄ ｄａｔａ；ａｌｏｎｇ ｔｒａｃｋ ｄａｔａ；ＮｅｔＣＤＦ ｆｏｒｍ
2021年第1期声学与电子工程总第141期南海冬季环境噪声谱级特性分析朱方伟郑广赢刘福臣(声纳技术重点实验室第七一五研究所，杭州，310023 )摘要对潜标系统测得的南海某深海海域全海深的海洋环境噪声数据与气象站记录的风速数据进行相应 的时频分析和相关性分析。
结果表明，600 H z以上的中高频段海洋噪声谱级与风速的相关性较好，且与风速对数成正比，低频噪声受海洋湍流和航船噪声影响较大，随着风速的增大，海洋湍流产生的噪声谱级也会增加。
此外，通过对比远近航船噪声，可知远处航船噪声经传播后其主要能量集中在声道轴附近。
文章结果可为深远海海域环境噪声的研宄提供参考。
关键词海洋环境噪声：风速；噪声谱级；航船噪声海洋环境噪声是海洋中的固有声场m,海面风 浪、远处航船、海洋湍流和海洋生物活动等各种噪 声源辐射的噪声在传播过程中受到水体、海面和海 底等因素的影响，形成了一个极为复杂的海洋环境 噪声场。
噪声场携带了丰富的环境信息，包括水文、气象、航船等信息，通过对海洋环境噪声的处理与 分析，依据声学反演的方法可以推测出海洋环境参 数，这是海洋环境噪声研究的意义所在。
1948年，！〇111(15〇11等[2哺据整理的第二次世界 大战期间获得的海洋环境噪声的测量数据，得到了 以海况或风力为参数的Kmidson环境噪声谱级曲线。
1%2年，Wenz[3]依据理论研究与大量实验数据的验 证，总结得到了 lH z~100kH z的海洋环境噪声谱。
1964年，Piggott[4]根据浅海环境噪声的测量结果得 出噪声谱级与风速的对数呈线性关系。
1972年，Crouch和Burt[5]将此结果在深海进行了验证。
值得 提及的是Wenz谱是一种较为宽泛的平均谱，更接 近于深海真实的噪声情况W。
根据W enz谱可将噪 声源大致分为互相重叠的三类：海洋湍流、远处航 船以及风生噪声。
随着人类的探索逐步向深远海发 展，深海海洋环境噪声的研宂具有重要意义。
- 28 -海洋环境噪声数据处理及时空特性研究魏永星，于金花，常 哲，赵淑坤，周 莹，牛志华（国家海洋技术中心 天津 300112）
海洋环境噪声是水声信道中的一种干扰背景场，限制水声设备性能的发挥[1]。环境噪声是指除去所有可分辨的噪声源后剩下的噪声背景，即来自水听器周围的环境噪声。海洋环境噪声级是指用无指向性水听器测得的环境噪声的声强，参考级是具有均方根声压等于1微帕的平面波声强，将测得的噪声级折算到1Hzd带宽时的值为海洋环境噪声谱级。研究海洋环境噪声需要分析不同季节（时间）、不同海区、不同水文条件下的海洋环境噪声时域、频域和空域的特性，找出其规律，并以此为根据进行海洋环境噪声预报，为水声设备的设计、研制提供依据，准确评价并提高声纳装备的战术性能。海洋环境噪声具有明显的变化性，是由于主要噪声源的变化引起的。海洋环境噪声的产生因素很多，通常包括潮汐、波浪所引起的压力波和湍流引起的压力脉动，以及地震活动、风动海面、降雨、分子热运动、海洋中生物群体的活动等。在近海湾或港口处，工业噪声与行船噪声也是海洋噪声的重要来源；远处行船和远处风暴的作用相当，是100 Hz左右频率的主要噪声源；在近海，风是噪声的主要来源；降雨也起相当的作用。图1是不同航运和风速条件下的平均典型自然收稿日期：2014-03-11 稿件编号：201403118基金项目：国家海洋公益性行业科研专项项目（201005004）作者简介：魏永星（1987—），女，天津人，助理工程师。研究方向：数字信号处理与研究。电子设计工程第 14 期第22卷Vol.22No.14Electronic Design EngineeringJul. 20142014年7月摘要：海洋环境噪声是水声信道中的一种干扰背景场，限制水声设备性能发挥。针对这一问题，文中对实测海洋环境噪声数据进行数据处理得到1/3倍频程结果，并进行适当的时空特性研究，得到该研究海区的整体环境噪声水平，可以为水声设备的设计应用提供必要的依据，也为更广泛的海洋环境噪声数据的分析和应用奠定了重要基础。关键词：海洋环境噪声；数据处理；时空特性；1/3倍频程谱级中图分类号：TN912.16 文献标识码：A 文章编号：1674-6236(2014)14-0028-03Signal processing and temporal-spatial characteristic analysis of ocean ambient noise dataWEI Yong-xing, YU Jin-hua, CHANG Zhe, ZHAO Shu-kun, ZHOU Ying, NIU Zhi-hua（National Ocean Technology Center, Tianjin 300112, China）Abstract: Ocean ambient noise is a background noise which interferes the acoustic channel and limits the performance of acoustic equipments. Aiming at this phenomenon, the 1/3 octave spectrum level and the temporal-spatial characteristic of the measured ocean ambient noise data are firstly analyzed, and then the ambient noise level of the whole sea area researched is given in this paper. The research result will provide the necessary data for the design of acoustic equipments and laid an important foundation for further data analysis and application. Key words: ocean ambient noise; signal processing; temporal-spatial characteristic; 1/3 octave spectrum level1 噪声产生因素、测试方法噪声谱。图2是Heindsman，Smith和Arneson等人在长岛海峡对降雨噪声进行实际测量得到的降雨自然噪声谱[2]。
海洋环境噪声测量方式多样，可以基于测量船、潜标、浮标或者岸站[3]，目前应用最为广泛的是基于锚系声学潜标
系统的测量方式，因为潜标装置能够在恶劣海况下进行长期定点工作连续的海洋环境噪声同步测量，并且能够携带多种测量设备，可同步记录温、盐、深、声速等相关水文参数。还有一种测量方法是利用岸站声纳或者警备系统（包括水下监测网络）进行海洋环境噪声特性的测量，也将是我国噪声监测技术发展的一个主要趋势，具有测量长期性和能够直接为声纳系统服务的特点。可以根据需要进行选择使用。
图1 深海平均环境噪声谱Fig.1
Ocean ambient noise spectrum in level
DOI:10.14022/j.cnki.dzsjgc.2014.14.002- 29 -
海洋环境噪声级（NL）是用来衡量环境噪声强弱的一个量，本文海洋环境噪声声压谱级处理方法依据海洋声光要素调查规范[4]，计算公式如下：1）噪声频带声压级 Lpf式中： Lpf—噪声频带声压级，单位为分贝（dB）； Pf—用一定带宽的滤波器（或计权网络）测得的噪声声压，单位为μPa； P0—基准声压等于1 μPa。2）噪声声压谱级 Lps 当声能在Δf中均匀分布时； 式中： Lps—噪声声压谱级，单位为分贝（dB）； Lpf—用中心频率为f的带通滤波器测得的频带声压级，单位为分贝（dB）； △f—带通滤波器的有效带宽，单位为赫兹（Hz）。海洋环境噪声信号是一种宽带的随机信号[5]，在短时间内可视为平稳随机过程，海洋环境噪声采用1/3倍频程谱能比较好地反映噪声源的谱特性。本文最终得到的就是1/3倍频程海洋环境噪声谱级，以每小时为单位分段。谱分析时可以将数据再细分，保证频率分辨率小于1 Hz。本项目利用坐底式锚系声学潜标在我国某海区进行了为期90天的海洋环境噪声测量，并同步记录该海区的水文现象。本文对获取的海洋环境噪声数据进行频域和时空分析，由于时间跨度长，示范海域选择具有典型性，分析结果具有重要的应用价值。随机选取其中某段随机噪声信号，时域结果如图3所示。由图3可知：该海区海洋环境噪声信号幅度很小，主要集中在±3 mV之内，在60 s时间内没有较大的起伏，可以认为该段噪声数据相对平稳，无明显干扰。下面通过时空频域特性研究来得到观测海区的噪声水平。潜标阵上水听器的位置根据空间相关性原则进行设计，确保图2 长岛海峡观测到的降雨噪声谱Fig.2 Noise spectrum of rainfall in Changdao strait2 数据处理方法（1）（2）3 数据分析在关注的深度层面上有水听器分布，图4是某时刻31.5 Hz、63 Hz、100 Hz、125 Hz、160 Hz、250 Hz、400 Hz、630 Hz、1 250 Hz等不同中心频率对应的1/3倍频程海洋环境噪声剖面图。
由图4可以看出：1）不同频率的海洋环境噪声谱级随深度的变化趋势接近一致，能量随频率的增加而减小，符合噪声变化规律；2）根据水文气象记录，此时的海况平稳，多云，南风4~5级，浪高1.2米，因此海洋环境噪声空间变化规律比较有代表性；3）越接近海底，海洋环境噪声随深度的增加梯度变化越大，可能是声波与海底交互作用导致声能的减弱；4）100米处与107米处海洋环境噪声谱级明显变大，在声纳设计应用时应特别注意这两个深度的影响。此次海洋环境噪声观测时间跨度为90天，根据该示范海区的气象水文等相关记录，海况变化比较大，图5是同一深度不同时刻1/3倍频程海洋环境噪声谱级分布情况。由图5可以看出：1）该海区海洋环境噪声能量分布按频率由高到低呈下降趋势，每倍频程按（6~8）dB衰减，符合海洋环境噪声分布规律；2）5月2日的噪声水平整体高于7月10日的噪声水平（10~30）dB，结合该海区的水文气象资料，得知，5月2日出现中雨，东北风6~7级，浪高达到了2米，海况复杂，而
图3 随机海洋环境噪声原始信号Fig.3
Random sample of original ocean ambient noise signal
图4 不同中心频率对应的1/3倍频程海洋环境噪声剖面Fig.4
1/3 oct ocean ambient noise spectrum section of different frequency
LPPpffo=20lg(/)
10lg()pspfLLf=−∆
魏永星，等 海洋环境噪声数据处理及时空特性研究- 30 -
图5 同一深度不同时刻的1/3倍频程海洋环境噪声谱级分布Fig.5
Distributing of 1/3 oct ocean ambient noise spectrum at different time in
the same deep7月10日多云，南风4~5级，浪高1.2米，海况相对平稳，
根据图1可知不同的风力也会使噪声谱级有相应的变化，根据图2可知降雨会明显提高自然噪声级，综上所述，两天的噪声水平发生明显变化主要是因为海况的影响，而且可以得出7级风和中雨共同影响可以使噪声谱级（500~9 000）Hz的频段整体提高（10~30）dB，在衡量该海区噪声水平的时候要注意海况的影响；3）7月10日11时（30~100）Hz频段噪声谱级值偏高，由水文气象资料知道此时的海况比较平稳，最大的影响原因可能是航船，因为航船对噪声的影响范围一般为（20~500）Hz，所以此时可能会有航船经过造成低频段谱级偏高。
文中介绍了噪声数据的数据处理方法，处理时域、频域和空间分布上分析了某海区实测海洋噪声数据的时空变化特
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结束语
性。研究发现，该海区的海洋环境噪声谱级在空间上变化趋势接近一致，在声纳设计、应用时应特别注意海洋环境噪声突然变化的深度。具体海洋环境变化（降雨、风力、航船等）与噪声谱级的关系需要进行更加细致的研究。噪声的时空分布是无规则的、运动的，具有很大的环境依赖性[6]，文中仅提供了某海区长时间的实测数据时空变化
典型分析过程，这远远不够，我们需要进行更多点的实际测量得到广泛完整的噪声分布情况，为水声设备的设计应用提供参考数据。参考文献：[1] R.J.尤立克.水声原理[M].哈尔滨:哈尔滨船舶工程学院出版社,1990.[2] 刘伯胜，雷家煜.水声学原理[M].哈尔滨:哈尔滨工程大学出版社,2006.[3] 徐功慧，陈鸿志，王二庆，等.海洋环境噪声观测技术及数据处理方法[J].海洋技术，2011:69-70.XU Gong-hui, CHEN Hong-zhi, WANG Er-qing, et al.Ocean ambient noise observation technology and signal processingMethods[J]. Ocean Technology, 2011:69-70.[4] 中国国家标准化管理委员会.GB/T 12763.5-2007.海洋调查规范 海洋声、光要素调查[S].北京：中国标准出版社,2008. [5] 高西全，丁玉美.数字信号处理[M].西安：西安科大出版社，2008.[6] 冯士筰，李凤岐，李少菁.海洋科学导论[M].北京:高等教育出版社，1999.
