文章来源
海洋技术，2011,30（02）【北大核心】
摘要
海洋环境噪声是水声信道中的干扰背景场，是影响主动声纳探测能力、限制被动声纳工作性能发挥的主要原因之一。 文中详细介绍了目前海洋环境噪声观测的技术手段、测量方法和数据处理方法，并根据实际测量的海洋环境噪声数据,详细分析了海洋环境噪声 1/3 倍频程带宽内的噪声频谱级计算方法和步骤。
相关知识
- 海洋背景噪声：实际海洋环境中，海底地震和火山爆发、海面风浪、海洋生物活动、海上航运和石油勘探等自然和人为活动产生的声波，在传播过程中与海面、海底、水体等发生相互作用形成一个复杂的背景噪声场，这些背景噪声就是通常所说的海洋环境噪声。
- 海洋背景噪声对声呐探测的影响： 海洋环境噪声是水声信道中的干扰背景场, 会对声纳装备的探测形成干扰，是限制被动声纳工作性能发挥的主要因素之一。 要提高声纳抗干扰的能力不仅需要掌握环境的噪声谱，还要了解噪声场的时空统计特性和差异,以及对海况的依赖关系，为此需要测量在不同季节(时间)和不同海区、不同海况条件下海洋环境噪声频带声压级和噪声谱级，深刻认识海洋环境噪声的时域 、频域和空域等特性，才能正确评价并提高声纳装备的战术性能。
- 1/3 倍频程：所谓倍频程功率谱，是将音频分为一个个的频段，然后分别计算每个频段内的功率谱。相邻频段的宽度为二比一的关系。1/3倍频程是将倍频程再细分为三段。
1. 海洋环境噪声观测技术手段
① 基于测量船的测量方法，与水声传播实验相结合的方法；
② 采用浮标/潜标的测量方法, 用锚系浮标/潜标测量海洋环境噪声具有公认的优越性，由于稳定的声接收基阵以及无工业噪声，为在很宽频段范围（包括很低的次声频段）测量海洋环境噪声特性提供了最佳条件；
③ 利用海军岸站声纳或者警戒系统（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。
由于该文献时间较为久远，故所提及的方法都较为传统。目前还有更多新型的海洋环境噪声观测手段，如使用搭载有声学观测系统的水下滑翔机进行测量，水下滑翔机平台观测具有长时序、大范围、隐蔽性强等优点。
2. 海洋环境噪声测量方法
海洋环境噪声特性的调查，主要是利用水听器阵列，来测量特定海区的海洋环境噪级向性、垂直空间相关性、水平指向性以及水平空间相关性。海洋环境噪声测量时，水听器阵列接收到的噪声经前置放大和宽带滤波系统后，送到A/D变换器进行数字化处理，然后被存储到大容量数据存储设备上。
3. 海洋环境噪声数据处理方法
海洋环境噪声信号是一种宽带的随机信号，在短时间内(一般是数分钟内)它可视为平稳过程。海洋环境噪声级的定义有3种，包括宽带总声级、窄带声级和谱级。
- 宽带总声级是指从感兴趣的低截止频率到高频截止频率的这个宽频段内的噪声总功率。宽带海洋环境噪声级可以提供信号所在海域的噪声总体量级，使研究者对该海域的噪声量级建立一个初步的概念。
- 环境噪声窄带声级是指某一窄带内的环境噪声总功率。窄带噪声级可以提供声纳所感兴趣频段内噪声的量级，为声纳的信号处理技术提供依据。
- 环境噪声谱级是指在 1 Hz 带宽内环境噪声功率按频率的分布。环境噪声谱级可以提供每个频率处环境噪声的具体量级，使研究者能对环境噪声量级随频率的变化有详细的了解，为声纳设计和使用者提供一个有效的“声纳作战地图”，有利于我方设计和选择声纳使用频段，进一步地隐蔽我方目标信号，提取敌方目标。
数据处理方法： 在测量系统回收后，要进行适当的数据处理，以获得海洋环境噪声谱级、指向性和空间相关特性。将采集到的噪声数据以每小时为单位分段，分段后使用 FFT 方法作功率谱分析。谱分析时，应把数据再细分为多段，然后对多段数据分别作 FFT，并保证 FFT 的频率分辨率小于 1 Hz。对每段数据应进行加窗处理。由于数据量较多，在数据分段时可以不用重叠。多段数据之间进行功率谱平均，获得该时间段的噪声谱级。具体步骤为：
