高低頻海底底質(zhì)參數(shù)測(cè)量?jī)x及海底底質(zhì)參數(shù)測(cè)量方法技術(shù)

本發(fā)明專(zhuān)利技術(shù)公開(kāi)了一種高低頻海底底質(zhì)參數(shù)測(cè)量?jī)x，包括測(cè)量?jī)x本體和上位機(jī)，測(cè)量?jī)x本體的底端設(shè)置有壓力開(kāi)關(guān)、聲速測(cè)量模塊、反射板、高頻收發(fā)一體換能器以及低頻收發(fā)一體換能器。本發(fā)明專(zhuān)利技術(shù)還公開(kāi)了一種利用上述高低頻海底底質(zhì)參數(shù)測(cè)量?jī)x對(duì)海底底質(zhì)參數(shù)進(jìn)行測(cè)量的方法，該方法包括：通過(guò)歷史數(shù)據(jù)或者實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)建立一個(gè)海洋底質(zhì)聲傳播損失TL、底質(zhì)成分以及底質(zhì)聲速cpr的對(duì)應(yīng)表；將測(cè)量?jī)x本體放入待測(cè)量海域進(jìn)行測(cè)量并記錄數(shù)據(jù)；采用時(shí)間飛躍技術(shù)測(cè)量近海底區(qū)域水聲聲速C

High and low frequency bottom sediment parameter measuring instrument and seabed bottom parameter measuring method

The invention discloses a high frequency seabed parameter measuring instrument, including measuring instrument body and PC measuring instrument of the bottom of the main body is provided with a pressure switch, speed measurement module, a reflecting plate, high frequency and low frequency transducer transceiver transceiver transducer. The invention also discloses a method for using the high frequency seabed parameter measurement method for seabed parameters measurement, the method includes: through historical data or experimental data to establish a marine sediment acoustic propagation loss TL, sediment composition and corresponding table bottom sound speed CPR; instrument body in the sea to be measured to measure and record data; using the time of flight measurement near seabed acoustic velocity C

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
高低頻海底底質(zhì)參數(shù)測(cè)量?jī)x及海底底質(zhì)參數(shù)測(cè)量方法
本專(zhuān)利技術(shù)屬于海底底質(zhì)聲學(xué)特性研究
，尤其涉及一種高低頻海底底質(zhì)參數(shù)測(cè)量?jī)x及海底底質(zhì)參數(shù)測(cè)量方法。
技術(shù)介紹
在人類(lèi)已經(jīng)掌握的各種探測(cè)海洋的手段中，聲學(xué)方法仍然是一個(gè)最有效地探測(cè)手段。海底作為聲波在海水中傳播的下邊界，對(duì)聲場(chǎng)的影響巨大，因此，了解和獲取海底底質(zhì)的聲學(xué)特性是解決水下聲傳播問(wèn)題的關(guān)鍵因素。當(dāng)前多采用遙感的方法獲得海底的地形地貌和海底底質(zhì)參數(shù)，但是遙感技術(shù)獲得的數(shù)據(jù)是歷史數(shù)據(jù)，沒(méi)有實(shí)時(shí)測(cè)量的數(shù)據(jù)有意義和說(shuō)服力。當(dāng)前對(duì)海底底質(zhì)參數(shù)的實(shí)時(shí)測(cè)量一般是采用海底取樣，并在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行測(cè)量，然后把實(shí)驗(yàn)室測(cè)量結(jié)果修正到現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量值的方法。其中海底取樣的樣本長(zhǎng)度一般不超過(guò)30cm，且一般采用重力取樣獲取，并盡可能地減小取樣擾動(dòng)所帶來(lái)的誤差。這種實(shí)時(shí)測(cè)量的方法存在很多缺點(diǎn)，例如，不能得到海底的連續(xù)資料，只能獲取離散點(diǎn)的數(shù)據(jù)；樣本容易受到海水的沖刷而失去原貌，同時(shí)也失去了原有的壓力、溫度等環(huán)境條件；該方法費(fèi)時(shí)費(fèi)力，且受制于海況條件，當(dāng)海底底質(zhì)很硬時(shí)(如花崗巖和玄武巖底質(zhì))不容易獲取樣本。由此可見(jiàn)，現(xiàn)有技術(shù)有待于進(jìn)一步的改進(jìn)和提高。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專(zhuān)利技術(shù)為避免上述現(xiàn)有技術(shù)存在的不足之處，提供了一種高低頻海底底質(zhì)參數(shù)測(cè)量?jī)x及海底底質(zhì)參數(shù)測(cè)量方法，以實(shí)現(xiàn)采集數(shù)據(jù)的連續(xù)性，提高測(cè)量的準(zhǔn)確性。本專(zhuān)利技術(shù)所采用的技術(shù)方案為：高低頻海底底質(zhì)參數(shù)測(cè)量?jī)x，包括測(cè)量?jī)x本體和上位機(jī)，所述測(cè)量?jī)x本體的頂端設(shè)置有釋放綁定機(jī)構(gòu)，測(cè)量?jī)x本體的底端設(shè)置有壓力開(kāi)關(guān)、水聲聲速測(cè)量模塊、反射板、高頻收發(fā)一體換能器以及低頻收發(fā)一體換能器，水聲聲速測(cè)量模塊用于發(fā)射和接收聲波，反射板用于反射發(fā)自水聲聲速測(cè)量模塊的聲波，高頻收發(fā)一體換能器用于發(fā)射高頻聲波并接收反射自海底不同層底質(zhì)的高頻聲波，低頻收發(fā)一體換能器用于發(fā)射低頻聲波并接收反射自海底不同層底質(zhì)的低頻聲波；測(cè)量?jī)x本體內(nèi)設(shè)置有處理器電路板模塊、導(dǎo)線(xiàn)及速度傳感器，處理器電路板模塊內(nèi)設(shè)置有數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元，壓力開(kāi)關(guān)、水聲聲速測(cè)量模塊、高頻收發(fā)一體換能器、低頻收發(fā)一體換能器以及速度傳感器分別通過(guò)導(dǎo)線(xiàn)與處理器電路板模塊相連，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元通過(guò)有線(xiàn)線(xiàn)纜或無(wú)線(xiàn)通信與上位機(jī)完成數(shù)據(jù)傳輸，上位機(jī)內(nèi)存儲(chǔ)有多種地聲模型。所述高低頻海底底質(zhì)參數(shù)測(cè)量?jī)x為回收式高低頻海底底質(zhì)參數(shù)測(cè)量?jī)x，該回收式高低頻海底底質(zhì)參數(shù)測(cè)量?jī)x包括船舶及設(shè)置在船舶上的排纜裝置，所述釋放綁定機(jī)構(gòu)通過(guò)纜繩與排纜裝置相連。所述高低頻海底底質(zhì)參數(shù)測(cè)量?jī)x為拋棄式高低頻海底底質(zhì)參數(shù)測(cè)量?jī)x，該拋棄式高低頻海底底質(zhì)參數(shù)測(cè)量?jī)x包括浮體，浮體與釋放綁定機(jī)構(gòu)相連，所述浮體內(nèi)設(shè)置有數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊與處理器電路板模塊通信連接，且數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊通過(guò)有線(xiàn)線(xiàn)纜與上位機(jī)完成數(shù)據(jù)傳輸。所述測(cè)量?jī)x本體內(nèi)還設(shè)置有電池模塊，所述處理器電路板模塊與電池模塊相連。所述測(cè)量?jī)x本體的底端還設(shè)置有多塊裙板。所述釋放綁定機(jī)構(gòu)包括依次相連的釋放器、電機(jī)及水聲換能器，電機(jī)分別與釋放器、水聲換能器相連，水聲換能器與處理器電路板模塊相連，電機(jī)控制釋放器動(dòng)作。所述測(cè)量?jī)x本體的頂端還設(shè)置有外部接線(xiàn)口，外部接線(xiàn)口通過(guò)導(dǎo)線(xiàn)與處理器電路板模塊相連，測(cè)量?jī)x本體通過(guò)外部接線(xiàn)口傳輸完成與上位機(jī)之間的命令或者數(shù)據(jù)的傳輸。所述測(cè)量?jī)x本體內(nèi)還設(shè)置有藍(lán)牙模塊，藍(lán)牙模塊通過(guò)導(dǎo)線(xiàn)與所述處理器電路板模塊相連，測(cè)量?jī)x本體通過(guò)藍(lán)牙模塊無(wú)線(xiàn)通訊傳輸完成與上位機(jī)之間的命令或者數(shù)據(jù)的傳輸。所述上位機(jī)中的地聲模型包括Hamilton粘彈模型，Biot-stoll模型，BuckinghamVGS模型和Chotiros-IsaksonBICSQS模型。本專(zhuān)利技術(shù)還公開(kāi)了一種利用上述高低頻海底底質(zhì)參數(shù)測(cè)量?jī)x對(duì)海底底質(zhì)參數(shù)進(jìn)行測(cè)量的方法，該方法包括：通過(guò)歷史數(shù)據(jù)或者實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)建立一個(gè)海洋底質(zhì)聲傳播損失TL、底質(zhì)成分以及底質(zhì)聲速cpr的對(duì)應(yīng)表，用以后續(xù)確定海洋各層底質(zhì)參數(shù)，該歷史數(shù)據(jù)或?qū)嶒?yàn)數(shù)據(jù)可以通過(guò)上位機(jī)中已有的地聲模型或使用者根據(jù)實(shí)際測(cè)量海域的情況自編輯自定義的地聲模型或公式來(lái)對(duì)海底底質(zhì)參數(shù)進(jìn)行分析處理得到；將測(cè)量?jī)x本體放入待測(cè)量海域，壓力開(kāi)關(guān)在水下外部靜壓力的作用下打開(kāi)，當(dāng)速度傳感器檢測(cè)到的測(cè)量?jī)x本體的下沉速度為零時(shí)，測(cè)量?jī)x本體開(kāi)始測(cè)量并記錄數(shù)據(jù)；采用時(shí)間飛躍技術(shù)測(cè)量水聲聲速Cw，即利用水聲聲速測(cè)量模塊和反射板的配合測(cè)量水聲聲速Cw，計(jì)算公式為：其中，L水測(cè)指的是從水聲聲速測(cè)量模塊到反射板之間的距離，t水測(cè)指的是從水聲聲速測(cè)量模塊發(fā)送聲波開(kāi)始到第一次接收到反射板反射回來(lái)聲波的時(shí)間；高、低頻收發(fā)一體換能器與第一層底質(zhì)的上界面之間的距離L0水的計(jì)算：因高、低頻收發(fā)一體換能器與第一層底質(zhì)的上界面之間的距離小，所以該段距離內(nèi)的傳播損失忽略不計(jì)，L0水的計(jì)算公式為：L0水＝(Cw×t0水)/2其中，Cw為上述已測(cè)得的聲速，t0水為高頻收發(fā)一體換能器或低頻收發(fā)一體換能器從發(fā)出聲波到第一次接收到由第一層底質(zhì)上界面發(fā)射回來(lái)的聲波的時(shí)間；第一層底質(zhì)成分的確定：從高、低頻收發(fā)一體換能器發(fā)出的聲源級(jí)強(qiáng)度為Xdb，聲波從發(fā)出到穿過(guò)第一層底質(zhì)上表面、遇到第一層底質(zhì)下表面以后原路徑返回高、低頻收發(fā)一體換能器，接收到的強(qiáng)度為Y1db，則第一層底質(zhì)中的傳播損失TL1＝(X-Y1)/2，計(jì)算出傳播損失TL1后，根據(jù)上述傳播損失TL、底質(zhì)成分以及底質(zhì)聲速cpr的對(duì)應(yīng)表確定第一層底質(zhì)的參數(shù)，并得到第一層底質(zhì)的底質(zhì)聲速cpr1底；第一層底質(zhì)層厚的計(jì)算：第一層底質(zhì)上界面和下界面之間的距離為L(zhǎng)1底，即第一層底質(zhì)層厚為L(zhǎng)1底，測(cè)量中高、低頻收發(fā)一體換能器到第一層底質(zhì)下界面的距離為L(zhǎng)0水+L1底，則有：其中，t1底為高、低頻收發(fā)一體換能器收到的從發(fā)出聲波，到聲波透過(guò)第一層底質(zhì)上界面，到遇到第一層底質(zhì)下界面反射回高、低頻收發(fā)一體換能器的時(shí)間；第二層底質(zhì)成分的確定：從高、低頻收發(fā)一體換能器發(fā)出的聲源級(jí)強(qiáng)度為Xdb，聲波從發(fā)出到穿過(guò)第一層底質(zhì)上表面、下界面，繼續(xù)穿過(guò)第二層上界面，遇到第二層底質(zhì)下表面以后原路徑返回高、低頻收發(fā)一體換能器，接收到的強(qiáng)度為Y2db，則第二層底質(zhì)中的傳播損失計(jì)算出第二層中傳播損失TL2后，根據(jù)上述傳播損失TL、底質(zhì)成分以及底質(zhì)聲速cpr的對(duì)應(yīng)表確定第二層底質(zhì)的成分，并得到第二層底質(zhì)的底質(zhì)聲速cpr2底；第二層底質(zhì)層厚的計(jì)算：第二層底質(zhì)上界面和下界面之間的距離為L(zhǎng)2底，即第二層底質(zhì)層厚為L(zhǎng)2底，測(cè)量中高、低頻收發(fā)一體換能器到第二層底質(zhì)下界面的距離為L(zhǎng)0水+L1底+L2底，則有：其中，t2底為高、低頻收發(fā)一體換能器收到的從發(fā)出聲波，到聲波透過(guò)第一層底質(zhì)上界面、第一層底質(zhì)下界面、第二層底質(zhì)上界面，遇到第二層底質(zhì)下界面原路徑反射回高、低頻收發(fā)一體換能器的時(shí)間；如此依次計(jì)算，直至確定出第N層底質(zhì)的成分及層厚：第N層底質(zhì)成分的確定：從高、低頻收發(fā)一體換能器發(fā)出的聲源級(jí)強(qiáng)度為Xdb，聲波從發(fā)出到穿過(guò)第一層底質(zhì)上表面、下界面、第二層底質(zhì)上界面、下界面……直至穿過(guò)第N層上界面，遇到第N層底質(zhì)下表面以后原路徑返回高、低頻收發(fā)一體換能器，接收到的強(qiáng)度為Yndb，則第N層底質(zhì)中的傳播損失計(jì)算出傳播損失TLn后，根據(jù)上述傳播損失TL、底質(zhì)成分以及底質(zhì)聲速cpr的對(duì)應(yīng)表確定第N層底質(zhì)的成分，并得到第N層底質(zhì)的底質(zhì)聲速cprn底；第N層底質(zhì)層厚的計(jì)算：第N層底質(zhì)上界面和本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
高低頻海底底質(zhì)參數(shù)測(cè)量?jī)x，其特征在于，包括測(cè)量?jī)x本體和上位機(jī)，所述測(cè)量?jī)x本體的頂端設(shè)置有釋放綁定機(jī)構(gòu)，測(cè)量?jī)x本體的底端設(shè)置有壓力開(kāi)關(guān)、水聲聲速測(cè)量模塊、反射板、高頻收發(fā)一體換能器以及低頻收發(fā)一體換能器，水聲聲速測(cè)量模塊用于發(fā)射和接收聲波，反射板用于反射發(fā)自水聲聲速測(cè)量模塊的聲波，高頻收發(fā)一體換能器用于發(fā)射高頻聲波并接收反射自海底不同層底質(zhì)的高頻聲波，低頻收發(fā)一體換能器用于發(fā)射低頻聲波并接收反射自海底不同層底質(zhì)的低頻聲波；測(cè)量?jī)x本體內(nèi)設(shè)置有處理器電路板模塊、導(dǎo)線(xiàn)及速度傳感器，處理器電路板模塊內(nèi)設(shè)置有數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元，壓力開(kāi)關(guān)、水聲聲速測(cè)量模塊、高頻收發(fā)一體換能器、低頻收發(fā)一體換能器以及速度傳感器分別通過(guò)導(dǎo)線(xiàn)與處理器電路板模塊相連，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元通過(guò)有線(xiàn)線(xiàn)纜或無(wú)線(xiàn)通信與上位機(jī)完成數(shù)據(jù)傳輸，上位機(jī)內(nèi)存儲(chǔ)有多種地聲模型。

【技術(shù)特征摘要】
1.高低頻海底底質(zhì)參數(shù)測(cè)量?jī)x，其特征在于，包括測(cè)量?jī)x本體和上位機(jī)，所述測(cè)量?jī)x本體的頂端設(shè)置有釋放綁定機(jī)構(gòu)，測(cè)量?jī)x本體的底端設(shè)置有壓力開(kāi)關(guān)、水聲聲速測(cè)量模塊、反射板、高頻收發(fā)一體換能器以及低頻收發(fā)一體換能器，水聲聲速測(cè)量模塊用于發(fā)射和接收聲波，反射板用于反射發(fā)自水聲聲速測(cè)量模塊的聲波，高頻收發(fā)一體換能器用于發(fā)射高頻聲波并接收反射自海底不同層底質(zhì)的高頻聲波，低頻收發(fā)一體換能器用于發(fā)射低頻聲波并接收反射自海底不同層底質(zhì)的低頻聲波；測(cè)量?jī)x本體內(nèi)設(shè)置有處理器電路板模塊、導(dǎo)線(xiàn)及速度傳感器，處理器電路板模塊內(nèi)設(shè)置有數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元，壓力開(kāi)關(guān)、水聲聲速測(cè)量模塊、高頻收發(fā)一體換能器、低頻收發(fā)一體換能器以及速度傳感器分別通過(guò)導(dǎo)線(xiàn)與處理器電路板模塊相連，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元通過(guò)有線(xiàn)線(xiàn)纜或無(wú)線(xiàn)通信與上位機(jī)完成數(shù)據(jù)傳輸，上位機(jī)內(nèi)存儲(chǔ)有多種地聲模型。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高低頻海底底質(zhì)參數(shù)測(cè)量?jī)x，其特征在于，所述高低頻海底底質(zhì)參數(shù)測(cè)量?jī)x為回收式高低頻海底底質(zhì)參數(shù)測(cè)量?jī)x，該回收式高低頻海底底質(zhì)參數(shù)測(cè)量?jī)x包括船舶及設(shè)置在船舶上的排纜裝置，所述釋放綁定機(jī)構(gòu)通過(guò)纜繩與排纜裝置相連。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高低頻海底底質(zhì)參數(shù)測(cè)量?jī)x，其特征在于，所述高低頻海底底質(zhì)參數(shù)測(cè)量?jī)x為拋棄式高低頻海底底質(zhì)參數(shù)測(cè)量?jī)x，該拋棄式高低頻海底底質(zhì)參數(shù)測(cè)量?jī)x包括浮體，浮體與釋放綁定機(jī)構(gòu)相連，所述浮體內(nèi)設(shè)置有數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊與處理器電路板模塊通信連接，且數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊通過(guò)有線(xiàn)線(xiàn)纜與上位機(jī)完成數(shù)據(jù)傳輸。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高低頻海底底質(zhì)參數(shù)測(cè)量?jī)x，其特征在于，所述測(cè)量?jī)x本體內(nèi)還設(shè)置有電池模塊，所述處理器電路板模塊與電池模塊相連。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高低頻海底底質(zhì)參數(shù)測(cè)量?jī)x，其特征在于，所述測(cè)量?jī)x本體的底端還設(shè)置有多塊裙板。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高低頻海底底質(zhì)參數(shù)測(cè)量?jī)x，其特征在于，所述釋放綁定機(jī)構(gòu)包括依次相連的釋放器、電機(jī)及水聲換能器，電機(jī)分別與釋放器、水聲換能器相連，水聲換能器與處理器電路板模塊相連，電機(jī)控制釋放器動(dòng)作。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高低頻海底底質(zhì)參數(shù)測(cè)量?jī)x，其特征在于，所述測(cè)量?jī)x本體的頂端還設(shè)置有外部接線(xiàn)口，外部接線(xiàn)口通過(guò)導(dǎo)線(xiàn)與處理器電路板模塊相連，測(cè)量?jī)x本體通過(guò)外部接線(xiàn)口傳輸完成與上位機(jī)之間的命令或者數(shù)據(jù)的傳輸。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高低頻海底底質(zhì)參數(shù)測(cè)量?jī)x，其特征在于，所述測(cè)量?jī)x本體內(nèi)還設(shè)置有藍(lán)牙模塊，藍(lán)牙模塊通過(guò)導(dǎo)線(xiàn)與所述處理器電路板模塊相連，測(cè)量?jī)x本體通過(guò)藍(lán)牙模塊無(wú)線(xiàn)通訊傳輸完成與上位機(jī)之間的命令或者數(shù)據(jù)的傳輸。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高低頻海底底質(zhì)參數(shù)測(cè)量?jī)x，其特征在于，所述上位機(jī)中的地聲模型包括Hamilton粘彈模型，Biot-stoll模型，BuckinghamVGS模型和Chotiros-IsaksonBICSQS模型。10.一種利用上述權(quán)利要求1至9高低頻海底底質(zhì)參數(shù)測(cè)量?jī)x對(duì)海底底質(zhì)參數(shù)進(jìn)行測(cè)量的方法，其特征在于，該方法包括：通過(guò)歷史數(shù)據(jù)或者實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)建立一個(gè)海洋底質(zhì)聲傳播損失TL、底質(zhì)成分以及底質(zhì)聲速cpr的對(duì)應(yīng)表，用以后續(xù)確定海洋各層底質(zhì)參數(shù)，該歷史數(shù)據(jù)或?qū)嶒?yàn)數(shù)據(jù)可以通過(guò)上位機(jī)中已有的地聲模型或使用者根據(jù)實(shí)際測(cè)量海域的情況自編輯自定義的地聲模型或公式來(lái)對(duì)海底底質(zhì)參數(shù)進(jìn)行分析處理得到；將測(cè)量?jī)x本體放入待測(cè)量海域，壓力開(kāi)關(guān)在水下外部靜壓力的作用下打開(kāi)，當(dāng)速度傳感器檢測(cè)到的測(cè)量?jī)x本體的下沉速度為零時(shí)，測(cè)量?jī)x本體開(kāi)始測(cè)量并記錄數(shù)據(jù)；采用時(shí)間飛躍技術(shù)測(cè)量水聲聲速Cw，即利用水聲聲速測(cè)量模塊和反射板的配合測(cè)量水聲聲速Cw，計(jì)算公式為：其中，...

【專(zhuān)利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：韓寶坤，盧濤，秦敏，
申請(qǐng)(專(zhuān)利權(quán))人：山東科技大學(xué)，
類(lèi)型：發(fā)明
國(guó)別省市：山東,37