【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)屬于海底探測，具體涉及一種基于多波束聲吶的海底底質(zhì)實時分析方法。
技術(shù)介紹
1、海底底質(zhì)是組成海底表面的物質(zhì)，按照粒級，可以分為泥、砂與礫三類。海底底質(zhì)是海洋水體與海底的邊界，作為海洋資源的載體與海洋工程的作業(yè)界面，底質(zhì)分析時開展資源與工程評價的重要內(nèi)容，對開展海洋資源勘探與海洋工程建設具有重要意義。海底底質(zhì)分析有兩種方法：一種是取樣測量，另一種是遙感測量。取樣測量是利用取樣器等設備從海底采集底質(zhì)樣品，將底質(zhì)樣品運輸至實驗室，在實驗室開展底質(zhì)分析，該測量方式的優(yōu)勢是分析準確率較高，缺點是效率較低；遙感測量是利用聲學或者光學技術(shù)，將聲學或者光學脈沖發(fā)射至海底，采集海底底質(zhì)的散射回波，通過對散射回波進行分析，獲得底質(zhì)的特性，該測量方式的優(yōu)勢是效率較高，缺點是準確率較低。兩種測量方式互為補充，是全面認識海底底質(zhì)不可缺少的手段，隨著海洋資源勘探與工程建設的日益增多，開展大范圍的海底底質(zhì)分析的需求逐漸迫切，海底底質(zhì)遙感測量的高效優(yōu)勢，是解決這一需求的有效方法。
2、聲學與光學技術(shù)是探測海底的有效手段。聲學技術(shù)可以試驗全海深探測，聲波波長較長，分辨率較低，但其在海洋中的衰減較小，測量量程大。光學技術(shù)主要應用淺水高精度測量，其波長較短，分辨率較高，但光波在海洋中的衰減較大，測量量程較小。聲學測量技術(shù)是海洋探測最廣泛的手段之一，其中多波束聲吶是開展海底測量的主要手段。多波束聲吶可以采集多個波束的海底散射回波，基于回波的旅行時間，結(jié)合聲速剖面，換算為水深，獲得海底地形；基于回波的散射強度，解譯海底的物性特征，開展海底底質(zhì)分析
技術(shù)實現(xiàn)思路
1、本專利技術(shù)的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種基于多波束聲吶的海底底質(zhì)實時分析方法。
2、本專利技術(shù)是通過如下技術(shù)方案實現(xiàn)的，一種基于多波束聲吶的海底底質(zhì)實時分析方法，該方法包括以下步驟：
3、(1)對多波束聲吶進行海底散射強度標定后獲取目標區(qū)域的航行數(shù)據(jù)；
4、(2)提取航行數(shù)據(jù)中的測量數(shù)據(jù)和聲吶運行參數(shù)，得到以時間為基準的海底散射數(shù)據(jù)；
5、(3)基于波束的參數(shù)關(guān)系，計算海底目標強度，包括單位面積散射系數(shù)和波束照射面積，將單位面積散射系數(shù)分解為海底底質(zhì)固有散射系數(shù)與波束入射角度的函數(shù)；
6、(4)建立單位面積散射系數(shù)與波束入射角度的曲線；分別與散射模型曲線和粗糙度貢獻曲線擬合，求得相關(guān)系數(shù)；
7、(5)基于步驟(4)得到的兩個相關(guān)系數(shù)和設定閾值比較關(guān)系，分析海底底質(zhì)類型。
8、進一步地，對多波束聲吶進行海底散射強度標定具體過程如下：
9、(1.1)選取平坦地形的海區(qū)，設置“井”形測線，使用多波束聲吶沿著測線進行測量，采集航路的海底散射強度數(shù)據(jù)；
10、(1.2)提取水平測線與垂直測線重復的的海底散射強度數(shù)據(jù)；
11、(1.3)基于步驟(1.2)提取的水平測線與垂直測線海底散射強度數(shù)據(jù)差值，獲得不同波束角對應的海底散射強度改正數(shù)，對多波束聲吶參數(shù)進行標定。
12、進一步地，步驟(1.2)中，提取水平測線某重復ping的海底散射強度以及垂直測線的中央波束的海底散射強度，水平測線的某ping海底散射強度應與垂直測線的中央波束的海底散射強度為對應同一波束腳印區(qū)域。
13、進一步地，測量數(shù)據(jù)包括ping，波束beam，時間time，經(jīng)度long，緯度lat，水深depth，散射強度系數(shù)波束入射角聲吶運行參數(shù)包括時間time，發(fā)射增益tg，接收增益rg，脈沖寬度τ，發(fā)射波束寬度θx與接收波束寬度θy；基于測量數(shù)據(jù)的水深，計算平行航向的海底坡度slopealongtrack、垂直航向的坡度slopeacrosstrack；基于多波束聲吶的波束角度，計算各波束腳印的面積a；以時間time為基準，匹配各波束的數(shù)據(jù)，構(gòu)建海底散射數(shù)據(jù)矩陣。
14、進一步地，波束入射角計算如下：
15、波束入射角度基于連續(xù)發(fā)射的n個ping獲得的各波束對應水深構(gòu)成的海底界面進行計算，即由[depthalongtrack,depthacrosstrack]構(gòu)成的平面為基準，按照波束發(fā)射角度計算，其中，depthalongtrack,depthacrosstrack分別為沿著航向與垂直航向各波束的水深值。
16、進一步地，波束腳印面積a計算如下：
17、時
18、時
19、其中，θxθy分別為發(fā)射波束寬度與接收波束寬度，c為水中聲速，τ為波束脈沖寬度。
20、進一步地，基于波束的參數(shù)傳遞過程，計算單位面積散射系數(shù)，并基于lambert定律，分解為海底底質(zhì)固有散射系數(shù)與波束入射角度的函數(shù)，基于海底底質(zhì)固有散射系數(shù)與波束入射角度控制，進行實時海底底質(zhì)分析：
21、
22、
23、其中，為單位面積散射系數(shù)，單位為db/m2，bs為海底底質(zhì)固有散射系數(shù)，為波束入射角度，sl為聲吶發(fā)射能量，el為聲吶接收到回波，a為波束投射海底面積，r為波束聲線長度，α為聲衰減系數(shù)，為海底散射強度改正數(shù)。
24、進一步地，散射模型曲線如下：
25、
26、其中，為波束入射角，將bsmodel分別按照三類底質(zhì)的模型經(jīng)驗值賦值，即泥：-20db/m2；砂：-30db/m2；礫：-40db/m2。
27、進一步地，基于已經(jīng)采集波束的水深數(shù)據(jù)，按照波束腳印面積為計算單元，利用水深與平面位置，求解粗糙度曲線n：
28、
29、其中，bs為海底底質(zhì)固有散射系數(shù)，為波束入射角，a為波束腳印的面積。
30、進一步地，海底低質(zhì)分析結(jié)果如下：
31、1)若粗糙度散射貢獻相關(guān)系數(shù)g≥0.5，且散射模型與礫的bsmodel模型曲線的相關(guān)系數(shù)k≥0.5，則輸出底質(zhì)類型為礫；
32、2)若粗糙度散射貢獻相關(guān)系數(shù)g＜0.5，且散射模型與砂bsmodel的模型曲線的相關(guān)系數(shù)k≥0.5，則輸出底質(zhì)類型為砂；
33、3)若粗糙度散射貢獻相關(guān)系數(shù)g＜0.5，且散射模型與泥的bsmodel模型曲線的相關(guān)系數(shù)k≥0.5，則輸出底質(zhì)類型為泥；
34、4)非上述情況，則輸出底質(zhì)類型為混合底質(zhì)。
35、本專利技術(shù)的有益效果：本專利技術(shù)建立了海底散射強度的標定方法，解決了海底散射模型的擬合難題，實時獲得底質(zhì)類型，效率高，適宜多波束聲吶使用，能夠?qū)崟r開展海底底質(zhì)分析，可服務于海底資源勘探與海洋工程建設，有利于指導海底勘探作業(yè)與工程施工，提升海底勘探效率與作本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護點】
1.一種基于多波束聲吶的海底底質(zhì)實時分析方法，其特征在于，該方法包括以下步驟：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于多波束聲吶的海底底質(zhì)實時分析方法，其特征在于，對多波束聲吶進行海底散射強度標定具體過程如下：
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于多波束聲吶的海底底質(zhì)實時分析方法，其特征在于，步驟(1.2)中，提取水平測線某重復ping的海底散射強度以及垂直測線的中央波束的海底散射強度，水平測線的某ping海底散射強度應與垂直測線的中央波束的海底散射強度為對應同一波束腳印區(qū)域。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于多波束聲吶的海底底質(zhì)實時分析方法，其特征在于，測量數(shù)據(jù)包括ping，波束beam，時間time，經(jīng)度long，緯度lat，水深depth，散射強度系數(shù)波束入射角聲吶運行參數(shù)包括時間Time，發(fā)射增益TG，接收增益RG，脈沖寬度τ，發(fā)射波束寬度θx與接收波束寬度θy；基于測量數(shù)據(jù)的水深，計算平行航向的海底坡度Slopealongtrack、垂直航向的坡度Slopeacrosstrack；基于多波束聲吶的波束角度，計算各波束腳印的面積A；以時間Time
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種基于多波束聲吶的海底底質(zhì)實時分析方法，其特征在于，波束入射角計算如下：
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種基于多波束聲吶的海底底質(zhì)實時分析方法，其特征在于，波束腳印面積A計算如下：
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于多波束聲吶的海底底質(zhì)實時分析方法，其特征在于，基于波束的參數(shù)傳遞過程，計算單位面積散射系數(shù)，并基于LAMBERT定律，分解為海底底質(zhì)固有散射系數(shù)與波束入射角度的函數(shù)，基于海底底質(zhì)固有散射系數(shù)與波束入射角度控制，進行實時海底底質(zhì)分析：
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于多波束聲吶的海底底質(zhì)實時分析方法，其特征在于，散射模型曲線如下：
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于多波束聲吶的海底底質(zhì)實時分析方法，其特征在于，基于已經(jīng)采集波束的水深數(shù)據(jù)，按照波束腳印面積為計算單元，利用水深與平面位置，求解粗糙度曲線n：
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種基于多波束聲吶的海底底質(zhì)實時分析方法，其特征在于，海底低質(zhì)分析結(jié)果如下：
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種基于多波束聲吶的海底底質(zhì)實時分析方法，其特征在于，該方法包括以下步驟：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于多波束聲吶的海底底質(zhì)實時分析方法，其特征在于，對多波束聲吶進行海底散射強度標定具體過程如下：
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于多波束聲吶的海底底質(zhì)實時分析方法，其特征在于，步驟(1.2)中，提取水平測線某重復ping的海底散射強度以及垂直測線的中央波束的海底散射強度，水平測線的某ping海底散射強度應與垂直測線的中央波束的海底散射強度為對應同一波束腳印區(qū)域。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于多波束聲吶的海底底質(zhì)實時分析方法，其特征在于，測量數(shù)據(jù)包括ping，波束beam，時間time，經(jīng)度long，緯度lat，水深depth，散射強度系數(shù)波束入射角聲吶運行參數(shù)包括時間time，發(fā)射增益tg，接收增益rg，脈沖寬度τ，發(fā)射波束寬度θx與接收波束寬度θy；基于測量數(shù)據(jù)的水深，計算平行航向的海底坡度slopealongtrack、垂直航向的坡度slopeacrosstrack；基于多波束聲吶的波束角度，計算各波束腳印的面積a；...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：張國堙，陶春輝，張漢羽，張金輝，王漢闖，丘磊，柳云龍，徐巍軍，何擁華，
申請(專利權(quán))人：自然資源部第二海洋研究所，
類型：發(fā)明
國別省市：
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