宽频域海底沉积物取样测量声速值校正方法、装置和介质制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种宽频域海底沉积物取样测量声速值校正方法、装置和介质，本发明专利技术根据大量数据进行统计回归，构建出变声速比情况下的声速比校正函数，并充分考虑频率和底质类型等因素，校正结果具有更高的精度，可以针对不同类型的海底沉积物，分别构建宽频域的声速校正函数，校正函数的适用对象范围广，操作简便，只需要输入相关参数就可以将取样测量结果校正至原位测量结果，不需要进行其他操作，也没有繁杂的计算公式。本发明专利技术广泛应用于海底沉积物声学技术领域。物声学技术领域。物声学技术领域。

【技术实现步骤摘要】
宽频域海底沉积物取样测量声速值校正方法、装置和介质


[0001]本专利技术涉及海底沉积物声学
，尤其是一种宽频域海底沉积物取样测量声速值校正方法、计算机装置及存储介质。

技术介绍

[0002]海底沉积物的声学特性参数一直是水声通讯、潜艇、水雷探测及海洋工程勘查等领域研究的重要内容，目前的主要研究方式为海底原位测量以及海底取样后实验室测量。由于受到温度压力环境因素的改变，取样测量结果通常被认为失真，需要通过某种方法校正至原位状态下的真实值，如何校正到海底原位测量值一直是沉积声学研究的重点和难点。

技术实现思路

[0003]针对目前需要将海底沉积物的声学测量结果校正至海底原位测量值的技术问题，本专利技术的目的在于提供一种宽频域海底沉积物取样测量声速值校正方法、计算机装置及存储介质。
[0004]一方面，本专利技术实施例包括一种宽频域海底沉积物取样测量声速值校正方法，包括：S1.海底沉积物原位声学测量的步骤S101.首先在科考船甲板上对原位测量设备设定发射周期、采样间隔、采样时间和发射功率参数；S102.利用动力定位系统将科考船停泊在工作站位，然后利用A架和船载地质绞车设备，将原位测量设备吊放到海底，确认原位测量设备触底后，原位测量设备开始工作，原位测量设备的声学发射电路激发发射换能器发射声波，发射声波中心测量频率分别为8kHz、10kHz、16 kHz、25kHz、31.5 kHz、50 kHz、80 kHz和100kHz；声波信号穿过海底沉积物后，被原位测量设备的接收换能器接收，并存储在存储单元中；S103.利用A架和船载地质绞车设备将原位测量设备从海底提升到船甲板上，完成一次原位测量；S104.利用电脑连接原位测量设备的存储单元，将原位系统测量接收的信号导出，后续在电脑中对信号进行分析；S105.基于公式（1）声波传播声压和距离计算沉积物的声速：（1）式中，V
原位
为沉积物原位测量声速值，L1和L2为原位测量系统发射换能器和两个接收换能器的距离，
∆
L是声波在海底沉积物中传播的距离差，t1和t2为声波穿过海底沉积物到达两个接收换能器的时间，
∆
t为声波到达两个接收换能器的时间差；S106.原位测量系统在海底测试时，利用温盐深仪CTD或者声速剖面仪SVP设备同步采集近海底海水的温度、声速或深度信息；
S2.海底沉积物声学取样测量的步骤S201.在相同站位进行海底沉积物取样工作，采样采用1套重力式取样器进行作业，当重力式取样器到达海底时，靠重力使采样筒插入海底沉积物中，然后将取样器提升到船甲板上，从而获取沉积物柱状样品。
[0005]S202.利用声波信号发射采集系统在实验室中对获取的沉积物柱状样品进行声学特性测试，测量中心测量频率分别为25kHz，31.5 kHz，50 kHz，80 kHz，及100kHz。声波信号发射采集系统主要包括声波发射和采集电路、功率放大器、发射和接收换能器、柱状样品声学测试平台。在实验室采用轴向测试方法，首先将柱状样品进行分割成约30 cm长度的样品段L，放置在声学测试平台上进行测试，发射换能器T和接收换能器R分别放置在柱状样品两端，然后发射声波，完成对L段沉积物的声学测试，沉积物声速计算公式为：（2）式中：V
取样
为沉积物取样测量声速值，单位为m/s；t为声信号初至时间，单位为μs；t0为换能器零声时修正值，单位为μs；L为沉积物的长度，单位为mm；实验室测量环境为标准大气压，温度为23℃；S3.沉积物声速比计算的步骤S301.根据Mackenzie公式计算海水的声速值：V(T, S, z) = a1 + a2T + a3T2 + a4T3 + a5(S
ꢀ‑ꢀ
35) + a6z + a7z2 + a8T(S
ꢀ‑ꢀ
35) + a9Tz3这里T表示温度，单位为摄氏度；S表示盐度，单位为千分比；z表示深度，单位为米；S302.实验室取样测量的温度是T=23℃，盐度采用和海底海水一样的盐度S=S
海底
，深度z=0，代入到Mackenzie公式中，得到实验室海水的声速值V
实验室海水
；S303.将步骤S1采集到的海底海水的温度T
海底
，盐度S
海底
，和深度z数据代入到Mackenzie公式中，可以得到海底海水的声速值V
海底海水
；S304.分别计算实验室中的速度比和海底原位的速度比：（3）（4）S4.设定校正方程和校正因子的步骤S401.执行步骤S1获得多种不同的沉积物类型各自的n个原位测量声速值，执行步骤S2获得多种不同的沉积物类型各自的n个海底海水速度值，执行步骤S3获得多种不同的沉积物类型各自的n个取样测量声速值和n个实验室海水速度值，执行步骤S3计算得到n个V
实验室声速比
和V
海底声速比
数据；S402.选取步骤S401中的多个沉积物类型中的一个沉积物类型，将计算得到的这一类沉积物的n个的V
实验室声速比
和V
海底声速比
数据进行回归分析，构建以下校正方程：（5）其中为校正因子，根据一类沉积物的n个的V
实验室声速比
和V
海底声速比
数据可以计算得到
这类沉积物的校正因子数值；S403.重复S401和S402从而得到多个沉积物类型各自的校正方程和校正因子；S5.获取宽频域的校正因子曲线G（f）的步骤S501.将不同测量频率25kHz、31.5 kHz、50 kHz，80 kHz及100kHz的原位测量值和取样测量值，分别重复执行步骤S1、S2和S3，获得不同频率的校正因子值；S502.将不同频率的校正因子值与频率f=25kHz，31.5 kHz、50 kHz、80 kHz及100kHz进行拟合，得到一条和频率的回归曲线函数=G（f），回归曲线函数的频率范围是25kHz
‑
100kHz；S6.将取样测量声速值校正到原位测量声速值的步骤S601.首先利用取样样品在实验室中测量，获取得到多种沉积物类型中一类沉积物的取样测量声速值及实验室海水声速值，并计算得到实验室速度比，在取样测量时，同步测量海底海水的温度、盐度和深度信息；S602.利用Mackenzie公式计算得到海底海水的声速值V
海底海水
；S603.根据实验室取样测量频率f，结合回归曲线=G（f），确定校正因子的值，然后将海底海水速度值、取样测量声速值和实验室海水速度值带入到校正方程中，计算得到对应频率的海底原位声速值：（6）（7）S604.将宽频域取样测量声速值校正到原位测量声速值，宽频域的频率范围是25kHz
‑
100kHz。
[0006]进一步地，重力式取样器中的采样管的长度为6m。
[0007]进一步地，重力式取样器中的压载铅块的重量为0.6t以上。
[0008]进一步地，重力式取样器中的PVC衬管的内径为75
‑
110mm。<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种宽频域海底沉积物取样测量声速值校正方法，其特征在于，所述宽频域海底沉积物取样测量声速值校正方法包括：S1.海底沉积物原位声学测量的步骤；S2.海底沉积物声学取样测量的步骤；S3.沉积物声速比计算的步骤；S4.设定校正方程和校正因子的步骤；S5.获取宽频域的校正因子曲线G（f）的步骤；S6.将取样测量声速值校正到原位测量声速值的步骤。2.根据权利要求1所述的宽频域海底沉积物取样测量声速值校正方法，其特征在于，所述海底沉积物原位声学测量的步骤，包括：S101.首先在科考船甲板上对原位测量设备设定发射周期、采样间隔、采样时间和发射功率参数；S102.利用动力定位系统将科考船停泊在工作站位，然后利用A架和船载地质绞车设备，将原位测量设备吊放到海底，确认原位测量设备触底后，原位测量设备开始工作，原位测量设备的声学发射电路激发发射换能器发射声波，发射声波中心测量频率分别为8kHz、10kHz、16 kHz、25kHz、31.5 kHz、50 kHz、80 kHz和100kHz；声波信号穿过海底沉积物后，被原位测量设备的接收换能器接收，并存储在存储单元中；S103.利用A架和船载地质绞车设备将原位测量设备从海底提升到船甲板上，完成一次原位测量；S104.利用电脑连接原位测量设备的存储单元，将原位系统测量接收的信号导出，后续在电脑中对信号进行分析；S105.基于公式（1）声波传播声压和距离计算沉积物的声速：（1）式中，V
原位
为沉积物原位测量声速值，L1和L2为原位测量系统发射换能器和两个接收换能器的距离，
∆
L是声波在海底沉积物中传播的距离差，t1和t2为声波穿过海底沉积物到达两个接收换能器的时间，
∆
t为声波到达两个接收换能器的时间差；S106.原位测量系统在海底测试时，利用温盐深仪CTD或者声速剖面仪SVP设备同步采集近海底海水的温度、声速或深度信息。3.根据权利要求2所述的宽频域海底沉积物取样测量声速值校正方法，其特征在于，所述海底沉积物声学取样测量的步骤，包括：S201.在相同站位进行海底沉积物取样工作，采样采用1套重力式取样器进行作业，当重力式取样器到达海底时，靠重力使采样筒插入海底沉积物中，然后将取样器提升到船甲板上，从而获取沉积物柱状样品；S202.利用声波信号发射采集系统在实验室中对获取的沉积物柱状样品进行声学特性测试，测量中心测量频率分别为25kHz，31.5 kHz，50 kHz，80 kHz，及100kHz；声波信号发射采集系统主要包括声波发射和采集电路、功率放大器、发射和接收换能器、柱状样品声学测试平台；在实验室采用轴向测试方法，首先将柱状样品进行分割成样品段，放置在声学测试平台上进行测试，发射换能器T和接收换能器R分别放置在柱状样品两端，然后发射声波，完
成对L段沉积物样品段的声学测试，沉积物声速计算公式为：（2）式中：V
取样
为沉积物取样测量声速值，单位为m/s；t为声信号初至时间，单位为μs；t0为换能器零声时修正值，单位为μs；L为沉积物的长度，单位为mm；实验室测量环境为标准大气压，温度为23℃。4.根据权利要求3所述的宽频域海底沉积物取样测量声速值校正方法，其特征在于，所述沉积物声速比计算的步骤，包括：S301.根据Mackenzie公式计算海水的声速值：V(T, S, z) = a1 + a2T + a3T2 + a4T3 + a5(S
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35) + a6z + a7z2 + a8T(S
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35) + a9Tz3这里T表示温度，单位为摄氏度；S表示盐度，单位为千分比；z表示深度，单位为米；S302.实验室取样测量的温度是T=23℃，盐度采用和海底海水一样的盐度S=S
海底
，深度z=0，代入到Mackenzie公式中，得到实验室海水的声速值V
实验室海水
；S303.将步骤S1采集到的海底海水的温度T
海底
，盐度S
海底
，和深度z数据代入到Mackenzie公式中，可以得到海底海水的声速值V
海底海水
；S304.分别计算实验室中的速度比和海底原位的速度比：（3）（4）。5.根据权利要求4所述的宽频域海底沉积物取样测量声速值校正方法，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：王景强，侯正瑜，李官保，阚光明，孟祥梅，孙蕾，莫丁昊，
申请(专利权)人：中山大学，
类型：发明
国别省市：