中国科学院声学研究所 海洋声学技术实验室

海洋声学技术实验室成立于1987年,现总人数36人,包括研究员4人,副研究员3人,其中博士生导师2人。 在朱维庆研究员领导下取得了多项成果：1．高分辨率海底成像技术,高分辨率测深侧扫声纳达到国际领先水平,测量海底微地形地貌,已形成深水和浅水系列。2．声学测速技术,大深度声相关计程仪和声相关海流剖面仪适用于深水远程导航系统和深水流场测量,我国是掌握了此项技术的世界上少数国家之一;拥有自主知识产权的声多普勒海流剖面仪和声多普勒计程仪,已成功地应用到各个方面。3．水声通信技术,独立提出了性能优良的水声相干通信技术,     

黄东海灾害地质类型及声学反射特征

高分辨率声学剖面资料是识别海洋灾害地质现象的有效手段。该文利用国家“12 6”专项调查在黄东海海域获得的各种声学剖面及历史资料 ,在黄东海海底及浅层识别出多种灾害地质类型 ,如潮成沙脊、沙波、古河道、断层、浅层气等。根据对它们的声学特征及成因机制的分析 ,作者认为 :潮流是黄东海海底表层灾害地质形成的主要动力因素 ;而浅层灾害地质因素以古河道、断层、浅层气等为主。     

海底沉积物声学的现场测量和取样系统

1 引言 随着海洋开发和军事海洋学的兴起,海底声学参数的现场取得成为海底沉积物物理学方面极为关注的事情.沉积物声速与物理力学参数之间的密切关系,成为利用声学方法反演得到海底工程性质的基础.人们已日益对这方面的认识得到加深.声学技术逐渐成为有效探测海底沉积构造,寻找海底资源的有用工具,特别是声源技术、信号处理、终端显示技术、计算机技术和其他电器零部件的进步,使得采用声学方法直接测量和识别海底沉积物类型、性状、层理成为可能.本项目的提出,至少有如下几个方面的迫切需要.     

声学与海洋沉积学交叉领域的研究

声学与海洋沉积学交叉领域研究可分为“沉积层声学特性的研究”、“海底高频声散射或低频声反射与底质类型之间关系的研究”、“回声参数反演海底类型技术”和“海底回声图象识别海底沉积类型技术”4个方面的研究,较详细论述了4个方面的国内外研究现状,最后提出了该领域进一步研究的战略思路。     

海底浅表层沉积物原位声学测量方法探讨

研究透射式和折射式两类海底沉积声学原位测量方法,通过分析10种海底浅表层沉积物声学原位测量仪器的特征,指出不同声学原位测量技术对沉积物声学特性测量结果的影响。比较黄海海底浅表层沉积声学原位测量数据与实验室测量结果的差异,分析原位声学测量数据普遍小于实验室测量数据的原因,指出原位测量的作用和重要性。探讨指出海底浅表层沉积物原位声学测量所需要配合发展的其他物理性质原位测量技术。     

浅层地震声学剖面的声地层学解释

浅层地震声学剖面测量是用声波探测水深和海底沉积物分层结构的技术方法,并采用声地层学方法来进行浅层地震声学剖面解释.通过对东海某区的剖面海底浅层沉积物有效地解释和研究,具有良好的应用前景.     

广西近海灾害地质因素及声学反射特征

利用高分辨率地球物理资料及相关历史资料,对北部湾北部的广西近海灾害地质因素进行了地质地球物理解译,识别出海底沙波、海底沙脊、塌陷洼地、冲刷沟槽、浅层气、残积砂体、地层间断、埋藏丘、埋藏古河道等多种灾害地质因素.根据它们出现的频率、规模及声学特征可知:浅层气和埋藏古河道是广西近海最为发育的灾害地质因素,其对海洋工程的施工与建设有较大的危害性.     

海底声学底质分类技术的研究现状与前景

对海底声学底质分类技术的研究现状进行了分析。介绍了目前典型的底质分类设备、软件以及可采取的分类方法,探讨了我国开展海底声学底质分类技术研究、开发的可行性与具体实现的思路。     

国家海洋局第二海洋研究所自主研制的“多频海底声学原位测量系统”通过专家鉴定

近日,国家海洋局海洋科学技术司在杭州主持召开了“多频海底声学原位测量系统”科技成果鉴定会。来自国家海洋局第一海洋研究所、715所、国家海洋技术中心、浙江大学、杭州电子科技大学和中国计量学院等专家组成的鉴定委员会,听取了由陶春辉研究员代表成果完成单位所作的技术研究报告和工作报告,并审阅了查新报告、应用证明等相关资料。     

声学地层剖面深水探测研究与开发

深水浅部地层精细探测是深海地质勘探与资源开发的重要调查内容。与浅水海域声学地层剖面探测相比,深水地层剖面探测会遇到严重的能量衰减、大数据量长时间反射序列采样、纵向地层分辨率降低以及横向空间覆盖率偏稀等问题,为解决这些问题,国外仪器商采用了不同的方法。采取重采样减少数据量会严重影响纵向分辨率;采取MultiPing技术可以很好解决横向空间覆盖率问题,但多Ping接收采用海底追踪变深度范围采集会造成反射同相轴跳跃突变,或采用短时间间隔采集会造成回波数据无法准确计算海底深度。为了解决这些技术问题,作者研究开发了相关的技术处理方法,解决MultiPing技术反射同相轴拼接改正处理和海底深度记录延迟处理,这些问题的解决为深水浅部地层精细探测提供了技术保障。     

JFR 海底热液区多波束声纳数据处理与分析

基于收集到的东太平洋海隆北段Juan de Fuca Ridge热液活动区的高精度多波束声纳数据,应用加权移动平均算法, 生成典型的高精度海底DTM;应用声纳图像处理技术,生成高分辨率海底声纳镶嵌图,并对其海底地形及海底声学图像进行 处理和分析。通过处理与分析,对JFR热液区海底地形地貌特征有了初步认识,对于我国大洋调查和海底热液区探测具有一 定的借鉴作用。     

海底沉积物声学特征定量分析及其智能分类研究

海底底质特性描述及分类是当今浅海声学的研究热点,海底沉积物的物理结构特性与其声学响应特征密切相关。在分析海底沉积物声传播特性的基础上,应用现代计算机信号分析技术手段,对海底沉积物声学响应波形提取了4个特征参数:声速、波幅指数、波形关联维分形指数和声波频谱的频率矩。以这4个特征参数作为输入向量,海底沉积物的结构类型作为输出向量,建立径向基概率神经网络模型。研究表明建立的神经网络模型具有较强的海底沉积物分类预报能力。     

海底声学探测技术装备综述

先进的海底探测技术装备是快速和准确获取海底信息的关键,海底声学探测是目前最常用的方式之一。文章分别介绍多波束测深声呐、侧扫声呐、浅地层剖面仪和合成孔径声呐的研究现状、主流产品和发展趋势,分析我国相关技术装备存在研发较落后和产业化水平较低等问题,并提出加强军民融合,做好顶层设计以及推进产、学、研深度融合的建议。     

海底底质声学原位测量电路控制系统研究

介绍了一种液压驱动贯入式海底沉积声学原位测量系统的电路控制单元的研究实现过程,以及该控制单元在南海北部海底沉积声学调查中的应用。该电路控制单元以Cortex-A8处理器为核心,集成大容量FLASH存储器,与单片机接口控制板进行串口通讯,实现对声学发射采集单元和机械液压贯入单元的可视化控制和监测。基于该电路控制单元,海底底质声学原位测量系统兼具自容式和在线式两种工作模式,可自容记录或实时采集声学原位测量单元在海底的工作状态数据、海底沉积物声速和声衰减系数等声学特性数据。该声学原位测量系统的实验室联调及南海海试结果表明,使用该电路控制单元对海底底质声学测量过程的监测与控制是有效的,对精确获取海底底质的原位声学特性有重要作用,可以促进海底底质声学原位测量系统的产品化。     

济州岛南部海域海底声呐图像分析与声学底质分类

东海北部外陆架靠近济州岛南部海域,是黄海槽向冲绳海槽延伸的部分,属于黑潮分支黄海暖流的通道入口,分布着脊槽相间的海底底形,对其海底声呐图像的处理分析及声学底质分类的分析研究,有助于了解该通道海底底形表层纹理特征及沉积物分布规律。基于在济州岛南部海域获取的多波束声呐数据,应用图像处理技术和方法,对数据进行了处理,获得了海底声呐影像图,并对其表层纹理特征进行了描述和分析;同时,基于多波束反向散射强度数据,结合19组海底地质取样数据,建立研究区海底反向散射强度与沉积物粒度特征之间的统计关系模型,并以改进的学习向量量化神经网络方法,实现对海底粉砂质砂、黏土质砂以及砂-粉砂-黏土3种底质类型的快速自动分类识别。     

海底沉积物声学参数相对量测量技术

针对目前海底沉积物声学特性普遍采用的绝对量测量方法的不足,提出了一种通过相对量来测量海底沉积物声学特性的新方法。并基于本测量方法原理设计了以声波探针为传感器、复杂可编程逻辑器件为核心的多通道声信号测量系统。本系统可发射单个、几个和连续的正弦波或脉冲波,且可在小频率范围内进行扫频。既可测量小距离(如一个波长以内)海底沉积物声波参数,又可测量长距离(如100个波长以上)海底沉积物声波参数。用本系统测量了一批海底沉积物样品,通过实验验证了测量系统的有效性。     

中国黄海、东海和南海北部海底浅层沉积物声学物理性质之比较

黄海、东海和南海北部海底沉积物声学物理性质存在着差异,这与海区海底地质和沉积环境有关。取样所及的海底沉积物样品分析表明:黄海实验海区海底有6种沉积类型,东海实验海区海底有3种沉积类型,南海北部大陆架海区海底有6种沉积类型。三个海区的沉积物密度为1.48～2.03g·cm-3;沉积物含水量为10%～90%;沉积物孔隙度为65%～80%;沉积物纵波声速为1460～1916m·s-1;沉积物横波声速为115～611m·s-1。     

声学方法进行海底沉积物遥测分类:综述

本文讨论利用声学遥测方法进行海底沉积物分类的目的、用途及该项技术的发展背景和现状。重点介绍目前主要的用于浅、表层沉积物分类的声学遥测方法，包括选通等幅脉冲、宽频带脉冲、连续线性扫频脉冲等正入射方法和侧扫声呐、多波束测深等斜入射方法。回顾它们的发展历史，评述它们的技术现状，并讨论它们的进一步发展     

浅海沉积层声学特性对声传播损失的影响仿真研究

为厘清海底沉积层声学特性信息的水声环境保障需求,构建浅海两层海底环境参数模型,并参考Hamilton海底底质9种分类设置沉积层声速、密度、衰减系数及厚度的参考值及计算采样区间,利用Kraken简振波模型,采用控制变量的方法,研究了浅海沉积层声学特性参数对声传播损失的影响;开展了建模理论推导及数值技术分析,研究了海底沉积层声学特性参数在模型计算过程中调用过程,并从建模计算的角度对仿真计算的结果进行解释,对海底沉积层声学特性调查装备发展及调查重点参数具有一定的参考价值。     

菲律宾海深海海底沉积物声学特性与物理性质相关关系

为研究深海海底沉积物声学特性与物理性质相关关系,于2016年11月在实验室对水深3164～5 592 m的菲律宾海深海海底沉积物柱状样品的声学特性进行测量,获取了沉积物声速、声速比、声阻抗、声阻抗指数等声学特性参数。结合沉积物的孔隙度和密度等物理性质参数,分析了海底沉积物声速、声速比、声阻抗、声阻抗指数与孔隙度、密度的相关关系,建立了该海域海底沉积物声学特性回归方程。研究结果表明:研究区深海数据与浅海回归方程符合度较差,与深海回归方程符合度较好;Hamilton校正方法有助于修正实验室测量引起的温度和压力误差,声速比与Hamilton方程符合度比声速好;声阻抗和声阻抗指数与物理性质参数的相关性优于声速和声速比。此外,研究认为由于海底沉积物的沉积环境较为复杂,其声学特性回归方程存在差异。由于上述差异的存在,在使用基于不同海域数据建立的回归方程进行海底沉积物声学特性预测时,应加以区别对待。该研究丰富了深海海底沉积物声学数据,对促进深海海底沉积物声学深入研究具有一定的借鉴意义。