深远海声速资料对比及校正方法研究

为准确获取深远海海洋声速资料,充分了解深水声速规律,选取了西太地区两个水深超过5000m的S1和S2站位的声速资料为研究对象,以SVP(声速剖面仪)实测资料为参考标准,通过对CTD资料利用Chen-Millero、Del-Grosso以及Wilson的3种经验公式计算的声速与SVP资料进行对比分析,得出Del-Grosso经验公式计算的声速误差最小。为进一步提高声速资料精度,对Del-Grosso公式进行修正,并利用另外3个站位数据进行验证,发现利用校正后的公式计算的声速资料精度明显提升,这为其他深远海区利用CTD或其他温盐深资料获取高精度声速资料提供参考。     

水下声学定位中声速改正方法的比较

介绍了水下声学定位原理以及目前常用的几种声速改正方法,提出了一种泰勒级数展开法和声线修正法组合的声速改正方法。通过模拟算例,将加权平均声速法、泰勒级数展开法、等效声速剖面法、声线修正法和组合方法进行了比较,展示声线修正法和组合方法的效果。     

一种等效声速梯度的迭代计算方法

等效声速剖面法将实际复杂的声速剖面用一个简单的声速剖面等效替代,在声线跟踪时可以提高计算效率。但在多波束测深系统归位计算中,由于地形的起伏,对每ping各个波束使用单一的等效声速剖面会影响计算精度。通过仿真实验分析了地形起伏对等效声速剖面法计算精度的影响,提出了一种等效声速迭代算法,通过实验发现,相比于常梯度声线跟踪算法,迭代算法可达到同等精度水平,并有更高的计算效率。     

利用改进泰勒级数法对磁异常场进行向下延拓

基于高精度的磁异常场垂向导数,提出采用改进泰勒级数法实现磁异常场的向下延拓。通过仿真试验数据对提出的向下延拓方法进行了验证,结果表明,该方法可实现磁异常场稳健向下延拓,其计算精度要优于目前常用的傅里叶变换法和常规泰勒级数法计算精度。     

海水声速直接测量和间接测量结果分析

文中使用了2001～2003年问的海上调查的CTD和声速仪SVP数据,通过直接测量的声速与常用的三种利用CTD计算声速的经验公式所计算的声速剖面进行对比,并采用了相关运算和回归分析,结果表明:在三个经验公式中,Chen-Miller公式与实测声速吻合得最好;表明历史上大量的CTD资料(河口区除外)可直接用来换算声速剖面,进而用于声场预报。     

海底沉积物孔隙度与声速的关系

给出大陆架海底沉积层中声速(压缩波)V_p依赖于沉积物孔隙度n的一个新的经验公式,该公式当n=100时,V_p=V₀,V₀为海底水声速.公式的计算值与我国周边大陆架测量值吻合较好,并将其结果与国内外成果作了对比讨论.     

三种常用声速算法的比较

在近几年的西太平洋调查中使用了SV Plus声速测量仪,共获取了46个站点的声速剖面,并基于同步观测的CTD数据,利用3种常用的声速算法计算了这些站点的声速剖面。所有这些站点的测深度均超过1500m,而且调查时间为3个不同的季节。CTD数据计算得到的声速剖面与声速测量仪器观测的声速剖面的比较表明,在三种算法中,Chen和Millero算法在积分平均意义上是最好的。当定点比较时,在水深大于800m或者小于200m的范围内,Wilson算法较好;在其他水深范围内,Chen和Millero的算法的计算结果和实际测量结果较为一致。     

多波束测深系统最优声速公式的确定

本文对现有的7种声速经验公式，根据其不同的适用范围，不同的水文环境，计算出各自不同的声速和声速变率，并对这些数据进行统计分析，得出了适合不同水层的最优声速公式，该结论在浅水区被验证是正确的。     

海底地形测量成果的质量检核评估(二):深远海海域声速剖面的获取

声速改正是海底地形探测资料处理的关键技术环节之一,而声速剖面的质量则将从源头上影响声速改正的精度。针对当前深远海海域海底地形探测中在何时、何地布放何种声速仪器获取声速剖面性价比更高的技术难题,提出将海底地形和温盐场作为在深度方向和时空间布放声剖站的设计依据,开展了基于WOA13温盐场提高XBT计算声速剖面精度试验。结果表明,基于已有的海底地形和温盐场可提高深远海海域声速剖面站布设的性价比。     

温盐深变化对波束脚印坐标的影响规律分析

在多波束测深中,温盐深剖面数据的准确性对测量精度起到非常重要的作用,而在实际测量中,温盐深误差又不可避免地存在。为了分析温盐深变化对波束脚印坐标的影响规律并将其影响值量化,本文在声速剖面间接测量数据的基础上,选择精度较高、适应性较强的声速经验公式推导其误差公式,计算温盐深变化所引起的声速误差值,并且在常梯度声线跟踪模型的基础上推导出声波旅行轨迹的水平位移和垂直位移误差公式,然后结合声速剖面计算出声速误差对波束脚印坐标的影响程度。实验结果表明,温度变化对声速的影响最大,盐度和深度依序次之;温度、盐度、深度3个参量的变化引起波束脚印Z坐标的变化量均大于X、Y坐标,最高可达变化前深度的0.6%。温度和盐度的变化引起的三轴坐标值变化量随入射角的增大而减小,而深度变化引起的三轴坐标值变化量几乎不随入射角的变化而变化。本文研究结果可为温盐深误差对多波束测深精度评估工作提供借鉴作用。     

印度洋某测区多波束测量声速改正分析

海水声速是影响多波束测深精度的主要因素之一,声速改正方法是否正确直接关系测量结果的精度和可靠性。为保证多波束测深精度,除需具备符合精度要求的多波束系统及其外围设备外,在测量过程中还必须保证各项校正和改正的精度,而在各项校正和改正过程中最难以控制精度的因素便是声速改正。因此,应在测量前充分了解测区的声速变化情况,掌握海区声速变化特征,确定合理的声速剖面测量间隔和布设方位。文中阐述了海水声速特性,分析了印度洋某测区温度、盐度、声速变化规律,对多波束测深进行了正确的声速改正。     

HY1200声速剖面仪计算测深仪声速改正数方法

介绍了HY1200声速剖面仪平均声速的定义及应用,以及用平均声速进行测深仪声速改正数的方法和公式。     

全球海域最优声速计算模型的综合选定(二):精度分析及实际应用

基于经核实的多个常用声速计算模型开展了精度比对,提出了全球海域最优声速模型选定的基本要求,证明了Del Grosso、Chen-Millero、C.C.Leroy2008及Coppens式适用性更强。优化了现行海道测量规范中由水文资料计算声速改正数的方法,设计并开发了适用于全球海域水深测量的声速剖面计算及改正新软件。     

BP神经网络在构建声速场中的应用研究

利用BP神经网络,探讨建立某测深区域三维声速场的数学模型,实现了声速剖面的拟合与预测,声速剖面误差为厘米级,此外分析计算证明声速剖面误差带给单波束测深的影响满足测量精度要求,在波束角小于70°时多波束测深的精度也能够达到测量精度的要求。     

海洋声速起伏对声传播及定位精度影响分析

海洋中声速起伏导致水声信道发生变化,进而引起声线到达结构的变化,对水声传播及定位精度产生一定影响。为讨论这一效应,基于TDOA体制建立了考虑声线弯曲的水下目标无源定位模型,分析了声速起伏对水下声传播路径及传播时间的影响,进而研究了声速起伏对水下无源定位测量精度影响程度。结果表明:当水平传播距离较大时,声速剖面起伏对声传播路径及传播时间的影响更为显著;以典型四元阵为例,若基线长度为20 km,接收阵位于水下5 km处,在不考虑其它随机误差影响下,海洋声速起伏造成的声源定位误差量级在0.5 m以内。分析结果有助于更好地利用环境特征优化无源定位测量方案,可为高精度水下无源定位系统设计及精度评估提供依据。     

超高阶地球重力场模型的高程异常优化算法

通过分析比较标准前向列推、标准前向行推、跨阶次递推和Belikov列推4种缔合勒让德递推算法的精度、稳定性以及计算速度,提出了选取Belikov列推法来解算超高阶重力场模型高程异常;研究探讨了基于严密球谐级数展开、保留泰勒级数展开的零阶项和保留至泰勒级数展开一阶项计算模型高程异常的三种算法,并进行了实验计算分析。结果表明,保留至泰勒级数一阶项的模型高程异常既能保证计算速度也能达到足够的精度,可满足大区域高分辨率高程异常建模的需求。     

联合WOA2018温盐模型及实测温盐资料重构全深度声速剖面(四):声速剖面应用

在深远海海域开展多波束水深测量时,受海上苛刻作业条件等多种影响,获取全深度声速剖面往往比较困难。首先联合WOA2018温盐模型和多个站位CTD、XCTD实测温盐剖面资料开展了全深度声速剖面重构,进而使用三组来源不同的全深度声速剖面开展了多波束测深声速改正对比分析。从试验结果看,这几组声速剖面对多波束测深精度的影响基本一致。特别是当假定CTD站位采用XCTD设备并由此推算深度大于1099m的温盐及声速剖面时,多波束测深的声速改正结果也能满足海底地形成果的质量要求。     

基于多波束数据的声速误差自动改正方法

讨论了声速误差对多波束测深值的影响,在此基础上,建立了自动搜索等效声速剖面的改正方法。该方法利用多波束实测数据搜索等效声速剖面,取代实测声速剖面,可削弱声速误差的影响。实例计算表明,利用多波束实测数据建立的声速剖面自动改正方法,能够有效地消除声速误差的影响,并且在处理过程中不需要人工干预,较大地提高了改正效率。     

南海南部海域岛礁区海底珊瑚砂声速影响因素的初步研究

通过对南海南部海域岛礁区科学考察数据资料的分析研究,得出了岛礁区海底珊瑚砂的纵波声速随孔隙度、含水量增大而减小,以及声速随中值粒径、湿密度增大而增大的统计结果,并在Biot和Wyllie的松散饱和水沉积物声速理论公式与模型基础上,解释了物理力学因素对海底珊瑚砂声速的影响机制,阐明了固相因素和液相因素的强弱变化引起声速增大或减小的理论原因,分析了各种声速经验公式在海底珊瑚砂声速估算上的精度差异,得出了有必要建立包括海底珊瑚砂在内的单一类型声速经验公式的初步结论。     

MVP在综合调测中对多波束声速改正的应用

走航式温盐深剖面系统(Moving Vessel Profiler,MVP)在走航情况下,快速获取每一海水深度层的温度、盐度和电导率等数据,在现代远洋综合调测中发挥越来越重要作用。文中主要分析了MVP采集的声速剖面数据,提供给多波束测深系统进行声速改正的应用。经分析论证,此改正方式可行,不仅满足多波束测深数据的精度,而且能最大限度的实现数据共享,节约了时间成本和经济成本。