超短基线水下定位系统通信接口的实现方法

介绍了超短基线水下定位系统通信接口的软件实现原理和方法,详细讨论了程序中的几个关键问题,给出了以V isual C 为开发平台下的软件实现关键代码,并通过试验验证其有效性。     

超短基线定位原理及校正方法研究

通过探讨超短基线和GPS技术相结合的三维立体定位原理,分析超短基线定位误差来源,如安装偏差、声速误差、船姿态变化引起的偏差等,利用以最小二乘法为理论基础的动态校正法对超短基线定位误差进行了修正,将校正前后的定位数据标准偏差和剩余偏差处理后对比发现,这种方法可以极大地提高水下目标定位的精度,减少定位的误差,这也在实际应用...     

超短基线定位的海上应用及精度评估

超短基线定位系统可以为水下调查设备提供精确的定位信息,是当今海洋探测工作必不可少的装备。超短基线定位系统的定位结果包含了多种来源的误差影响,对超短基线定位数据进行有效的处理是保证水下精确定位的前提。本文通过对超短基线基阵进行校准,并对其定位精度进行精度评估,对海上应用采集到的数据进行处理分析,对原始数据中出现的跳点进行剔除、滤波处理,得到较可靠的水下定位结果。     

超短基线水声定位系统动态定位误差测试研究

现有对超短基线水声定位系统的误差研究多集中在静态领域,鲜有文献对其动态误差进行研究。 以 GAPS 作为主要试验设备对超短基线水声定位系统的动态误差进行了相关研究,提出了一种超短基线水声定位系统动态定位误差测试方法。使用圆概率误差半径进行度量,并通过湖上实验对 GAPS 的动态误差进行了测算,为水下定位系统校准/标定方法的研究奠定了重要基础。     

超短基线声学定位原理及其应用

声学定位系统（Acoustic Positioning System)的技术研究和应用开发在现代海洋科学调查中起着重要作用。以挪威Simrad公司的HPR410P超短基线定位系统为例，从几方面讨论了超短基线（Ultrashort Baseline)声学定位系统的原理、应用范围、定位误差来源及其相应的修正方法；通过最大程度地减少误差来提高系统的定位精度，从而获取高质量的海洋科研调查资料。     

抗差卡尔曼滤波及其在超短基线水下定位中的应用

基于测距定向原理的超短基线定位系统具有集成度高、操作简便的优势,但在缺少多余观测量的动态定位环境下,受外围传感器的可靠性和水声信号的传播特性的影响,超短基线定位结果中经常出现超出定位精度要求的粗差。为抑制粗差对定位精度的影响,本文提出了采用抗差卡尔曼滤波处理超短基线水下定位数据中的粗差,重点对比分析了目前国际上经典的Huber、IGG1、IGG3等价权函数的抗差滤波效果。利用Sonardyne Ranger 2超短基线采集的数据进行实验分析,实验结果表明,经典卡尔曼滤波受粗差影响严重,采用IGG系列权函数的抗差卡尔曼滤波方法可以有效降低粗差影响。     

超短基线定位系统在深拖探测中的应用

作为水下探测设备的载体,深拖系统可长时间大范围的进行海洋调查,其水下位置的准确与否,将直接关系到探测资料的可用度。该文从深拖水下导航定位的关键技术问题出发,总结了适用于深拖系统的水下定位方法,重点介绍了具备高稳定度、高精度等诸多优点的超短基线声学定位系统。结合实例,阐述了超短基线定位工作原理、误差分析及数据处理方法,在拖曳系统匀速直线运动状态下,基于抗差自适应卡尔曼滤波算法对超短基线定位数据进行了处理,滤除了定位数据中的跳点,得到了较平滑且与原始数据相吻合的滤波数据。     

一种适于浅水定位的超短基线装置与定位方法

针对浅水水域水声信号多途效应导致信道衰落,真实时延信号获取难度大的问题,研制了一种适用于浅水定位的超短基线装置,并提出一种附有约束条件的互相关时延估计方法。采用脉冲挑选和时延差相位修正方法对目标轨迹进行精确跟踪定位,某湖试实验结果表明,该方法的定位轨迹光滑稳定,野点少,定位精度高。     

超短基线系统定位精度改进方法

超短基线是一种常用的水声定位技术,与其它基线相比,超短基线定位系统基线基阵尺寸小,易于安装。由于在远距离误差发散快,超短基线作用距离不远,其远距离定位精度也不高。为了满足深海作业需要,提高超短基线远距离的定位精度,提出改进超短基线定位精度的两种方法,一种方法是通过改进基阵阵形,从而加大基阵孔径提高定位精度;另一种是通过使用宽带信号测向,采用相关峰内插时延估计的方法。经计算机仿真,通过两种方法改进后的超短基线系统定位精度都得到不同程度的提高。     

基于相关性分析的水下定位异常数据校正及丢失数据修补方法

超短基线是实现水下拖体设备精确导航定位的必备设备,是目前我国在国际海底区域进行资源深入调查研究的重要装备。受水声信号传播损失、多径效应和其它设备噪声等因素的影响,超短基线水下定位数据存在诸多异常点,已严重影响水下定位数据的可信度和使用。针对该问题,本文提出并实现了一种基于相关性分析的剔除随机异常点和回归填充改正算法,并采用国际海底区域实测水下定位数据对算法可靠性进行了验证,同时采用模拟仿真方法对小时间尺度的定位数据进行了预测对比,取得较好效果。结果表明,该算法快捷、有效,有望在后续国际海底区域调查中推广应用,为国际海底资源调查水下装备的准确定位提供直接服务。     

A data processing method for MAPR hydrothermal plume turbidity data and its application in the Precious Stone Mountain hydrothermal field

Hydrothermal plume is an important constituent of seabed hydrothermal circulation and is also one of the characteristics of active hydrothermal vents. Portable Miniature Autonomous Plume Recorders （MAPR） attached to a towed deep-sea instrument was used to search for hydrothermal plumes and hydrothermal vents. We introduced the basic principle of MAPR based on deep towing technology to detect plumes, then analyzed the factors affecting the quality of the MAPR data and presented a data correction method for MAPR, including instrument location correction, noise reduction processing, system error elimination and seawater background reduction. Finally we applied the method to analyze MAPR data obtained during the Chinese DY115-21 cruise on R/VDayang Iin the “Precious Stone Mountain” hydrothermal field on the Gala-pagos Microplate. The results provided a better understanding of the distribution of the hydrothermal activ-ity in this field, indicating the presence of a new hydrothermal vent.     

Mineralogical-geochemical features of sulfide ores from the Broken Spur hydrothermal vent field

A representative collection of hydrothermal sediments was sampled practically from all the hydrothermal mounds of the Broken Spur hydrothermal vent field from the Mir manned submersibles during three cruises of R/V Akademik Mstislav Keldysh. Mineral associations characteristic of different morphological types of sulfide ores from hydrothermal pipes, plates, and diffusers are assessed. Particular attention is paid to the distribution of minor elements and their distribution patterns determined by the mineralogical zonation. The measured isotopic value of the sulfur in the sulfide minerals appeared to vary from 0.4 to 5.2‰, which indicates their similarity with the ores from the Snake Pit vent field and is related to the dilution of hot ore-bearing solutions by seawater and reduction of the water sulfate ions to H₂S with a heavy isotopic composition.     

Record of hydrothermal activity in the Yuhuang hydrothermal field and its implications for the Southwest Indian Ridge:evidence from sulfide chronology

The Yuhuang hydrothermal field(YHF) is located between the Indomed and Gallieni fracture zones near the top of the off-axis slope on the south rift wall of Segment 29 on the ultraslow Southwest Indian Ridge(SWIR). Previous studies have shown that sulfides in the YHF formed during different mineralization episodes and the YHF has the greatest potential for the formation of large-scale seafloor massive sulfide deposits. However, the sulfide chronology and hydrothermal activity of the YHF remain po...     

海底大型多金属硫化物矿体内的流体过程

海底多金属硫化物矿体内热场和流场分布控制着多金属硫化物矿体的形成过程和成矿机制.在大洋钻探计划(ODP)和已有模拟实验研究的基础上,构建了一个具有三层结构的非均质海底多金属硫化物矿体模型,并利用地下热水系统体系模拟软件(Hydrothermal)模拟了不同渗透率情况下多金属硫化物矿体内部热场和流场的形态特征.模拟结果表...     

冲绳海槽中、南部热液活动区金属硫化物的地球化学特征

对新近(2014年)采自冲绳海槽南部Yonaguni Knoll IV热液活动区和中部伊平屋热液活动区的金属硫化物样品分别进行了X射线荧光光谱(XRF)和等离子体质谱(ICP-MS)分析,旨在通过对比分析两个热液活动区金属硫化物的元素地球化学特征,探讨两个不同热液活动区成矿元素的富集规律、热液成矿的作用过程及其区域差异。研究结果表明:在冲绳海槽中部和南部热液区分布有两种金属硫化物,分别为富Fe-Zn型硫化物和Ba-Zn-Pb型硫化物(+硫酸盐);相较于大洋中脊和其它弧后盆地的热液硫化物,研究区硫化物中Pb的含量明显较高,而Cu和Fe的含量相对较低,这与冲绳海槽存在较厚的沉积盖层有关;无论是常量元素、微量元素、还是稀土元素(REE),其含量和相关的特征值都变化较大,表明研究区热液硫化物形成于不同的热液成矿阶段;富Fe-Zn型硫化物是在高温热液活动阶段形成的,而Ba-Zn-Pb型硫化物(+硫酸盐)则形成于热液喷出海底与海水混合的过程中,成矿温度较低;即使在同一热液活动区,成矿环境也有较大变化,主要表现在成矿温度的波动上;研究区热液硫化物中REE的配分模式特征表明硫化物中REE的物源相同,但经历的过程(REE的迁移和富集)有所不同,反映了热液硫化物形成于不同的热液成矿阶段;热液成矿作用存在区域性差异,海槽南部的成矿温度较中部低,成矿物质来源方面,南部热液区硫化物的Pb含量较中部高,表明其成矿物质可能部分来源于沉积物。     

Fault inference and boundary recognition based on near-bottom magnetic data in the Longqi hydrothermal field

Near-bottom magnetic prospecting, which provides useful information to study shallow geological structures, is an efficient method for investigating active and inactive hydrothermal fields and researching the structure of hydrothermal systems. We collected near-bottom magnetic data in the Longqi hydrothermal area on the Southwest Indian Ridge using the Autonomous Benthic Explorer in 2007 and set up a processing system for magnetic data calibration. By removing the influence of terrain on magnetic anomalies and using the intensity of the spatial differential vector (ISDV) method, we inferred the presence of an N–S-trending fault and estimated its crush zone to be about 120 m wide and >2 km long along the known hydrothermal vents. This inferred fault is consistent with the precise topography mapped during the ABE 201 dive. The fault may be connected to a known detachment fault and form part of a hydrothermal channel. We delineated the hydrothermal alteration zone using the ISDV method and conclude that demagnetization was induced by hydrothermal alteration.     

西南印度洋洋中脊热液A区海底地震仪数据处理初步成果

在西南印度洋热液活动A区(49°39′E)开展的三维海底地震仪(OBS)探测实验为研究该区域的深部地壳/上地幔结构提供了重要基础,而OBS数据处理是获取研究区三维速度结构的基础环节。文章介绍了此次实验中所用的3种不同类型OBS(国产、法国和德国OBS)的数据处理流程,包括地震数据解编处理、截裁处理和地震信号的可视化处理;并以第2790炮为例分析了3种类型OBS记录数据的波形和频谱特征。结果表明,由于受不同类型OBS的频带、传感器和拾震器等影响,国产与法国OBS都能记录到长周期和短周期噪音,而德国OBS只记录到短周期噪音;但经带通滤波后,3种类型OBS都能够很好地压制噪音,突出有用的气枪信号;对比3种类型OBS(分别以OBS04、OBS08和OBS23为例)沿主测线X1X2的综合记录剖面,发现3种类型OBS都能够记录到多组清晰可靠的P波震相,如直达水波、Pg、PmP和Pn震相,为下一步A区的三维层析成像奠定了坚实数据基础。     

利用应力场预测热液区域——以TAG区为例

本文根据TAG区的钻探资料及岩心测试结果,建立了双层地质模型,在此基础上利用ANSYS应力软件并结合TAG热液区的地形数据对该区进行应力模拟。结果表明:热液喷口区域与最大水平应力低值区有较好的对应关系。其中仍处于活动状态的TAG丘状体区呈现明显的局部最大水平应力低值;而已经停止活动并且不具有典型喷口地形的MIR丘状体区域则处于最大水平应力的非封闭低值区域。据此,本文在TAG丘状体区域圈定了5个喷口可能区域,钻探结果揭示区内存在较好的矿化和蚀变现象,表明应力场预测法可能是一种有效的成矿预测方法。     

超慢速扩张环境下超镁铁质岩系统的热液硫化物成矿机理以及启示

西南印度洋63.5°E热液区是在超慢速扩张洋脊发现的首个超镁铁质岩热液系统。对取自该区的热液硫化物样品进行了系统的矿物学和地球化学分析,矿物学分析结果表明:该热液区硫化物为富Fe型高温硫化物,且经历了较深程度的氧化蚀变,大量中间态的Fe氧化物充填在硫化物矿物间的孔隙及内部解理中;这些硫化物相以白铁矿为主,其次是等轴古巴矿和少量铜蓝,缺乏黄铁矿、闪锌矿。据推断,该区的热液成矿作用分为4个阶段:低温白铁矿阶段→高温等轴古巴矿阶段→自形白铁矿阶段→后期海底风化阶段（少量铜蓝以及大量的Fe的羟氧化物）。与之相对应,地球化学分析结果表明这些硫化物的Fe含量较高（31.57%~44.59%）,Cu含量次之（0.16%~7.24%）,而Zn含量普遍较低（0.01%~0.11%）;微量元素较为富集Co（328×10-6~2 400×10-6）和Mn（48.5×10-6~1 730×10-6）。该区硫化物中较高含量的Fe、Co与超镁铁质岩热液系统相似,明显高于镁铁质岩热液系统。独特的热液硫化物矿物学特征和元素组成可能与该区普遍出露的地幔岩、橄榄岩蛇纹石化作用以及拆离断层的广泛发育的环境有关。     

Control of the stress field on shallow seafloor hydrothermal paths: A case study of the TAG hydrothermal field

The stress state and rock mechanical properties govern the growth of faults and fractures, which constitute shallow hydrothermal pathways and control the distribution of seafloor massive sulfide (SMS) mounds in the seafloor hydrothermal field. The stress field has an important influence on the formation and persistence of hydrothermal pathways. Based on multibeam bathymetric data from the Trans-Atlantic Geotraverse (TAG) field, we establish two three-dimensional geological models with different scales to simulate the stress field, which investigate the characteristics of hydrothermal pathways and associated SMS mounds. The simulation results show that oblique faults and fissures form in the tensile stress zone and that mounds, including active and inactive hydrothermal mounds form in the compressive stress zone. Fault activity, which is related to the stress field, affects the opening and closing of hydrothermal channels and changes the permeability structure of subseafloor wall rock. Therefore, the stress field controls the development and persistence of shallow hydrothermal pathways. The features of shallow hydrothermal pathways in the stress field can provide geomechanical information that is useful for identifying favorable zone for SMS deposit formation.