海洋水下声探测信号的分类与分析

水下声探测是外国调查船和水下文物盗捞船进行非法调查和探测的主要技术手段,根据信号的主要声特征,对海洋水下声探测信号进行分类,分为宽带中、低频信号和窄带高频信号.在福建兴化湾海域采集了浅地层剖面仪信号、电火花声源信号、侧扫声纳信号和单频测深信号4种代表性的海洋水下声探测信号,根据声特征分析给出了对应的分类,其中:浅地层剖面仪信号为信号类型确定的中、低频信号;电火花声源信号为宽带脉冲中、低频信号;侧扫声纳信号和单频测深信号为窄带高频信号.通过对4种实测声探测数据的分析研究,给出了对应类型的海洋水下声探测信号的分析、提取方法,其中:信号类型确定的中低信号和窄带高频信号在初步的时、频分析基础上,可通过带通滤波提取;宽带脉冲中、低频信号在初步的时、频分析基础上,可尝试通过小波尺度相关滤波的方法提取.结合已知的水下声探测信号的主要声特征,实现对采集的海洋水下声探测信号的识别.     

南海浅海海底沉积物的声衰减

报道了南海浅海海底沉积物的声衰减性质。给出了测量和计算海底沉积物声衰减的方法。分析讨论了不同频率下的声衰减以及与若干个海底沉积物物理参数的关系,结果表明,同一类型沉积物在高频段时的声衰减要比低频段的声衰减大;同一频段下粗颗粒沉积物的声衰减要比细颗粒的声衰减大;北部湾海底浅层沉积物声衰减在低频100kHz下为80~150dB/m,在高频1MHz下为150~360dB/m;海南岛南部外海海底浅层沉积物声衰减在低频下为66~160dB/m,在高频1MHz下为190~350dB/m;高频段的数据与台湾海峡北部海底表层沉积物声衰减测量分析数据比较接近,而低频段的数据与台湾海峡北部海底表层沉积物声衰减测量分析数据有较大的差别。     

参量阵浅剖及电火花震源浅剖互补性分析

参量阵浅剖和电火花震源浅剖均具有分辨率高的特性,通过对比探测原理以及分析实测剖面,发现电火花震源浅剖和参量阵浅剖频带范围互不干扰,电火花震源浅剖的鬼波效应造成海底以下10m范围内地层判读困难,而参量阵浅剖则在10m以浅地层内具有极高的分辨率,基于二者良好的互补性,提出在海洋区域地质调查中同步应用参量阵浅剖和电火花震源浅剖两种技术手段的设想,进而提高区域地质调查精度,丰富区域地质调查成果。     

平面参量发射换能器

参量差频声源具有低频、宽带,高指向性及低旁瓣的优点。非常适用于海底剖面仪及低频、高分辩率的目标探测中,在海洋水下通讯及水下导航中也有应用。     

船载多普勒声雷达

近20年来,声雷达已广泛地应用于陆地大气边界层的探测,并取得了很有价值的观测结果.由于在海洋上观察比较困难,声雷达在海上的观测还做得较少.在JONSWAPⅡ期间,Ot-tersten等[1]首先进行了船载声雷达的观测;在GATE(Global Atmospheric Research ProgramAtlantic Tropical Experiment)研究计划中,Mandics等[2]在美国NOAA的“海洋”号船上安装了单点声雷达,进行海洋大气边界层的温度层结探测.     

面向不同解释目的的参量阵浅剖处理

为了更好地利用浅剖资料进行浅剖解释工作,利用参量阵浅剖仪CW模式发射的短时连续波采集的浅地层剖面资料,经过资料特征分析,进行了预处理(包括数据拼接、延迟校正、球面扩散补偿、道间振幅均衡和大值干扰压制处理)。在预处理的基础上,首先提取资料的瞬时振幅(波形包络)并对其进行带通滤波,资料的低频成分突出,同相轴连续,分辨率适中,该处理结果适合用于构造解释。而后,对波形包络资料进行提频处理,在保留低频成分的同时突出高频成分,分辨率高,但在构造较陡部位同相轴连续性较差,该处理结果适合用于薄层砂体刻画。     

浅地层剖面探测技术及应用

浅地层剖面技术是应用声学原理高效获取海底面之下浅部地质地球物理信息的探测技术,主要应用于海底浅地层信息探测和海底特殊目标调查等方面。以往研究者主要集中在浅地层剖面的具体应用,未对不同类型的浅剖应用效果进行综合对比分析,本文比较4种不同类型浅地层剖面系统的组成、工作方式和探测技术参数,认为不同尺度的探测目标需要应用不同类型的浅地层剖面系统。分析和对比不同震源类型浅剖的应用案例,发现电火花震源穿透能力最强,分辨率随工作频率的增大而提高;电磁式震源穿透深度与分辨率适中;压电换能器震源分辨率较高,穿透能力弱;参量阵震源利用差频原理,信号中包含高频与低频两部分,能够同时得到较高的分辨率与较大的穿透深度。未来浅地层剖面探测技术向深穿透、高分辨率、高效率、二维向三维甚至高维探测方面发展。     

浅海海底管道探测技术探讨

近年来,随着我国海洋资源的不断开发,越来越多的海洋油气资源采用海底管道(输油、输气等)输送到陆地.这些管道长期在水深较浅的海底中,容易受到风浪、潮流或其他外力作用,一旦发生悬空或断裂,不仅会造成大量的经济损失,而且可能产生重大的海洋污染,从而带来巨大的社会不良影响.因此,对海底管道定期检测非常重要.海底管道铺设后要进行检测,探明海底管道在海底的实际状态,查明受破坏的程度和位置,以便进行维护.通过分析表明,采用测深仪、SES-96声参量阵极浅地层剖面仪及侧扫声呐进行综合探测是比较有效的方法.     

不同光声脉冲信号与液体非线性参量测量

在不同的条件下，脉冲激光在液体中激发的光声脉冲波的波阵面可近似为平面，柱面或球面．具有不同波阵面的声脉冲在液体中传播时，其前沿上升时间随传播距离的变化规律不同，因此，液体非线性参量和声脉冲上升时间改变量之间的关系也不同。本文讨论了平面、柱面和球面的波阵面的光声脉冲波的上升时间和传播距离的关系，并给出了相应的Ｂ／Ａ的表达式．     

运动目标的主动声探测脉冲回波信号波形重构

水下主动声探测是水下目标探测的主要技术之一,其目标回波信号的模拟技术对水下作战防御、声呐和水中兵器以及水下目标探测系统的研制、实战操作训练等多项国防及民用领域具有十分重要的作用。 针对常见的 CW 和 LFM 主动声探测信号,开展了运动目标回波信号波形的重构技术研究。 在捕获得到主动声探测脉冲的条件下,利用“波形存储重发”的基本方法,根据运动目标相对运动速度,重新设置回波信号采样频率,从而实现宽带回波信号(LFM 信号)及窄带回波信号(CW 信号)的多普勒频移模拟。 根据目标回波时延信息,给出了目标回波时延重构模拟方法,并根据不同目标类型和入射方位给出了目标强度参数设置的参考。     

开关型D,C./D、C、升压变换器

变换装置共有四个开关型升压变换器,以24伏蓄电池做电源,变换后能同时给出两路相同的输出,其值为:—300~v/30~(nA);700~v/10~(nA);2000/10~(nA)。它是为满足参量阵声纳的现场使用而研制的,同样适用其他场合变换器有四个特点:变换比大;输出电压高;负载电流大;开关频率高。它在能够给出高电压大电流的开关电源中并不多见。     

白令海和楚科奇海表层沉积中的有孔虫及其沉积环境

通过对白令海和北冰洋楚科奇海39个表层沉积样品中有孔虫的定量分析,发现表层沉积中浮游有孔虫稀少可能与该区表层生产力低、碳酸盐溶解作用较强有关,而底栖有孔虫的分布则主要受表层初级生产力以及与水深相关的碳酸盐溶解作用和水团性质所控制,其中北冰洋楚科奇海陆架区有孔虫以Elphidium spp.组合和Nonionella robusta组合为主,丰度和分异度低,受北冰洋沿岸水团控制;白令海陆坡区有孔虫以Uvigerina peregrina-Globobulimina affinis组合为主,含N.robusta较多,丰度和分异度相对高,受太平洋中层和深层水团控制,但该区碳酸盐溶跃层和补偿深度(CCD)相对浅,约分别位于2000和3800m处.此外,白令海陆坡上部表层沉积中含有北冰洋陆坡区典型深水底栖有孔虫种Stetsonia arctica,说明白令海峡两侧的海区曾有深部水交流.     

南海5类重要经济鱼类资源声学评估

1997年12月至1999年6月,利用“北斗”号调查船配置的Simrad EK500回声探测-积分系统在南海北部海域进行了渔业资源声学调查,调查分春(4~6月)、夏(7~9月)、秋(10~12月)、冬(12~2月)4个季节进行.根据调查资料,运用渔业资源声学评估方法对该海域的带鱼科、蓝圆鲹、竹荚鱼、金线鱼科以及大眼鲷科等5类23种经济鱼类进行了评估与分析.结果表明,这些种类在南海北部海域仍具有一定的资源储量,其资源量分别为5.04×105,1.63×105,1.04×105,9.8×104和9.2×104t;分析了其资源量的区域分布和季节变化.     

双频激光雷达多通道波形数据联合测深方法

激光雷达在不同水深环境下,单通道的波形数据波形差异性较大,难以准确检测真实的水面和水底回波信号。利用双频激光雷达1 064 nm近红外通道(CH1)以及532 nm不同接收视场的浅水通道(CH2)和深水通道(CH3),对不同水深的波形数据进行拟合分解,实现了多通道联合探测水面和水底回波信号。与单通道波形分解方法相比,实验结果表明,本文方法在波形有效检测率平均提高了约15%,测深精度平均提高了约11%。     

长江口邻近海域沉积物间隙水的地球化学

长江口及其邻近海域的水文、地质情况极为复杂,对沉积物的成岩作用和间隙水中元素的生物地球化学过程,均有显著影响。本文作者曾于1980年7月对长江口邻近海域沉积物与间隙水的地球化学特征进行了调查,调查船为“金星”号,工作范围为122°00′—126°08′E,30°30′—32°31′N,共测定18个站位(图1)表层沉积物氧化还原性质的参量及间隙水主要化学成分、营养盐和微     

中国近岸部分海域海水中金属络合配位体浓度的研究

采用阳极溶出伏安法对黄河口、青岛近海、大亚湾和南海海域海水中的金属络合配位体的浓度进行了测定,同时探讨了其分布规律与相关参量的关系.结果发现:南海海域海水中的金属络合配体的浓度稍高于其他3个海域,且都明显高于大洋水的浓度;在微表层存在富集现象;在垂直分布上表层最大,然后随深度增加而降低,在底层有较大值;各海域配位体的性质呈复杂性;铜的络合配位体浓度大于镉和铅;总的来说与世界其他海域的分布规律是一致的.同时发现铜络合配位体浓度与BOD(生化需氧量)、COD(化学需氧量)、DOC(溶解有机碳)及黏度存在显著的正相关性.     

南海次表层盐度的低频变化及与太平洋年代际振荡的关系

南海是西北太平洋最大的边缘海, 是联系北太平洋和北印度洋的关键通道。黑潮北上经过吕宋海峡时会将来自西太平洋的信号传入南海, 进而影响南海的水动力环境。研究了南海次表层盐度的空间分布特征、低频变化规律及其与太平洋年代际振荡(Pacific Decadal Oscillation, PDO)的关系, 并进一步探究了次表层盐度近年来的变化。结果显示: 1)南海次表层高盐水的位势密度主要介于24~26σ_θ, 受次表层气旋式环流所驱动, 盐度气候态空间分布北高南低, 以吕宋海峡处为起点, 呈逆时针自北向南逐渐降低。2)次表层盐度低频变化显著, 与PDO呈显著的正相关关系。当PDO处于正位相时, 吕宋海峡处西向平流输送加强, 次表层盐度升高; 当PDO处于负位相时, 吕宋海峡处西向平流输送减弱, 次表层盐度降低, 盐度的变化受到水平环流场的直接影响。3)近年来, 南海次表层盐度呈现先降低后升高再降低的趋势, 滞后PDO约10个月, 2006— 2014年初, 盐度呈下降趋势; 2014—2017年初, 盐度呈上升趋势, 且上升速率远大于先前下降的速率; 2017年后盐度再次逐渐降低。     

基于海底表层沉积物声速特征的南海地声模型

在由垂直声速梯度建立的地声模型基础上,通过引入沉积物与海水声速比和沉积物压缩波与切变波声速比两个表征沉积物声学特征参数得到更全面和有实际指导意义的地声模型。在沉积物声波传播FCMCM模型基础上,基于热作用和重力作用下沉积物两相介质的应力应变分析,建立TFCMCM和DFCFCM模型,运用模型校正表层沉积物声速特征来计算和解释地声模型。根据海底表层沉积物存在低声速和高声速两种类型,结合沉积物沿纵深孔隙度不变和变化两种类型,得到南海海底沉积物的两类四种典型地声模型:低声速孔隙度不变型、低声速孔隙度减小型、高声速不变型和高声速孔隙度减小型。运用这四种典型地声模型的组合解释了卢博提出的南海三种典型声速结构。认知声速结构将为南海声学探测海底、划分海底区域提供模型支持。     

基于潜标观测的吕宋海峡以东深海海流的低频变异

本文利用在菲律宾海布放的一套锚系潜标获取的长时间海流和水温观测数据,分析了吕宋海峡以东的深海海洋环境特征,着重阐释了该海域海流的全水深垂向结构及其低频变化特征。研究表明,表层(100～160 m)平均流向为西偏北,流速约为12.5 cm/s;中层(810 m)的平均流为西向,流速为2.6 cm/s;深层(1 550 m和2 560 m)的平均流速在1 cm/s以内,近底(4 040 m)的流向为较稳定的西南向,流速为2.3 cm/s。上层海流的动能比中层和深层大1～2个量级,总动能、平均动能、涡动动能均在表层最大,中层次之、深层最小,各层次涡动能均大于平均动能。中上层海流的低频变化具有极高的相似性,全年为81～85 d的周期振荡;近底层海流则不同,变化周期约为51 d。     

浅海底层流与沉积物磁组构参数P、Fs对应关系的初步探讨

对海阳湾外侧浅水区域实测水体运动特征及其对应的沉积磁组构参量 ,采用线性回归方法进行统计分析 ,取得的结果是 :EV1 (估算流速 1) =17.372 4- 2 .16 87(P- 1.0 )× 10 0 +10 .890 9(Fs- 1.0 )× 10 0 ,其估计平均误差 (V(实测流速 ) - EV1 ) =0 .2 83;EV2 (估算流速 2 ) =- 886 .1178- 2 87.6 32 1P+1191.1870 Fs,其估计平均误差 (V- EV2 ) =0 .2 98。初步探讨结果表明 ,水体运移小潮期最大涨潮流底层流流速与沉积磁组构参量 P、Fs对应关系研究是可行的。