海底三维声学图像实时处理系统设计

结合多核CPU硬件PC平台,设计了一种海底三维声学图像实时处理系统,主要包括声学前端信号处理子系统、数据传输控制子系统和PC客户端图像处理系统三个部分。声学前端信号处理子系统统根据接收到的多路声学换能器信号,通过两级FPGA信号处理,采集多通道水声信号,进行实时电子聚焦波束形成。为了解决海量声学数据快速传输问题,数据传输控制子系统未采用传统用户空间TCP/IP传输机制,而是直接通过嵌入式PowerPC处理器在Linux内核态采用DMA通道进行声学数据转发,减少系统调用和数据拷贝开销,有效提高网络传输效率。针对海量声学数据实时处理需求,PC客户端图像处理系统通过对复杂、耗时的单帧重建和数据拼接算法模块根据声学数据点的角度范围进行等分分割,对每个子范围声纳数据采用多线程并行处理,均衡多个CPU核之间负载,实现高性能三维声学图像实时处理。通过室内水池和湖试实验,结果表明该系统能够实时高效地进行三维声学图像采集、传输与处理。     

Tests of new in-situ seabed acoustic measurement system in Qingdao

A new in-situ seabed acoustic measurement system is developed for direct in-situ measurement of sediment geoacoustic properties （compressional wave velocity and attenuation）. The new in-situ system consists of two parts： the deck control unit and the underwater measurement unit. The underwater measurement unit emits sonic waves that propagate through the seafloor sediment, receives the returning signals, and transmits them to the deck control unit for waveform display and analysis. The entire operation is controlled and monitored in real time by the deck control unit on the research vessel and can provide recording of full waveforms to determine the sound velocity and attenuation. This paper outlines the design of the system, the measurement process, and demonstrates its application in tests carded out on seabed sediment off the Qingdao coast, China. The test results show that the system performed well and rapidly provided accurate in-situ acoustic velocity and attenuation estimates of the seafloor sediment.     

雷电定位系统与人工观测雷暴日数统计比较

为了利用雷电定位系统 (lightning location system,LLS) 资料统计人工观测雷暴日数,采用湖北省2007—2012年LLS监测资料,选取25个气象站为圆心,统计其不同监测半径 (r) 圆区域内LLS监测的雷电日数,并与人工观测雷暴日数进行比较。结果表明:r≤7 km时,LLS监测平均年雷电日数小于人工观测平均年雷暴日数;r≥8 km时, LLS监测平均年雷电日数大于人工观测平均年雷暴日数;r=22 km圆区域内年平均雷电日数可替代最大年雷暴日数。根据r=7 km,r=8 km圆区域内LLS监测的年雷电日数、年平均地闪密度资料,分别采用直接替代法、地闪密度法和该文提出的二元法计算年雷暴日数,结果显示:二元法效果最好。二元法计算的2007—2012年25个站平均年雷暴日数与人工观测相等,平均差异为7.4%;二元法计算的2013年年雷暴日数与人工观测相差0.8 d,平均差异为12.3%。     

海底地震仪布设导航定位系统的设计与实现

针对海洋地质调查与资源勘探中对海底地震仪(OBS)精确投放的要求,本文阐述了OBS布设流程和导航定位系统的功能特征,采用MVC多层架构设计"OBS投放导航定位系统"总体框架和功能体系,实现了地震测线设计、站位布设、目标点导航、作业轨迹再现、海图显示与操作、OBS多点伪距海底概位计算等功能。经过海试后的生产应用,结果表明此系统能够有效提高OBS投放定位的精度和作业效率。     

雷电探测定位技术的新进展

<正>1引言雷电是自然界中最为壮观的气象现象之一,是地球生态系统重要的一部分,但同时也是造成损害最大的世界十大自然灾害之一。根据气象部门和劳动部门估算,我国年均雷击伤亡人数超过1万,其中死亡3 000多人,财产损失50-100亿元。由于人类无法阻止和控制雷电的危害,为了尽量避免雷电所造成的危害,近20 a来我国加强了对雷电的探测和雷电灾害的防护。目前,对雷电的探测主要是采用目测来获得雷电发     

浅埋水下文物遗址的海洋地球物理声学探测展望：以沉船为例

水下文化遗产与历史、艺术、经济和科学的发展有着密切联系。浅埋沉船是我国今后水下文物遗址探测中所必须考虑的重要类型,海洋地球物理方法在这类遗址探测中发挥着关键作用。通过海洋地球物理声学探测方法在浅埋沉船中的应用研究,分析浅埋沉船与周边环境之间的反射系数和极性变化特性,论述海洋地球物理声学探测在浅埋沉船判别、浅埋沉船降解程度评估以及浅埋沉船遗骸3D重建等方面的应用与进展,指出我国浅埋沉船探测研究在可控实验模拟、数据精细处理和学科交叉综合研究等方面亟待加强,以满足浅埋沉船这一重要水下考古类型的探测需求。     

不同入射频率下超声波横波在砂岩中的传播特性研究

岩石中超声波横波声学参数与力学参数密切相关,利用超声波横波传播特性可以反演岩石力学参数,但目前相关研究成果较少,因此需要深入开展岩石中超声波横波传播特性的研究。本文以灰砂岩、红砂岩和黄砂岩为研究对象,开展50 kHz、100 kHz和200 kHz频率下超声波横波传播试验;提取波速、主频和最大幅值等声学参数进行砂岩中超声波横波的传播特性研究;通过归一化处理,分析了3种声学参数对弹性模量变化的敏感性。结果表明,在3种砂岩中,横波波速、主频都随入射频率和弹性模量增大呈非线性递增趋势,最大幅值随入射频率呈降低趋势,而弹性模量和入射频率对3种声学参数变化率的影响呈现出不同规律;整体分析发现最大幅值对砂岩弹性模量变化的敏感性最强,基于最大幅值建立了砂岩弹性模量的估算公式;基于波形、信噪比、相关性的综合考虑,建议今后采用50 kHz作为砂岩超声波横波测试的入射频率。研究成果可以为超声波测试技术的发展提供参考。     

声学井下电视在刚果（金）KOLWEZI铜矿矿区中的应用

声学井下电视具有不受钻井液限制、图像分辨率高、方位确定准确的特点,特别适合于确定岩石的走向、倾向、倾角、裂隙和破碎软弱发育情况,从而可以更好的统计出岩体的优势结构面,为矿区工程地质边坡稳定性评价提供重要依据。通过介绍声学井下电视的设备及操作过程,软件处理和对 KOLWEZI矿区 GK10号钻孔岩体的井下电视结果进行分析,总结井下电视数据处理方法和实验结果与评价矿区边坡稳定性的重要关系。     

南黄海中西部海底空间沉积特征及工程地质特性

南黄海海区被认为是我国在海上进行公益性、战略性油气资源评价的有利海区,但目前该海区海底深度方向上沉积特征及工程地质特性的研究仍较少。本文利用2009年6月及2010年6月在南黄海中西部海底获取的287个站位的沉积物柱状样品,通过粒度分析、物理力学性质测试,得到了该海域海底的空间沉积特征及沉积物工程地质特性:研究区海底表层沉积物类型多样,西南海底以粉砂质砂、砂质粉砂为主,力学强度较高,不易压缩,但由于较强的水动力条件,易冲刷粗化;东北海底以粉砂质黏土、黏土质粉砂为主,力学强度低,极易压缩;研究区海底深度方向上沉积物类型并非单一,常由几种类型沉积物互层组成,沉积物基本物理性质和力学性质随埋深变化的情况主要与沉积物类型有关,其次是压实作用。一定程度上,可利用本文给出的拟合函数,通过压缩波速估算研究区海底沉积物的孔隙度。     

三大卫星导航系统在亚太低纬地区的定位精度分析

针对我国正在实施的自主发展、独立运行的北斗系统与国外已在运行的著名导航系统(美国全球定位系统、俄罗斯格洛纳斯卫星导航系统)在亚太低纬地区定位精度差异问题,提出了对这三个系统单点定位结果相互进行比对分析的研究思路。本文利用自主研发的单点定位程序对三系统在泰国春武里地区实测数据进行以下几方面的研究:全天实时可观测卫星数、单系统定位精度、组合系统定位精度以及不同权重对组合系统定位精度影响等。研究结果表明,北斗系统的定位内符合精度稍优于全球定位系统,外符合精度不如全球定位系统,北斗系统与全球定位系统的内外定位精度都明显优于格洛纳斯导航系统;相对于单系统,组合系统在定位稳定性方面有一定提高,但组合定位精度是否改善与单系统的卫星信号数目有关;不同权重的选择对组合定位精度有一定影响。本文的研究结果对促进北斗系统的海外应用具有一定的参考价值。