声速剖面

摘要： 高精度水下声学定位通常采用声线跟踪定位算法,但传统的声线跟踪方法一般针对单程声径进行声线弯曲改正,未能顾及船载换能器在声信号往返过程中发生的位移,导致海底应答器定位解算时引入系统性偏差,从而降低海底点定位精度。针对此问题,本文提出一种顾及双程声径的分层常梯度声线跟踪水下定位算法。该方法结合水下声信号实际传播路径,根据换能器在声信号发射和接收时刻的位置,构建双程声径水下定位模型,采用顾及双程声径的分层常梯度声线跟踪算法进行解算。采用圆走航观测与交叉十字观测的海上实测数据对方法进行了验证,结果表明,本文方法能显著提高水下定位精度。

摘要： 目前的海洋内波检测技术在实际应用中误差大,受海洋环境影响显著,且无法自主识别。针对这一问题,文中提出了一种基于矢量场处理的海洋内波预警的监测方法。该方法基于声压和质点振速联合信息处理,利用超低频矢量水听器拾取的声场三维信息,可在复杂的海洋背景噪声场中根据方位估计算法对非协作目标进行时-空-频三维跟踪与锁定。内波的到来引起了三维声速剖面的变化,而声场的起伏则导致跟踪的目标信号源声能流强度改变。该方法根据目标信号在内波空间里的信道畸变引起垂直维掠射角异常跳变来实现海洋内波的监测和预报。仿真结果表明,在正常环境中垂直维掠射角略有浮动,变化范围较小;当内波来袭,掠射角发生强烈突变,且最大偏转可突变至负向角度,证明了所提方法的有效性。

摘要： 声速剖面表示声速与深度的函数关系,常用于水声定位,以纵轴表示海深,横轴表示声速。针对高精度水声定位系统中定位精度与计算量相互矛盾的问题,提出一种声速剖面自适应分层算法。该算法根据声速在有限范围内规律变化的特点,对声速剖面逐层搜索。通过声速层之间声速变化梯度差情况找出声速变化的节点,保留原始声速剖面特征,实现对声速剖面的简化。仿真实验结果表明,根据阈值选取的大小,算法自适应分层处理后对原声速剖面的精简可达70%。在选取合适阈值时,与D-P算法相比可以获得更小的定位误差,具有良好的工程应用价值。

摘要： 针对目前局部海域小时间尺度声速场建模方法未顾及不同深度区间内声速变化规律的问题,本文根据实测深海声速剖面的统计特征,提出了声速剖面分层方法,并进一步基于经验正交函数(Empirical Orthogonal Function,EOF)提出了局部小时间尺度的声速剖面分层时变模型构建方法。利用南海实测全海深声速剖面数据,分析了分层EOF第一模态系数和等效平均声速的日变化特征,并比较了不同拟合模型的精度。最后,利用试验海区的温度和潮汐数据分析了声速剖面周期变化的影响因素。结果表明:①声速剖面分层EOF第一模态系数及等效平均声速具有日周期变化特征,上层声速日周期变化特征不明显,中层声速日周期变化特征较明显,下层声速变化较小但仍具有日周期变化特征;②局部海域小时间尺度声速拟合应考虑长期变化项的影响;③试验海区声速剖面EOF第一模态系数变化与温度显著相关,提取的声速剖面时变特征与海区潮汐周期特征基本吻合。

摘要： 海水声速变化引起的声波折射效应是影响海洋大地基准定位精度的关键因素之一,声线跟踪是已知准确声速剖面情况下消除折射效应的有效方法.然而现有的水声测距定位解算广泛基于收发同置假设,即认为声波的往返路径和测量载体的位置在较短的观测时延内不会发生变化,导致海洋大地基准的深海定位结果引入较大误差.针对上述问题,提出了顾及收发分置影响的海洋大地基准声线跟踪定位方法,基于往返时延差最小原则结合常梯度声线跟踪搜索得到目标最优坐标,进一步提出了基于声线距离分配往返时延的牛顿迭代解算法以提高计算效率,最后通过深海试验证明了顾及收发分置影响的海洋大地基准声线跟踪定位方法的有效性.

摘要： 为准确建立海底地声模型,本文探讨地声模型的基本组成和基本结构。通过样品实验室测量,分析南海海底表层沉积物的密度、孔隙度与声速随着埋深变化的关系,得出海底实际存在的低声速表面–声速缓慢变化类型、低声速表面–声速增大类型、高声速表面–声速缓慢变化类型和高声速表面–声速增大类型4种典型地声结构;对比钻探测量,分析黄海海底沉积物的密度、孔隙度与声速随埋深变化关系,得出海底地声模型分层特征与地声结构组合特征。研究表明,地声模型可以归结为4种基本地声结构的组合,通过与底层海水声速、同层内声速剖面以及与上层海底沉积物下表面声速的比较,可以建立各种海底地声模型;基于实验室测量法建立的地声模型可以作为参考地声模型,但需要考虑实际海底温度和压力梯度以及海底沉积物的频散特性等,借助于声速比校正法和频散性理论模型进行计算及修正。

摘要： 航空吊放声呐主动工作模式下的作用距离不但与海域的声速剖面和装备自身性能有关,还与吊放声呐的入水深度有关.首先利用BELLHOP模型分别对带有跃层声速剖面、正声速剖面和负声速剖面3种情况下的声传播特性进行了仿真分析;然后研究了不同声速剖面下潜艇在不同深度航行的概率分布,建立并分析了潜艇运动规律模型,结果表明,不同声速剖面下,潜艇在不同深度航行的概率分布不同;最终通过潜艇在不同深度航行的概率分布,计算出吊放声呐不同入水深度下的平均探测距离,得到了不同声速剖面下吊放声呐的最佳入水深度,更能充分发挥声呐装备的最佳性能.

摘要： 针对浅海内波环境下的声速剖面预测问题,本文提出了一种基于内波环境下时序声速剖面统计特征的声速剖面智能预报方法.通过分析有无内波情形下时序声速剖面的经验正交分解系数分布特点,给出内波存在时的特有分布特征,以此为基础,将声速剖面的预报问题简化为单一参数的时间序列预测问题.结合长短时记忆循环神经网络处理时间序列数据中长距离依赖信息的能力,实现内波环境下声速剖面的实时预测,对试验数据预测结果与测量值符合较好,最大均方根误差1.3 m/s.

摘要： 应用支持向量机对北极声速剖面进行分类,特征量提取是关键.该文采用一种基于经验模态分解的改进变分模态分解算法,以准确提取声速剖面特征量.算法首先对声速剖面信号进行经验模态分解,依据最大类间方差原则划分各分量边际谱主频带,以相似度作为最小分解层数判断标准,获得最小分解层数,进行变分模态分解.对北极区海水声速实测数据(信号)处理表明,该方法可有效提取信号经验模态分解各分量的希尔伯特边际谱特征,进行支持向量机分类,实现对北极海域声速剖面的分类识别,解决以往人工分类耗时久的问题.

摘要： 针对目前应用方法存在测量精度较低的问题,提出了一种新的多波束测深系统在水下地形测量中的应用方法。在进行测量之前,需要进行测量技术书的编写,并做好质量控制措施。对探头支架等设备进行安装。利用多波束测深系统对现场进行测量。根据测量得到的各通道采样的原始数据,计算声线经过的传播时间与水平距离,采取迭代法对测量数据进行解算。解决了测量精度较低的问题,提升测量精度。实验研究结果表明:设计的应用方法不仅可以提升水位、水深的测量精度,还能够准确地对声速剖面进行测量,研究结果可应用于多种场景的水下地形测量,应用范围较广。

摘要： 伴随着国家利益由传统意义的近海向远洋的拓展,水声研究的重心也不可避免从浅海向远洋延伸.浅海地声Scholte波的模型已有很多学者进行了研究,但是在复杂环境下的Scholte波模型的研究还鲜有开展.将已有的浅海地声成果扩展到深海时考虑的声速剖面对Scholte波特性的影响是本文所研究的问题. Scholte是一种沿着固液分界面传播的界面波。目前己有很多关于Scholte波的研究，文献中建立了海水和半无限海底简单模型中的Scholte模型，对于含有多个沉积层的理论模型还不是很清晰，但是已有很多能够计算多层沉积层的程序。KRAKENC可以计算弹性海底中的地声并以0阶简正波的形式输出，计算速度快，但是只能计算水平分层海底，而且准确度有待验证。RAMS可以计算起伏弹性海底，可以计算远海，对于低频计算速度快，适用于大尺度声场的仿真。

摘要： 获取海水声速剖面对改善水声设备的工作性能以及海洋的研究和开发都具有重大意义.针对直接测量法存在的成本较高、费时费力,且无法获得大范围海域的数据信息的局限,提出了一种快速反演大范围海域内海水声速剖面的方法.该方法根据地震勘探工作中常用的反射波技术,利用CWP-SU软件对已有数据进行预处理和常规处理,可以得到相应位置的声速随海水深度的分布.与直接测量法相比,该方法操作简单,过程直观高效.利用提出的方法处理2017年中国某海域试验数据得到的声速剖面结果与典型的海水声速剖面较为一致,证明了该方法的可靠性.

摘要： 针对连续走航式水深测量中投放XBT以计算声速剖面时精度较低的固有技术难题,对全球海域WOA13温盐场模型进行了解析及适用性验证,首次开展了基于WOA13模型提高XBT声速剖面计算精度的研究.结果表明,推算声速剖面与实测值的互差仅有-0.2～0.35m/s.该模型可有效弥补XBT无实测盐度数据支持以及自身探测深度不足的缺陷,明显提高使用XBT采集数据计算声速剖面的精度.

摘要： 在对多波束测深声速剖面资料检查时发现,有的单位将海水压强简单近似为海水深度,导致表层及浅水处声速实际值受影响较大.分析了多波束测深声速剖面资料存在的问题,引入了国际上由海水压强向深度转换的新实用模型,基于实测声速剖面资料进行了试验性验证,提出了多波束测深声速剖面使用时的注意事项.

摘要： 提出了声速剖面曲线比较的精度指标,使用CNSVPGets软件对218条实测声速剖面曲线与软件获取剖面曲线进行对比计算,统计了比对的最大水深、中误差以及全程平均差;对统计结果进行了分析,探讨了海道测量多波束声速改正使用软件获取声速剖面的可行性,并且提出了自己的建议.

摘要： 海洋水声环境要素(温度、盐度等)是海洋动力环境的主要组成部分.声速剖面由温度、盐度等因素决定,是水下声传播的重要水文条件,能够显著影响声线传播轨迹和声传播损失.原始的利用船载CTD、XBT、浮标等观测手段得到的温盐剖面空间分辨率低,耗费巨大,而且实时性较差.20世纪80年代,美国海军实验室提出了模块化海洋数据同化系统(Modular Ocean DataAssimilation System).它把实测数据、静态气候态和卫星遥感数据合三为一,能够准确的构建出海洋水声环境概况.中国科学院南海海洋研究所开发了南海海域的MODAS系统,本文利用该系统,通过MODAS反演数据和实测CTD数据的对比,结合Bellhop射线模型,验证了MODAS系统用于反演声速剖面的有效性.

摘要： 海面源产生的海洋环境噪声场与海洋声学环境参数紧密相关.研究海洋声学环境参数对海面源产生的噪声场互谱密度的影响,有助于深刻理解此类噪声场空间分布的物理内涵,为其服务于海洋环境参数反演和目标检测定位奠定基础.基于简正波模型推导了海面源产生的环境噪声场的互谱密度函数,通过仿真计算讨论了不同声速剖面与不同海底参数情况下,采用积分的方法计算各号简正波对海洋环境噪声强度的贡献,并用平面波模型计算相同海洋环境下的海底损失进行验证.结果表明,各号简正波对总声场的贡献同时受到声速剖面和海底参数的影响.其中声速剖面对各号简正波对海洋环境噪声强度贡献的影响较大,而海底参数对各号简正波对海洋环境噪声强度贡献的影响相对较小.对于海底参数而言,声速是影响各号简正波对总噪声场贡献的最主要因素;海底密度次之;海底声吸收对海底损失和各号简正波对总噪声场贡献的影响较小.对声速剖面而言,在负梯度声速剖面下,高号简正波对海洋环境噪声场的贡献较大;在正梯度声速剖面下,低号简正波对海洋环境噪声场的贡献较大.

摘要： 作战海域海洋环境对航空吊放声纳工作深度、探潜能力有重要影响.给出了西北太平洋浅海和深海的几种常见声速剖面类型,分析了在这几种海洋环境中应如何使用直升机吊放声纳的问题,并给出了相关的定性结论.

摘要： 为了更好的了解多波束测深技术在航道疏浚中的应用,研究了不同情况下影响多波束测量误差和数据质量的过程,阐明了测深过程参数选择和校正的标准方法,得出准确的多波束测深数据可以用来判断地质过程和计算航道疏浚过程中需要从航道底部移除或增加的物质体积,同时实时提供的准确水深数据可用来监测疏浚过程和指导疏浚进度.通过测量浚后航道的水深和与设计水深进行对比,可以判断疏浚作业是否满足工程设计要求和技术规范.多波束测深系统在航道疏浚中具有多方面的优势,在疏浚工程方案设计中具有重要的作用,是检验疏浚结果的良好工具并可为其他相关工程作业提供参考.

摘要： 为了更好的了解多波束测深技术在航道疏浚中的应用,研究了不同情况下影响多波束测量误差和数据质量的过程,阐明了测深过程参数选择和校正的标准方法,得出准确的多波束测深数据可以用来判断地质过程和计算航道疏浚过程中需要从航道底部移除或增加的物质体积,同时实时提供的准确水深数据可用来监测疏浚过程和指导疏浚进度.通过测量浚后航道的水深和与设计水深进行对比,可以判断疏浚作业是否满足工程设计要求和技术规范.多波束测深系统在航道疏浚中具有多方面的优势,在疏浚工程方案设计中具有重要的作用,是检验疏浚结果的良好工具并可为其他相关工程作业提供参考.

摘要： 本发明公开了一种用于校准浅地层剖面仪垂直分辨力的地层剖面标准样品、声速即时测量系统及方法，该地层剖面标准样品主要包括水砂混合物样品、固体岩石样品和围栏，其中水砂混合物和固体岩石从上而下放置在围栏内，围栏材质为有机玻璃；本发明同时提供了一种配套地层剖面标准样品的声速即时测量系统，保证校准精度。本发明的有益效果为：通过对样品原料的选择、标准样品几何尺寸的溯源，为浅地层剖面仪纵向分辨能力的校准提供了稳定、精确的量化标准，可以为浅地层剖面探测技术的发展提供校准服务，提高相关技术的研究效率，促进行业发展，为我国海洋开发与海洋工程建设提供保障。

摘要： 本发明提供一种联合历史剖面声速与实测表层声速的航渡式测深数据剖面声速改正方法，属于海洋测绘技术领域。包括：输入航渡式测深海区的历史水温、盐度及压力数据，计算声速剖面数据；标准化声速剖面的垂向分层；对标准化后的历史声速剖面群进行EOF分析，获取重构系数范围与特征向量；构建遗传算法优化神经网络模型，选择适应度函数；输入历史声速剖面数据，训练模型；将实测表层声速、位置信息、深度及特征向量输入训练完成的模型，反演声速剖面；采用常梯度声线跟踪对航渡式测深数据进行声速改正。本发明克服了当前航渡式水深数据后处理阶段缺少较高精度声速剖面进行声速改正的不足，削弱了声速误差的影响，提高了航渡式测深数据的精度。

摘要： 本发明公开了一种一维声速剖面仪及三维空间声速测量方法，所述一维声速剖面仪包括声学换能器、若干个声学反射板、以及用于支撑所述反射板的支架，且反射板的反射面与所述声学换能器的中轴线垂直，各反射板在所述声学换能器表面上的投影不受反射板支架和其他反射板的遮挡。本发明的声速剖面仪采用声学原理直接测量方法进行一维尺度上的空间各点声速测量，适用于各种流体的声速测量，能够实现一个信号周期同时测量一维直线上各点的声速值，扩展了单点式声速剖面仪的空间声速场测量维度。

摘要： 本发明公开了基于声速最大偏移的声速剖面快速精简与自动优选方法，给出了详细的综合技术流程，以解决因原始声速剖面数据量大而严重影响多波束探测与数据处理的工作效率问题。提出声速最大偏移量方法(MOV，MaximumOffsetofsoundVelocity)，用于自动、快速删除原始声速剖面的冗余点，并通过射线追踪和误差分析评估精简后的声速剖面对多波束测深的精度影响。经实际测试，处理后的声速剖面精简率达90%，经评估声速剖面精度能满足多波束脚印计算要求。该方法可大幅减少多波束勘测与数据处理时间，可有效提升多波束工作效率达3倍以上。该方法在海洋测绘、多波束勘测、海洋地理信息系统、计算机图形学和海底科学研究等方面具有重要的实际应用价值，可推广使用。

摘要： 本发明提供一种联合历史剖面声速与实测表层声速的航渡式测深数据剖面声速改正方法，属于海洋测绘技术领域。包括：输入航渡式测深海区的历史水温、盐度及压力数据，计算声速剖面数据；标准化声速剖面的垂向分层；对标准化后的历史声速剖面群进行EOF分析，获取重构系数范围与特征向量；构建遗传算法优化神经网络模型，选择适应度函数；输入历史声速剖面数据，训练模型；将实测表层声速、位置信息、深度及特征向量输入训练完成的模型，反演声速剖面；采用常梯度声线跟踪对航渡式测深数据进行声速改正。本发明克服了当前航渡式水深数据后处理阶段缺少较高精度声速剖面进行声速改正的不足，削弱了声速误差的影响，提高了航渡式测深数据的精度。

摘要： 本发明公开了一种基于跨时空声速剖面聚类的声速分布快速估计方法，属于海洋参数估计技术领域。本发明首先判定声速分布估计区域的类型：根据目标区域所处纬度，分为存在表面层区域和无表面层区域；对含表面层区域进行历史声速剖面数据样本聚类；对无表面层区域进行历史声速剖面数据样本聚类；对目标区域声速剖面所属类型进行时空映射，判断目标区域声速剖面所属类型，获得目标区域声速剖面所属类型估计输出；最后得到目标区域声速剖面分布估计。本发明解决了水下声速剖面分布的快速估计问题，缩短了目标区域水下声速分布估计时间开销，提高了水下声速分布估计实时性，以便水下定位导航授时系统提高水下测距、定位、导航与授时精度。

摘要： 本发明公开了一种一维声速剖面仪及三维空间声速测量方法，所述一维声速剖面仪包括声学换能器、若干个声学反射板、以及用于支撑所述反射板的支架，且反射板的反射面与所述声学换能器的中轴线垂直，各反射板在所述声学换能器表面上的投影不受反射板支架和其他反射板的遮挡。本发明的声速剖面仪采用声学原理直接测量方法进行一维尺度上的空间各点声速测量，适用于各种流体的声速测量，能够实现一个信号周期同时测量一维直线上各点的声速值，扩展了单点式声速剖面仪的空间声速场测量维度。

摘要： 本发明公开了基于声速最大偏移的声速剖面快速精简与自动优选方法，给出了详细的综合技术流程，以解决因原始声速剖面数据量大而严重影响多波束探测与数据处理的工作效率问题。提出声速最大偏移量方法(MOV，Maximum Offset of sound Velocity)，用于自动、快速删除原始声速剖面的冗余点，并通过射线追踪和误差分析评估精简后的声速剖面对多波束测深的精度影响。经实际测试，处理后的声速剖面精简率达90%，经评估声速剖面精度能满足多波束脚印计算要求。该方法可大幅减少多波束勘测与数据处理时间，可有效提升多波束工作效率达3倍以上。该方法在海洋测绘、多波束勘测、海洋地理信息系统、计算机图形学和海底科学研究等方面具有重要的实际应用价值，可推广使用。

摘要： 一种海水声速剖面延拓方法及装置，解决了如何利用相对较少历史海水声速剖面测量数据对海水声速剖面延拓的问题，属于海洋环境参数估计领域。本发明包括：获取历史海水声速剖面数据集和待延拓海水声速剖面数据及需要延拓到的海水深度A，历史海水声速剖面数据集包括多次测量的完整的历史海水声速剖面数据；在历史海水声速剖面数据集中筛选出海水深度大于A的历史海水声速剖面数据；选取插值间隔，按照选取的插值间隔对历史海水声速剖面数据和待延拓海水声速剖面数据进行线性插值；用经过插值的待延拓海水声速剖面数据和历史海水声速剖面数据构造待补全矩阵，应用低秩矩阵完备化算法对待补全矩阵进行补全，完成海水声速剖面延拓。

摘要： 本实用新型涉及水运工程声速剖面仪声速计量检定装置，其中声速检定计量标准器包括标准铂电阻温度计和数字万用表，声速检定配套设备为恒温水槽，恒温水槽中灌入纯水，标准铂电阻温度计与数字万用表以四线制电阻测量线连接，标准铂电阻温度计前端温度测点与待测声速剖面仪传感器等高设置，将测量的温度数据通过纯水中声速公式转换为声速值，与待测声速剖面仪测量的声速值进行比较，得到校准结果。本实用新型的有益效果：恒温水槽可以提供稳定的温度场，纯水中声速仅与温度有关，与压力、盐度无关，有效降低了标准声速测量时的相关量，提高了声速测量的准确性，有利于促进水运工程专业设备计量检定工作的顺利进行和水运工程行业的健康发展。