[發明專利]基于海底冷泉成像數據的扇形變換方法

在審

• 申請號: 201810264343.7
• 申請日: 2018-03-28
• 公開（公告）號: CN108508446A
• 公開（公告）日: 2018-09-07
• 發明（設計）人: 欒錫武;余翼;秘叢永;劉嘉程
• 申請（專利權）人: 青島海洋地質研究所
• 主分類號: G01S15/89
• 分類號: G01S15/89
• 代理公司: 青島中天匯智知識產權代理有限公司 37241
• 代理人: 萬桂斌

本發明所述基于海底冷泉成像數據的扇形變換方法，對FFT傅利葉變換獲得的波束形成數據進行極坐標系到直角坐標系的轉換，以期提高回波聲學圖像的清晰度，符合觀察者的視覺習慣。通過發射換能器向水下發送聲波進行探測，利用數字信號處理技術將接收到的信號形成聲納圖像；對信號數據進行FFT波束形成計算后，以直角坐標系的順序來存儲。扇形變換方法，是將圖像數據進行極坐標系到直角坐標系的轉換，坐標變換采用對圖像聲吶數據進行插值運算，將直角坐標系下的像素點值映射成極坐標系下的圖像數據，然后在極坐標系中對圖像進行插值運算；對于像素點(m×n)的圖像，進行m×n次運算；針對極坐標系下的像素點值可采用插值算法是最近鄰域插值法。

技術領域

本發明涉及一種基于海底冷泉成像數據的扇形變換方法，屬于海洋觀測技術領域。

背景技術

海底冷泉即海底天然氣滲漏，在全球是一個廣泛分布的自然現象。在地殼動力 作用下，天然氣(主要為熱成因氣)從地殼內部往上運移，通過孔隙、裂縫、裂隙 或斷層等運移通道穿過海底沉積層泄漏進入海水，形成海底氣泡羽狀流。羽狀流發 育地區常發現富含天然氣水合物的海底沉積層。

針對海底冷泉活動進行實地測量當前海洋科學的技術熱點，對冷泉活動的研究提升了人們對深海資源的認識和利用。海底冷泉之廣泛發育于活動和被動大陸邊緣 斜坡海底，海底沉積界面之下，以水、碳氫化合物(天然氣和石油)、硫化氫、細 粒沉積物為主要成分，溫度與海水相近的流體，以噴涌和滲漏方式注入盆地，并產 生一系列的物理、化學及生物作用，這種作用及產物稱為冷泉。冷泉區別于熱液噴 口的地方是，噴泉噴射出的液體和周圍海水溫度大體一致，而海底熱液噴出的液體 則高于周圍海水溫度。

海底冷泉上方的天然氣水合物富含大量的甲烷，一旦溢出對環境造成嚴重的破壞。因此，對海底熱液冷泉的研究十分重要，但是海底熱液冷泉一般發生在深海幾 千米處，需要特殊的儀器進行觀測。目前主流的觀測手段都是進行海底原位觀測， 在調查區投放高清攝像機機器人的方法。

如以下在先申請專利，申請號CN201510303201.3，名稱為一種海底冷泉水體回 聲反射探測系統和方法，其公開的探測系統聲反射探測系統包括含有多個換能器組 成的換能器基陣，電纜，收發合置開關，發射機，接收機，信號處理機，回聲處理 服務器和供電模塊。所述的換能器基陣放置于水下，所述的發射機和所述的接收機 分別連接所述的信號處理機，所述的信號處理機連接所述的回聲處理服務器，所述 的供電模塊為整個系統提供電源。所實現的海底冷泉水體回聲反射探測的方法，包 括如下步驟：1)回聲處理服務器接收探測操作或指令，信號處理機生成寬帶多頻點的 發射信號，換能器基陣將該發射信號由電信號轉換為聲信號發射出去；2)換能器基陣 接收該聲信號的聲學回波信號，并將其轉換成微弱的電信號；3)信號處理機對該電信 號進行信號處理；4)回聲處理服務器接收電信號并將其轉換為逸出氣泡的圖像，隨后 在顯示設備上顯示，再根據圖像特性來判別是否為冷泉。

上述現有技術雖然公開了基于水體回聲反射的海底冷泉探測方案，其本質上尚處于理論研究與實驗論證階段，對于在實際復雜海況條件下的探測系統構建、探測 聲吶發射頻率設計與應用方面并無實際操作指導，關鍵技術并未公開。

更為重要的是，涉及冷泉測量聲學圖像的核心技術應當是陣列信號處理方法， 聲納圖像通過發射換能器向水下發送聲波進行探測，利用數字信號處理技術將接收 換能器接收的信號進行處理并將其顯示在計算機屏幕上。圖像聲吶系統對信號進行 FFT波束形成后，通常以極坐標系作為圖像的參考基準，在圖像聲吶系統的成像顯 示過程中，顯示圖像明顯不符合觀察者的視覺習慣，需要對圖像數據進行坐標系轉 換。上述現有技術并未具體涉及到，從而為目前海底冷泉測量提出了一系列急需解 決的技術難點。

有鑒于此特提出本專利申請。

發明內容