[發明專利]拖曳式深海海底淺層結構聲學探測系統及方法

有效

• 申請號: 202010165855.5
• 申請日: 2020-03-11
• 公開（公告）號: CN111308474B
• 公開（公告）日: 2021-12-21
• 發明（設計）人: 陶春輝;沈洪壘;金肖兵;王漢闖;周建平;丘磊;柳云龍
• 申請（專利權）人: 自然資源部第二海洋研究所
• 主分類號: G01S15/88
• 分類號: G01S15/88;G01S15/02;G01S7/534
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 鄭海峰

本發明公開了一種拖曳式深海海底淺層結構聲學探測系統及方法，屬于海底勘探領域。系統包括母船控制臺和拖體，所述的母船控制臺通過光電復合纜與拖體連接，光電復合纜長度可調，采用近底拖曳的方式將換能器聲源和用于記錄反射/散射回波的水聽器放置于近海底處，水聽器均勻布設于拖體底部四周，用于采集回波信號；換能器聲源采用高頻和低頻相組合的聲源系統，低頻換能器聲源放置于高頻換能器上方，不同頻率聲源組合可以保證獲取寬頻帶信號，實現高分辨率和高穿透深度雙重目標，可以進一步應用于海底底質識別以及底質更深一層裂隙的同步探測。

技術領域

本發明屬于海洋勘探領域，具體涉及一種拖曳式深海海底淺層結構聲學探測系統及方法。

背景技術

船載多波束測深、淺地層剖面儀和側掃聲吶是目前探測海底淺表層信息的主要工具，這些方法的工作原理較為相似，都是通過換能器探頭發射聲源信號，然后通過處理記錄到的反射或散射回波對底質進行識別。這些方法的主要區別在于換能器發射聲波的頻率和強度存在差異，一般高頻用于探測中淺水深或側掃圖像信息，低頻用于探測深海水深或淺層剖面信息，高頻能夠提高分辨率，低頻則可以提高聲波作用距離和穿透深度。對于深海區域，海水層的存在，使得聲波能量因波前擴散衰減嚴重，降低了海底表層信息探測精度，現有聲學探測系統難以激發同時包含低頻和高頻能量的聲源信號。

因此開發一種同時激發低頻和高頻聲源信號的聲學探測系統，并兼具回波信號的采集功能，就能得到同時包含低頻和高頻能量的反射信息。同時包含低頻和高頻能量的反射信息能夠有效提高回波信號的信噪比和分辨率，高分辨率的回波信號在探測目標的識別上就能夠擁有更高的識別率，還能夠進一步實現海底底質識別以及底質更深一層裂隙的同步探測。

發明內容

本發明的目的在于克服現有現有聲學探測系統難以激發同時包含低頻和高頻能量的聲源信號，無法實現海底表層信息的高精度探測的不足，提供一種拖曳式深海海底淺層結構聲學探測系統及方法，能夠同時激發低頻和高頻聲源信號，實現高分辨率和高穿透深度雙重目標，并兼具回波信號的采集功能，采集得到包含低頻和高頻能量的反射信息，能夠提高回波信號的信噪比和分辨率，進一步提高海底表層信息的探測精度。

為了實現上述目的，本發明采用如下技術方案：

本發明的一個目的在于提供一種拖曳式深海海底淺層結構聲學探測系統，包括母船控制臺和拖體，所述的母船控制臺通過光電復合纜與拖體連接，光電復合纜長度可調；所述的拖體上安裝有位于拖體垂直中心軸線上的低頻換能器聲源和高頻換能器聲源、以及均勻布設于拖體底部四周的水聽器，所述的低頻換能器聲源位于高頻換能器聲源的正上方。

優選的，所述的高頻換能器聲源的激發時間延遲于低頻換能器聲源的激發時間，延遲時間Δt＝Δh/c，其中Δh為低頻換能器聲源與高頻換能器聲源的深度差， c為水中聲速。

優選的，所述的低頻換能器聲源和高頻換能器聲源的信號強度滿足： A_h/d_h＝A_l/d_l，其中A_h、d_h分別表示高頻換能器聲源的信號強度和聲源子波傳播距離，A_l、d_l分別表示低頻換能器聲源的信號強度和聲源子波傳播距離。

優選的，所述的水聽器距離海底最近可達5-10m。

本發明的另一目的在于提出一種基于上述的拖曳式深海海底淺層結構聲學探測系統的探測方法，步驟如下：

1)通過母船控制臺調節光電復合纜的長度，使拖體位于近海底區域；

2)調整低頻換能器聲源和高頻換能器聲源信號沿垂直方向的相位同步化：通過母船控制臺控制低頻換能器聲源和高頻換能器聲源的激發時間，使高頻換能器聲源相較于低頻換能器聲源的激發延遲時間Δt＝Δh/c，其中Δh為低頻換能器聲源和高頻換能器聲源的深度差，c為水中聲速；