海底沉积物声学特性测量技术与应用(刘保华等著)思维导图
一种海底浅层声学探测数据综合可视化方法

第3 期
海
洋
通
报
Vo 1 .3 4. No .3
2 0 1 5年 6月
MAR I NE S C I E NCE BU L LE T I N
J u n .2 01 5
D o i : 1 0 . 1 1 8 4 0 0 . i s s n . 1 0 0 1 - 6 3 9 2 . 2 0 1 5 . 0 3 . 0 1 2
E v a l u a t i o n P r o c e s s o r )、 几 何 处 理 器 ( G e o m e t r y
剖面和侧扫声呐 、多波束数 据融合后进行 G I S表 达 。该模 型将 浅 剖数 据作 为航 迹线 的一 个 属性 ,然 后将 航迹 线 与侧 扫声 呐 或多波 束 数据 基 于统一 的空
L I U J i a — y i n , L I U Ha l — x i n g , S U T i a n — y u n , L I Xi n — f a n g
( T h e F i r s t I n s t i t u t e o f O c e a n o g r a p h y , S O Qi n g d a o 2 6 6 0 6 1 , C h i n a )
目前 的海底 探测 主要依 赖于声 学探 测技 术 ,包
括 多波 束 测深 、侧 扫声 呐影 像 和 浅地 层 剖 面探 测 ,
理 方法 ,可以有 效获得 海底 以下的 浅部地 层结 构 和
构 造 ,并分 析 出海底 以下存 在 的灾 害地质 因 素如埋
பைடு நூலகம்
其工作原理基本相似 ,只是探测 目标的不同而有所
海洋地质测绘的方法和技巧

海洋地质测绘的方法和技巧海洋地质测绘是一门重要的科学技术,它为我们了解海洋地质现象和资源的分布提供了有效的手段。
本文将介绍海洋地质测绘的方法和技巧,以便更好地了解海洋地质的特点和发展。
一、声学测深技术声学测深技术是最广泛应用于海洋地质测绘的方法之一。
它基于声波在水中的传播性质,通过测量声波从水面发射到反射回来所需的时间,并结合声速的推断,可以计算出水深。
声学测深技术具有测量速度快、较高的垂直分辨率等优点,广泛应用于浅海到深海地形的测量。
二、电磁测深技术电磁测深技术是利用电磁波在水中传播的特性,通过测量电磁波从水面发射到反射回来所需的时间,并结合电磁波速度的推断,计算出水深。
电磁测深技术具有较高的测量精度和较小的测量误差,适用于各种水域的测量。
三、地磁测深技术地磁测深技术是通过测量地球磁场的垂直分量的变化,计算出水深的一种方法。
地磁测深技术的原理是根据海底磁性物质对地球磁场影响的差异来推测水深。
地磁测深技术适用于测量深海区域的水深,但对于浅海区域由于地球磁场的干扰较大,测量精度会受到影响。
四、重力测深技术重力测深技术是通过测量海洋中重力场的变化,来推断海底地形的一种方法。
重力测深技术基于重力异常与海底地形的关系,通过测量重力场在水平和垂直方向上的分量,可以计算出水深。
重力测深技术适用于各种水域的测量,尤其在深海地质测绘中有着举足轻重的作用。
五、卫星遥感技术卫星遥感技术是利用卫星对地球进行观测,通过接收、记录和分析卫星反射或发射的电磁波信息,来获取地表和海底地形的一种方法。
卫星遥感技术具有区域广、周期长、分辨率高等特点,可以用于大尺度、全球范围的海洋地质测绘。
六、潜水器和遥控器技术潜水器和遥控器技术是利用船载或机载的遥控器设备,将探测器送入海底进行实时观测和采集数据的一种方法。
通过潜水器和遥控器技术,科学家可以实现对深海地质环境的直接观测和采样,获取更为准确和详细的海洋地质数据。
七、数据处理和模拟技术数据处理和模拟技术是海洋地质测绘的重要环节,它涉及海底地形数据的整理、分析和模拟等过程。
第三章海洋的声学特性ppt课件

n=1:适用外表声道和深海声道,柱面波传播, TL=10logr,相当于全反射海底和全反射海面 组成的理想波导中的传播条件;
n=1.5:适用计及海底声吸收时的浅海声传播 , TL=15logr,相当于计入界面声吸收所引起的 对柱面波的传播损失的修正;
n=2:适用于开阔水域〔自在场〕,球面波传 播,TL=20logr;
吸收系数 均匀介质的声吸收 介质切变粘滞的声吸收〔经典声吸收〕 介质热传导声吸收〔经典声吸收〕 驰豫吸收〔超吸收〕
假设平面波传播间隔 dx 后,由于声吸收而引 起声强降低为 dI ,那么
dI2Idx
IxI0e2x取自然对数得:Fra bibliotek1 x
ln
p0
px
lnp0/px为声压振幅的自然对数衰减,
无量纲,称为:奈贝(Neper) 物理意义:单位间隔的奈贝数,Neper/m 通常将声强写成下式:
IxI01 0x10
取常用对数得:
1x0 lgII0 x2x0 lgpp0 x
物理意义:单位间隔的分贝数,dB/m
2 xl0g eln p p 0 x 20lg e8.68
反向散射强度(朝声源方 向的声散射。) :单位 界面上单位立体角中所 散射出去的功率与入射 波强度之比。
深海平原海底反向散射强度与入射角的关系
在小入射角时,散射 强度随入射角增大而减小, 与频率普通无关 入射角>5度时,散射
强度10lgms近似与cos2
成正比 大入射角时,散射强度能够与频率的四次方成
即:1Neper=8.68dB
声吸收引起的传播损失:
T L 1l0 g I I1 x x 1 xx1
海洋测绘-第8章海洋地貌及地质探测

(1)界面上不存在剩余压力,即
(2)界面上质点的法线方向运动速度为零
则反射系数R为:
Pi
源脉冲方向
Pr
入射角i 反射角i
iCi 散射
散射
令
则:
tCt
折射角
海床
t
Pt
由此可知,声波在介质面处的反
声波与介质面的作用
射特性与物质的密度相关,密度
大,则反射系数大。
上述模型是在假设海底为镜面情况下得出的结论, 实际海床的起伏、底质的多变均会给回波强度带来一 定的影响,研究其影响对于波束为非垂直入射的声纳 系统具有重要意义。
根据声能方程式,发射波束与海底的直接作用体 现在BS项上。海底对声波的散射强度与声波在海底的 照射面积AE有关,还与海底物质的物理属性(BSB)有关。
图像拼接的关键问题是解决接边线的问题,即 选择出一条曲线,按照这条曲线把声纳图像拼接起 来。待镶嵌的声纳图像按照这条曲线拼接后,曲线 两侧的回波强度变化不显著或变化最小,这条理论 上的曲线被称为接边线或镶嵌线。
要在重叠区找出镶嵌线,只要找出该线与每ping 形成的断面线的交点即可。方法:选取一个长度为d 的一维窗口,让该窗口在断面线内逐个采样点上滑动, 若窗口内所有重合点回波强度差值的绝对值和最小, 则该点即为镶嵌线与该断面线的交点(亦称接边点)。 接边点的选取原则即为:
➢海底地形对波束入射角的影响
设波束在平坦海底的入射角为,由于海底地形 的影响,实际入射角‘为:
式中,R、T为因坡面影响产生的二维入射角在横向和纵 向的分量,为海底坡度;上式(a)式反映的是坡面与测量
华北理工水声学课件02海洋的声学特性-2海底海面声学特性和海洋内部不均匀性

描述:流体流经固体表面或是流体内部出现的一种 不规则运动。它是一种随机运动的旋转流。
它形成海水中温度和盐度的细微结构变化,引起声 速的微结构变化。
内波
描述:两种不同密度液体在其叠合界面上所产生的 波动。
波长可达几十公里到几百公里,波高从10米到100 米。
对低频、远距离的声传播信号有重大影响。
12
注意:实际海底存在吸收,可将海底声速视为复数,此 时不会发生全内反射。按照书上的方法计算:
ln
V
1 2
ln VV*
1 2
V
/ V * V
V2
V *
/
Re
V
V
/ V
2
*
又
V
2imcos cos2 n2 sin2 / msin2 i cos2 n2
cos2 n2
2
13
令:
1 n2 M1 iM2
V
V*
0
2imM1 iM2
M1 iM2 2
Q
Re
V
V
/
2
V
*
2mM2
0
M12
M
2 2
与书上结果:Q
2mM 2
M
2 1
M
2 2
略有不同!
注意:三参数模型可用于分析海洋中声场的平均结构
14
2、海面声学特性
海面波浪
周期性——周期、波长、波 速和波高等量描述其特征;
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海流
描述:海水从一个地方向另一个地方作连续流动的 现象。基本在水平方向上流动,流速较快,呈长带 状。其边缘将海洋分成物理性质差异很大的水团的 锋区,对声波传播影响较大。
深水散射层
水下复杂噪声源声矢量测试与分析技术

精彩摘录
《水下复杂噪声源声矢量测试与分析技术》精彩摘录
在探索深邃的海洋世界时,噪声不仅是干扰,更是一种信息。对于水下复杂噪 声源的声矢量测试与分析技术,它为我们打开了一扇了解海洋环境、水下设备 性能以及海洋生态的重要窗口。《水下复杂噪声源声矢量测试与分析技术》这 本书,便是对这一领域深入研究的结晶。
书中提到:“声矢量测试不仅仅是对声音强弱的测量,更是对声音方向、传播 速度、振动模式等多维度的细致刻画。”这一观点颠覆了传统声学测试的观念, 为我们提供了全新的视角和方法。在水下环境中,由于介质的不均匀性和复杂 性,声音的传播会受到诸多因素的影响,而声矢量测试能够更全面地捕捉这些 细微的变化。
书中还深入探讨了水下复杂噪声源的特性分析。噪声源的种类繁多,从天然的 海洋生物活动,到人为的船舶、潜艇、水下施工等,每一种噪声都有其独特的 频谱特征和传播规律。通过对这些噪声的深入分析,我们可以了解噪声的来源、 强度、传播路径等信息,为海洋环境保护、水下设备设计以及水下通信等提供 重要依据。
阅读感受
《水下复杂噪声源声矢量测试与分析技术》读后感
在科技飞速发展的今天,水声工程作为海洋科技领域的一个重要分支,对于人 类探索和开发海洋资源具有极其重要的意义。最近,我阅读了《水下复杂噪声 源声矢量测试与分析技术》一书,深感其对于水声工程领域的发展有着重要的 推动作用。
这本书由胡博、时洁、时胜国所著,龙门书局于2023年11月,属于“现代水 声技术与应用丛书”中的一本。书中详细阐述了水下复杂噪声源的声矢量测试 与分析技术,为我们提供了一个全面而深入的视角来理解和研究水声现象。
当然,作为一本科技类书籍,《水下复杂噪声源声矢量测试与分析技术》在语 言表达上也十分出色。作者们采用了通俗易懂的语言,使得复杂的技术原理变 得易于理解。同时,书中还配备了丰富的图表和插图,使得抽象的理论知识变 得生动具体。
海洋的声学特性课件

声呐技术有多种类型,包括主 动声呐和被动声呐,以及用于 不同探测目的的特殊声呐。
声学多普勒测流技术
声学多普勒测流技术是一种利用声波测量水流速度和方向的无损测量技术 。
该技术基于多普勒效应原理,通过测量声波在水流中的频率变化来推算水 流的速度和方向。
声学多普勒测流技术广泛应用于海洋学、河流水文学等领域,为研究水流 动力学和环境变化提供了重要手段。
声学温度测量技术
声学温度测量技术是一种利用声 波测量水下温度场的方法。
该技术通过测量声波在水中传播 的速度,结合已知的声速与温度 之间的关系,推算出水下的温度
分布。
声学温度测量技术对于研究海洋 热力学、气候变化等领域具有重
要意义。
海洋声学测量技术的发展趋势
海洋声学测量技术不断发展,未来将朝 着高精度、高分辨率、高效率的方向发 展。
在海洋考古研究中的应用
声波成像
利用声波成像技术探测海底沉船、古迹等文化遗产,为海洋考古研究提供新的 方法和手段。
声学测年
通过测量海底沉积物的声学特性,确定沉积物的年代和历史,为海洋历史和考 古研究提供重要依据。
05
未来展望与挑战
BIG DATA EMPOWERS TO CREATE A NEW
ERA
20世纪初
声呐技术开始应用于军事领域。
20世纪中叶
声学在海洋资源探测和环境监测方面 的应用逐渐普及。
21世纪
高分辨率和高灵敏度声学技术的发展 ,推动了海洋声学研究的深入。
海洋声学的研究意义
促进海洋科学的发展
声学技术为海洋科学研究提供 了重要的工具和方法。
保障国家安全
军事应用领域的声呐技术对于 国家安全具有重要意义。
在海洋环境监测中的应用
海底底质的声学特征研究

称 为 接边 线 或镶 嵌 线 。 2 . 3测 区格 网化 及 声强 数 据 的选 取 ( 抽样 ) 为 了便 于计 算 机 图像 处 理 , 就 须 对 测 区进 行 栅格 化 。每个 小 的 格 网需要 代 表 一个 回波采 样 , 该 格 网 即为 图像 的像 素 。 声强 采 样 的不 均 匀性 可 能 导致 格 网 内出 现没 有 声强 数 据 、 一 个 声 强 数据 和 多个 声 强 数据 的情 况 。 为 了真 实反 映 海 底 物质 的特 征 , 对 于没 有 声 强 数 据 的情 况 , 在灰 度量 化 时 , 可将 之 设 置 为 背 景 灰 度 级; 对 于存 在 单 个 声 强 数 据 的情 况 , 用 该声 强 反 映格 网所 对 应 实 际 海床 的底 质 类 型 ; 若 存 在 多 个声 强数 据 , 最 终 声 强 可 根 据 如 下 原 则 确定 ; ( 1 ) 接近均值原则。所有声强数据与均值较差 , 绝对差值最小者 为可 能 的备 选声 强 。 ( 2 ) 声强 变 化渐 进 性 原则 。由于 格 网代 表 的实 际海 底 区域 较 小 , 地质 类 型 不 可 能发 生大 的突 变 , 小 区域 范 围内 , 地 质 类 型 的变 化 具 有渐 进性 。 格 网化 和声 强 抽 样 工作 完成 的优 劣 直 接 影 响 着 将 来 图像 质 量 的好 坏 , 也影 响着 图像 对海 底 地 质类 型 的反 映 。 格 网划 分 过粗 ( 像 素 少) , 像 素代 表 区域 较 大 , 形 成 图像 的 Mo s a i c现象 严 重 , 则 难 以详 细 地反 映海 底 类 型 的 变 化 ; 像 素过多 , 达 到饱 和 , 图像 质 量 将 不 再 提 高, 相 反 还会 造 成计 算 量 的增 大 。 2 . 4 声强 向灰度 级 的转 换 ( 量化) 该转 换 实 际上 是将 声 强 同 描述 图像 的灰 度 级 对 应起 来 , 实 现 声 强 向灰度 级 的量 化 。 声强 的变化 范 围 主要 取 决 于海 床 的 地貌 特 征 、 地 质 类 型 以及 多 波束 系统 。对 于一个 测 区而 言 , 若 海底 地 貌 特 征 和底 质 类 型变 化 复 杂, 声 强 分布 于 整个 变 化 范 围 , 则声强 G B s 可量 化 为 灰度 G为 : G = 1 2 6 + G B s ( 1 2 8 ~ 1 2 6 d B ) 对 应 灰度 范 围 ( 2 5 5 ~ 0 ) 或G = 1 2 6 一 G B s ( 1 2 8 ~ 1 2 6 d B ) 对 应灰 度 范 围 ( 0 ~ 2 5 5 ) 式中, G为 灰度 级 ; G B s 为 回波声 强 。 若声 强变 化 范 围为 ( G b s m i n — G b s m a x ) ,量 化 后 的灰 度 范 B s 量 化 后 的灰 度级 G可 表 达为 :