本發(fā)明屬于海底底質(zhì)聲學(xué)特性研究技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種高低頻海底底質(zhì)參數(shù)測(cè)量?jī)x及海底底質(zhì)參數(shù)測(cè)量方法。

背景技術(shù)：

在人類(lèi)已經(jīng)掌握的各種探測(cè)海洋的手段中，聲學(xué)方法仍然是一個(gè)最有效地探測(cè)手段。海底作為聲波在海水中傳播的下邊界，對(duì)聲場(chǎng)的影響巨大，因此，了解和獲取海底底質(zhì)的聲學(xué)特性是解決水下聲傳播問(wèn)題的關(guān)鍵因素。

當(dāng)前多采用遙感的方法獲得海底的地形地貌和海底底質(zhì)參數(shù)，但是遙感技術(shù)獲得的數(shù)據(jù)是歷史數(shù)據(jù)，沒(méi)有實(shí)時(shí)測(cè)量的數(shù)據(jù)有意義和說(shuō)服力。當(dāng)前對(duì)海底底質(zhì)參數(shù)的實(shí)時(shí)測(cè)量一般是采用海底取樣，并在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行測(cè)量，然后把實(shí)驗(yàn)室測(cè)量結(jié)果修正到現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量值的方法。其中海底取樣的樣本長(zhǎng)度一般不超過(guò)30cm，且一般采用重力取樣獲取，并盡可能地減小取樣擾動(dòng)所帶來(lái)的誤差。這種實(shí)時(shí)測(cè)量的方法存在很多缺點(diǎn)，例如，不能得到海底的連續(xù)資料，只能獲取離散點(diǎn)的數(shù)據(jù)；樣本容易受到海水的沖刷而失去原貌，同時(shí)也失去了原有的壓力、溫度等環(huán)境條件；該方法費(fèi)時(shí)費(fèi)力，且受制于海況條件，當(dāng)海底底質(zhì)很硬時(shí)(如花崗巖和玄武巖底質(zhì))不容易獲取樣本。

由此可見(jiàn)，現(xiàn)有技術(shù)有待于進(jìn)一步的改進(jìn)和提高。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明為避免上述現(xiàn)有技術(shù)存在的不足之處，提供了一種高低頻海底底質(zhì)參數(shù)測(cè)量?jī)x及海底底質(zhì)參數(shù)測(cè)量方法，以實(shí)現(xiàn)采集數(shù)據(jù)的連續(xù)性，提高測(cè)量的準(zhǔn)確性。

本發(fā)明所采用的技術(shù)方案為：

高低頻海底底質(zhì)參數(shù)測(cè)量?jī)x，包括測(cè)量?jī)x本體和上位機(jī)，所述測(cè)量?jī)x本體的頂端設(shè)置有釋放綁定機(jī)構(gòu)，測(cè)量?jī)x本體的底端設(shè)置有壓力開(kāi)關(guān)、水聲聲速測(cè)量模塊、反射板、高頻收發(fā)一體換能器以及低頻收發(fā)一體換能器，水聲聲速測(cè)量模塊用于發(fā)射和接收聲波，反射板用于反射發(fā)自水聲聲速測(cè)量模塊的聲波，高頻收發(fā)一體換能器用于發(fā)射高頻聲波并接收反射自海底不同層底質(zhì)的高頻聲波，低頻收發(fā)一體換能器用于發(fā)射低頻聲波并接收反射自海底不同層底質(zhì)的低頻聲波；測(cè)量?jī)x本體內(nèi)設(shè)置有處理器電路板模塊、導(dǎo)線及速度傳感器，處理器電路板模塊內(nèi)設(shè)置有數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元，壓力開(kāi)關(guān)、水聲聲速測(cè)量模塊、高頻收發(fā)一體換能器、低頻收發(fā)一體換能器以及速度傳感器分別通過(guò)導(dǎo)線與處理器電路板模塊相連，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元通過(guò)有線線纜或無(wú)線通信與上位機(jī)完成數(shù)據(jù)傳輸，上位機(jī)內(nèi)存儲(chǔ)有多種地聲模型。

所述高低頻海底底質(zhì)參數(shù)測(cè)量?jī)x為回收式高低頻海底底質(zhì)參數(shù)測(cè)量?jī)x，該回收式高低頻海底底質(zhì)參數(shù)測(cè)量?jī)x包括船舶及設(shè)置在船舶上的排纜裝置，所述釋放綁定機(jī)構(gòu)通過(guò)纜繩與排纜裝置相連。

所述高低頻海底底質(zhì)參數(shù)測(cè)量?jī)x為拋棄式高低頻海底底質(zhì)參數(shù)測(cè)量?jī)x，該拋棄式高低頻海底底質(zhì)參數(shù)測(cè)量?jī)x包括浮體，浮體與釋放綁定機(jī)構(gòu)相連，所述浮體內(nèi)設(shè)置有數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊與處理器電路板模塊通信連接，且數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊通過(guò)有線線纜與上位機(jī)完成數(shù)據(jù)傳輸。

所述測(cè)量?jī)x本體內(nèi)還設(shè)置有電池模塊，所述處理器電路板模塊與電池模塊相連。

所述測(cè)量?jī)x本體的底端還設(shè)置有多塊裙板。

所述釋放綁定機(jī)構(gòu)包括依次相連的釋放器、電機(jī)及水聲換能器，電機(jī)分別與釋放器、水聲換能器相連，水聲換能器與處理器電路板模塊相連，電機(jī)控制釋放器動(dòng)作。

所述測(cè)量?jī)x本體的頂端還設(shè)置有外部接線口，外部接線口通過(guò)導(dǎo)線與處理器電路板模塊相連，測(cè)量?jī)x本體通過(guò)外部接線口傳輸完成與上位機(jī)之間的命令或者數(shù)據(jù)的傳輸。

所述測(cè)量?jī)x本體內(nèi)還設(shè)置有藍(lán)牙模塊，藍(lán)牙模塊通過(guò)導(dǎo)線與所述處理器電路板模塊相連，測(cè)量?jī)x本體通過(guò)藍(lán)牙模塊無(wú)線通訊傳輸完成與上位機(jī)之間的命令或者數(shù)據(jù)的傳輸。

所述上位機(jī)中的地聲模型包括Hamilton粘彈模型，Biot-stoll模型，Buckingham VGS模型和Chotiros-Isakson BICSQS模型。

本發(fā)明還公開(kāi)了一種利用上述高低頻海底底質(zhì)參數(shù)測(cè)量?jī)x對(duì)海底底質(zhì)參數(shù)進(jìn)行測(cè)量的方法，該方法包括：

通過(guò)歷史數(shù)據(jù)或者實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)建立一個(gè)海洋底質(zhì)聲傳播損失TL、底質(zhì)成分以及底質(zhì)聲速cpr的對(duì)應(yīng)表，用以后續(xù)確定海洋各層底質(zhì)參數(shù)，該歷史數(shù)據(jù)或?qū)嶒?yàn)數(shù)據(jù)可以通過(guò)上位機(jī)中已有的地聲模型或使用者根據(jù)實(shí)際測(cè)量海域的情況自編輯自定義的地聲模型或公式來(lái)對(duì)海底底質(zhì)參數(shù)進(jìn)行分析處理得到；

將測(cè)量?jī)x本體放入待測(cè)量海域，壓力開(kāi)關(guān)在水下外部靜壓力的作用下打開(kāi)，當(dāng)速度傳感器檢測(cè)到的測(cè)量?jī)x本體的下沉速度為零時(shí)，測(cè)量?jī)x本體開(kāi)始測(cè)量并記錄數(shù)據(jù)；

采用時(shí)間飛躍技術(shù)測(cè)量水聲聲速C_w，即利用水聲聲速測(cè)量模塊和反射板的配合測(cè)量水聲聲速C_w，計(jì)算公式為：

其中，L_水測(cè)指的是從水聲聲速測(cè)量模塊到反射板之間的距離，t_水測(cè)指的是從水聲聲速測(cè)量模塊發(fā)送聲波開(kāi)始到第一次接收到反射板反射回來(lái)聲波的時(shí)間；

高、低頻收發(fā)一體換能器與第一層底質(zhì)的上界面之間的距離L_0水的計(jì)算：因高、低頻收發(fā)一體換能器與第一層底質(zhì)的上界面之間的距離小，所以該段距離內(nèi)的傳播損失忽略不計(jì)，L_0水的計(jì)算公式為：

L_0水＝(C_w×t_0水)/2

其中，C_w為上述已測(cè)得的聲速，t_0水為高頻收發(fā)一體換能器或低頻收發(fā)一體換能器從發(fā)出聲波到第一次接收到由第一層底質(zhì)上界面發(fā)射回來(lái)的聲波的時(shí)間；

第一層底質(zhì)成分的確定：從高、低頻收發(fā)一體換能器發(fā)出的聲源級(jí)強(qiáng)度為Xdb，聲波從發(fā)出到穿過(guò)第一層底質(zhì)上表面、遇到第一層底質(zhì)下表面以后原路徑返回高、低頻收發(fā)一體換能器，接收到的強(qiáng)度為Y₁db，則第一層底質(zhì)中的傳播損失TL₁＝(X-Y₁)/2，計(jì)算出傳播損失TL₁后，根據(jù)上述傳播損失TL、底質(zhì)成分以及底質(zhì)聲速cpr的對(duì)應(yīng)表確定第一層底質(zhì)的參數(shù)，并得到第一層底質(zhì)的底質(zhì)聲速cpr_1底；

第一層底質(zhì)層厚的計(jì)算：第一層底質(zhì)上界面和下界面之間的距離為L(zhǎng)_1底，即第一層底質(zhì)層厚為L(zhǎng)_1底，測(cè)量中高、低頻收發(fā)一體換能器到第一層底質(zhì)下界面的距離為L(zhǎng)_0水+L_1底，則有：

其中，t_1底為高、低頻收發(fā)一體換能器收到的從發(fā)出聲波，到聲波透過(guò)第一層底質(zhì)上界面，到遇到第一層底質(zhì)下界面反射回高、低頻收發(fā)一體換能器的時(shí)間；

第二層底質(zhì)成分的確定：從高、低頻收發(fā)一體換能器發(fā)出的聲源級(jí)強(qiáng)度為Xdb，聲波從發(fā)出到穿過(guò)第一層底質(zhì)上表面、下界面，繼續(xù)穿過(guò)第二層上界面，遇到第二層底質(zhì)下表面以后原路徑返回高、低頻收發(fā)一體換能器，接收到的強(qiáng)度為Y₂db，則第二層底質(zhì)中的傳播損失計(jì)算出第二層中傳播損失TL₂后，根據(jù)上述傳播損失TL、底質(zhì)成分以及底質(zhì)聲速cpr的對(duì)應(yīng)表確定第二層底質(zhì)的成分，并得到第二層底質(zhì)的底質(zhì)聲速cpr_2底；

第二層底質(zhì)層厚的計(jì)算：第二層底質(zhì)上界面和下界面之間的距離為L(zhǎng)_2底，即第二層底質(zhì)層厚為L(zhǎng)_2底，測(cè)量中高、低頻收發(fā)一體換能器到第二層底質(zhì)下界面的距離為L(zhǎng)_0水+L_1底+L_2底，則有：

其中，t_2底為高、低頻收發(fā)一體換能器收到的從發(fā)出聲波，到聲波透過(guò)第一層底質(zhì)上界面、第一層底質(zhì)下界面、第二層底質(zhì)上界面，遇到第二層底質(zhì)下界面原路徑反射回高、低頻收發(fā)一體換能器的時(shí)間；

如此依次計(jì)算，直至確定出第N層底質(zhì)的成分及層厚：

第N層底質(zhì)成分的確定：從高、低頻收發(fā)一體換能器發(fā)出的聲源級(jí)強(qiáng)度為Xdb，聲波從發(fā)出到穿過(guò)第一層底質(zhì)上表面、下界面、第二層底質(zhì)上界面、下界面……直至穿過(guò)第N層上界面，遇到第N層底質(zhì)下表面以后原路徑返回高、低頻收發(fā)一體換能器，接收到的強(qiáng)度為Y_ndb，則第N層底質(zhì)中的傳播損失計(jì)算出傳播損失TL_n后，根據(jù)上述傳播損失TL、底質(zhì)成分以及底質(zhì)聲速cpr的對(duì)應(yīng)表確定第N層底質(zhì)的成分，并得到第N層底質(zhì)的底質(zhì)聲速cpr_n底；

第N層底質(zhì)層厚的計(jì)算：第N層底質(zhì)上界面和下界面之間的距離為L(zhǎng)_n底，即第N層底質(zhì)的層厚為L(zhǎng)_n底，測(cè)量中高、低頻收發(fā)一體換能器到第N層底質(zhì)下界面的距離為L(zhǎng)_0水+L_1底+L_2底+…+L_n底，則有：

其中，t_n-1底為高、低頻收發(fā)一體換能器收到的從發(fā)出聲波，到聲波透過(guò)第一層底質(zhì)上界面、第一層底質(zhì)下界面、第二層底質(zhì)上界面……第N-1層底質(zhì)上界面，遇到第N-1層底質(zhì)下界面原路徑反射回高、低頻收發(fā)一體換能器的時(shí)間；t_n底為高、低頻收發(fā)一體換能器收到的從發(fā)出聲波，到聲波透過(guò)第一層底質(zhì)上界面、第一層底質(zhì)下界面、第二層底質(zhì)上界面……第N層底質(zhì)上界面，遇到第N層底質(zhì)下界面原路徑反射回高、低頻收發(fā)一體換能器的時(shí)間。

由于采用了上述技術(shù)方案，本發(fā)明所取得的有益效果為：

1、利用本發(fā)明可以實(shí)時(shí)測(cè)量被測(cè)海域的海底底質(zhì)各參數(shù)，克服了傳統(tǒng)的遙感測(cè)量和采集海底底質(zhì)標(biāo)本方法的缺點(diǎn)和不足，能夠得到海底的連續(xù)資料，獲取連續(xù)的數(shù)據(jù)，可靠性高。

2、本發(fā)明中的測(cè)量?jī)x本體既可以根據(jù)測(cè)得的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)計(jì)算出海底底質(zhì)的基本參數(shù)，也可以將采集到的數(shù)據(jù)導(dǎo)入上位機(jī)中進(jìn)行數(shù)據(jù)的分析和處理，得到細(xì)致的分析處理結(jié)果和更加形象的可視化圖像結(jié)果。

3、本發(fā)明使用方式靈活多變，既可以采用回收式也可以采用拋棄式，可以滿足不同應(yīng)用的各種需求。

4、本發(fā)明采用兩種通訊功能，以滿足不同的需求。在回收式使用方式時(shí)，既可以通過(guò)有纜連接，也可以通過(guò)藍(lán)牙連接上位機(jī)和測(cè)量?jī)x本體進(jìn)行數(shù)據(jù)和命令的傳輸；在拋棄式使用方式時(shí)，測(cè)量?jī)x本體可以通過(guò)有纜連接測(cè)量?jī)x本體和浮體進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。本發(fā)明的通訊功能完全滿足各種條件下的使用需求。

5、本發(fā)明中的上位機(jī)功能強(qiáng)大，可以根據(jù)測(cè)量得到的數(shù)據(jù)利用已有的地聲模型進(jìn)行數(shù)據(jù)的分析與處理，也可以根據(jù)實(shí)際情況自編輯的地聲模型或公式進(jìn)行數(shù)據(jù)的分析處理，最后輸出人機(jī)界面交互性更好地可視化結(jié)果。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明中測(cè)量?jī)x本體的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖。

圖2為本發(fā)明中回收式高低頻海底底質(zhì)參數(shù)測(cè)量?jī)x(除去上位機(jī))的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖。

圖3為本發(fā)明中拋棄式高低頻海底底質(zhì)參數(shù)測(cè)量?jī)x(除去上位機(jī))的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖。

圖4為根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)得到的某一傳播損失TL、底質(zhì)成分以及底質(zhì)聲速cpr的對(duì)應(yīng)表。

圖5為本發(fā)明中高低頻海底底質(zhì)參數(shù)測(cè)量方法的原理圖。

其中，

1、測(cè)量?jī)x本體 2、外部接線口 3、導(dǎo)線 4、釋放綁定機(jī)構(gòu) 5、電機(jī) 6、水聲換能器 7、處理器電路板模塊 8、電池模塊 9、水聲聲速測(cè)量模塊 10、反射板 11、藍(lán)牙通訊模塊 12、壓力開(kāi)關(guān) 13、高頻收發(fā)一體換能器 14、低頻收發(fā)一體換能器 15、裙板 16、排纜裝置 17、纜繩 18、定滑輪 19、輪盤(pán) 20、固定支架 21、浮體 22、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明，但本發(fā)明并不限于這些實(shí)施例。

如圖1所示，高低頻海底底質(zhì)參數(shù)測(cè)量?jī)x，包括測(cè)量?jī)x本體1和上位機(jī)，所述測(cè)量?jī)x本體1的頂端設(shè)置有釋放綁定機(jī)構(gòu)4。所述釋放綁定機(jī)構(gòu)4包括依次相連的釋放器、電機(jī)5及水聲換能器6，電機(jī)5分別與釋放器、水聲換能器6相連，水聲換能器6與下述處理器電路板模塊7相連，電機(jī)5控制釋放器動(dòng)作。

所述測(cè)量?jī)x本體1的底端設(shè)置有壓力開(kāi)關(guān)12、水聲聲速測(cè)量模塊9、反射板10、高頻收發(fā)一體換能器13以及低頻收發(fā)一體換能器14，水聲聲速測(cè)量模塊9用于發(fā)射和接收聲波，反射板10用于反射發(fā)自水聲聲速測(cè)量模塊9的聲波，高頻收發(fā)一體換能器13用于發(fā)射高頻聲波并接收反射自底質(zhì)的高頻聲波，低頻收發(fā)一體環(huán)能器14用于發(fā)射低頻聲波并接收反射自底質(zhì)的低頻聲波。

所述高頻收發(fā)一體換能器13與低頻收發(fā)一體換能器14在空間位置上處于同一高度位置處，即兩者距離海底各層底質(zhì)的垂直距離相等。

所述測(cè)量?jī)x本體1內(nèi)設(shè)置有處理器電路板模塊7、導(dǎo)線3及速度傳感器，處理器電路板模塊7內(nèi)設(shè)置有數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元，壓力開(kāi)關(guān)12、水聲聲速測(cè)量模塊9、高頻收發(fā)一體換能器13、低頻收發(fā)一體換能器14以及速度傳感器分別通過(guò)導(dǎo)線3與處理器電路板模塊7相連，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元通過(guò)有線線纜或無(wú)線通信與上位機(jī)完成數(shù)據(jù)傳輸。

所述測(cè)量?jī)x本體1內(nèi)還設(shè)置有電池模塊8，所述處理器電路板模塊7與電池模塊8相連。

所述測(cè)量?jī)x本體1的頂端還設(shè)置有外部接線口2，外部接線口2通過(guò)導(dǎo)線3與處理器電路板模塊7相連，測(cè)量?jī)x本體1通過(guò)外部接線口2傳輸完成與上位機(jī)之間的命令或者數(shù)據(jù)的傳輸。

此外，所述測(cè)量?jī)x本體1內(nèi)還設(shè)置有藍(lán)牙模塊11，藍(lán)牙模塊11通過(guò)導(dǎo)線3與所述處理器電路板模塊7相連，測(cè)量?jī)x本體1通過(guò)藍(lán)牙模塊11傳輸完成與上位機(jī)之間的命令或者數(shù)據(jù)的傳輸。

所述測(cè)量?jī)x本體1的底端還設(shè)置有多塊裙板15，用以保證整個(gè)測(cè)量?jī)x本體1的重心向下。

所述上位機(jī)內(nèi)存儲(chǔ)有地聲模型庫(kù)。所述上位機(jī)中的地聲模型庫(kù)包括Hamilton粘彈模型，Biot-stoll模型，Buckingham VGS模型和Chotiros-Isakson BICSQS模型。當(dāng)然，使用者也可根據(jù)實(shí)際需求自己編寫(xiě)模型，根據(jù)測(cè)量值代入模型進(jìn)行相關(guān)計(jì)算。

在海底的地殼上面，覆蓋著一層或者多層非凝團(tuán)態(tài)的沉積層，海水和海底沉積層界面存在著一個(gè)海底界面，根據(jù)已有的歷史數(shù)據(jù)表明，一般情況下，淺海大陸架屬于高聲速海底(底質(zhì)聲速>海水聲速)，深海沉積層屬于低聲速海底(底質(zhì)聲速<海水聲速)。

本發(fā)明利用聲傳播在測(cè)量過(guò)程中的傳播衰減和通過(guò)實(shí)驗(yàn)或者歷史數(shù)據(jù)確定的聲傳播衰減和底質(zhì)成分對(duì)應(yīng)表格，來(lái)計(jì)算分析海底底質(zhì)參數(shù)(底質(zhì)成分組成和底質(zhì)層厚)，并可將數(shù)據(jù)導(dǎo)入上位機(jī)中利用已有的成熟的地聲模型或者使用者可以根據(jù)實(shí)際測(cè)量海域的情況自編輯自定義地聲模型或公式來(lái)對(duì)海底底質(zhì)及分層情況進(jìn)行進(jìn)一步細(xì)化分析處理，并顯示可視化的結(jié)果。其中，高頻收發(fā)一體換能器13連同測(cè)量?jī)x中除去低頻收發(fā)一體換能器14以外的各部件一起，主要對(duì)海底底質(zhì)中沉積物的最上層的幾米進(jìn)行精確測(cè)量(高頻衰減嚴(yán)重，主要測(cè)量海底底質(zhì)分層的上層)。低頻收發(fā)一體換能器14連同測(cè)量?jī)x除去高頻收發(fā)一體換能器13以外的各部件一起，對(duì)海底底質(zhì)進(jìn)行大致測(cè)量(低頻衰減慢，測(cè)量深度比高頻深)。

如圖2所示，圖2示出了本發(fā)明的其中一個(gè)實(shí)施例，該實(shí)施例中的高低頻海底底質(zhì)參數(shù)測(cè)量?jī)x為回收式高低頻海底底質(zhì)參數(shù)測(cè)量?jī)x，該回收式高低頻海底底質(zhì)參數(shù)測(cè)量?jī)x包括船舶及設(shè)置在船舶上的排纜裝置16，所述釋放綁定機(jī)構(gòu)4通過(guò)纜繩17與排纜裝置16相連。

所述排纜裝置16包括纜繩17、定滑輪18、輪盤(pán)19及用于將輪盤(pán)19固定在船舶上的固定支架20，固定支架20將整個(gè)排纜裝置16固定在船舶上。釋放綁定機(jī)構(gòu)4與纜繩17相連，纜繩17依次經(jīng)多個(gè)定滑輪18的改向繞至輪盤(pán)19，通過(guò)輪盤(pán)19進(jìn)行纜繩17的收放，輪盤(pán)19通過(guò)收放纜繩17控制測(cè)量?jī)x本體的測(cè)量深度。

使用時(shí)，將測(cè)量?jī)x本體1通過(guò)排纜裝置16連接到船舶上，將測(cè)量?jī)x本體1釋放到靠近海底的水下，壓力開(kāi)關(guān)12在水下承受一定壓力后，壓力開(kāi)關(guān)12打開(kāi)，測(cè)量?jī)x本體1開(kāi)始進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量?jī)x本體1隨船舶移動(dòng)，測(cè)量船舶運(yùn)動(dòng)軌跡下方的海底底質(zhì)參數(shù)并記錄數(shù)據(jù)。測(cè)量結(jié)束后，通過(guò)排纜裝置16將測(cè)量?jī)x本體1收回，將測(cè)量?jī)x本體1通過(guò)有線電纜或無(wú)線藍(lán)牙傳輸數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)導(dǎo)入上位機(jī)中使用或者進(jìn)行下一步處理。

如圖3所示，圖3示出了本發(fā)明的另外一個(gè)實(shí)施例，該實(shí)施例中的高低頻海底底質(zhì)參數(shù)測(cè)量?jī)x為拋棄式高低頻海底底質(zhì)參數(shù)測(cè)量?jī)x，該拋棄式高低頻海底底質(zhì)參數(shù)測(cè)量?jī)x包括浮體21，浮體21與釋放綁定機(jī)構(gòu)4相連，所述浮體21內(nèi)設(shè)置有數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊22，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊22與處理器電路板模塊7通信連接，且數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊22通過(guò)有線線纜與上位機(jī)完成數(shù)據(jù)傳輸。

所述拋棄式高低頻海底底質(zhì)參數(shù)測(cè)量?jī)x主要在海況條件惡劣，無(wú)法完成測(cè)量?jī)x本體1的回收作業(yè)時(shí)使用，測(cè)量?jī)x本體1可以配合浮體21進(jìn)行拋棄式作業(yè)。

使用時(shí)，將帶有數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊22的浮體21通過(guò)釋放綁定機(jī)構(gòu)4連接到測(cè)量?jī)x本體1上，并通過(guò)有線電纜連接浮體21和測(cè)量?jī)x本體1的外部接線口2進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。應(yīng)用過(guò)程中，可以直接將帶有浮體21的測(cè)量?jī)x本體1投入到需要測(cè)量的海洋區(qū)域中，測(cè)量?jī)x本體1下沉，壓力開(kāi)關(guān)12在外部靜壓力的作用下打開(kāi)，當(dāng)速度傳感器檢測(cè)到測(cè)量?jī)x本體1的下沉速度為零時(shí)，可以確定測(cè)量?jī)x本體1觸底，測(cè)量?jī)x本體1開(kāi)始測(cè)量并將記錄完成的數(shù)據(jù)通過(guò)有線線纜傳輸?shù)礁◇w21的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊22中，傳輸完成后觸發(fā)釋放綁定機(jī)構(gòu)4釋放浮體21，浮體21在浮力的作用下上升，并和測(cè)量?jī)x本體1上的外部接線口2脫離，浮體21上升到海面以后，使用者可以通過(guò)浮體21上醒目的顏色(如紅色容易在海上被發(fā)現(xiàn))或者在浮體21上設(shè)置可閃爍的警示燈來(lái)對(duì)浮體21進(jìn)行及時(shí)的打撈。浮體21打撈完成后可以通過(guò)有線線纜連接上位機(jī)，將采集到的數(shù)據(jù)導(dǎo)入上位機(jī)中使用或者進(jìn)行下一步的分析處理。

本發(fā)明還公開(kāi)了一種利用上述高低頻海底底質(zhì)參數(shù)測(cè)量?jī)x對(duì)海底底質(zhì)參數(shù)進(jìn)行測(cè)量的方法，如圖5所示，下面以三層底質(zhì)為例對(duì)該方法進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。

通過(guò)歷史數(shù)據(jù)或者實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)建立一個(gè)如圖4所示的，海洋領(lǐng)域傳播損失TL、底質(zhì)成分以及底質(zhì)聲速cpr的對(duì)應(yīng)表，用以后續(xù)確定海洋各底質(zhì)成分，該歷史數(shù)據(jù)或?qū)嶒?yàn)數(shù)據(jù)可以通過(guò)上位機(jī)中已有的地聲模型或使用者根據(jù)實(shí)際測(cè)量海域的情況自編輯自定義的地聲模型或公式來(lái)對(duì)海底底質(zhì)成分進(jìn)行分析處理得到。當(dāng)然，上述對(duì)應(yīng)表中還有傳播損失TL與相應(yīng)的底質(zhì)成分的密度比rho(rho>0)，擠壓衰減cpi是(米/秒，cpi<0)，剪切聲音速度csr(米/秒，csr>0，一般<0.6)，剪切衰減csi(米/秒，csi<0)之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，從而在后續(xù)確定各層底質(zhì)成分之后，查表可得各層底質(zhì)的相應(yīng)參數(shù)。

將測(cè)量?jī)x本體1放入待測(cè)量海域，壓力開(kāi)關(guān)12在水下外部靜壓力的作用下打開(kāi)，當(dāng)速度傳感器檢測(cè)到的測(cè)量?jī)x本體1的下沉速度為零時(shí)，測(cè)量?jī)x本體1開(kāi)始測(cè)量并記錄數(shù)據(jù)。

采用時(shí)間飛躍技術(shù)測(cè)量水聲聲速C_w，即利用水聲聲速測(cè)量模塊9和反射板10的配合測(cè)量聲速C_w，計(jì)算公式為：

其中，L_水測(cè)指的是從水聲聲速測(cè)量模塊9到反射板10之間的距離，t_水測(cè)指的是從水聲聲速測(cè)量模塊9發(fā)送聲波開(kāi)始到第一次接收到反射板10反射回來(lái)聲波的時(shí)間。

高、低頻收發(fā)一體換能器與第一層底質(zhì)的上界面之間的距離L_0水的計(jì)算：因高、低頻收發(fā)一體換能器與第一層底質(zhì)的上界面之間的距離并不是很大，所以該段距離內(nèi)的傳播損失忽略不計(jì)，L_0水的計(jì)算公式為：

L_0水＝(C_w×t_0水)/2

其中，C_w為上述已測(cè)得的聲速，t_0水為高頻收發(fā)一體換能器13或低頻收發(fā)一體換能器14從發(fā)出聲波到第一次接收到由第一層底質(zhì)上界面發(fā)射回來(lái)的聲波的時(shí)間。

第一層底質(zhì)成分的確定：從高、低頻收發(fā)一體換能器發(fā)出的聲源級(jí)強(qiáng)度為Xdb，聲波從發(fā)出到穿過(guò)第一層底質(zhì)上表面、遇到第一層底質(zhì)下表面以后原路徑返回高、低頻收發(fā)一體換能器，接收到的強(qiáng)度為Y₁db，則第一層底質(zhì)中的傳播損失TL₁＝(X-Y₁)/2，計(jì)算出傳播損失TL₁后，根據(jù)上述傳播損失TL、底質(zhì)成分以及底質(zhì)聲速cpr的對(duì)應(yīng)表確定第一層底質(zhì)的成分，并得到第一層底質(zhì)的底質(zhì)聲速cpr_1底。

假設(shè)計(jì)算得到的傳播損失TL₁為-0.006C_w+閾值≤TL₁≤-0.006C_w-閾值，根據(jù)圖4中的表格可以確定第一層底質(zhì)成分為泥，對(duì)應(yīng)的底質(zhì)聲速cpr_1底為0.99C_w。

上述的底質(zhì)成分確定的原理為：根據(jù)聲吶方程SL-2TL+TS-NL+DI＝DT，其中，SL為聲源級(jí)(由高、低頻收發(fā)一體換能器發(fā)射，因此其強(qiáng)度已知)，TS-目標(biāo)強(qiáng)度(忽略)，NL-噪聲級(jí)(忽略)，DI-接收指向性(忽略)，DT指高、低頻收發(fā)一體換能器第N次收到直達(dá)波的檢測(cè)值。因此上述聲吶方程可簡(jiǎn)化為：SL-2TL＝DT，從而得到

第一層底質(zhì)層厚的計(jì)算：第一層底質(zhì)上界面和下界面之間的距離為L(zhǎng)_1底，即第一層底質(zhì)的層厚為L(zhǎng)_1底，測(cè)量中高、低頻收發(fā)一體換能器到第一層底質(zhì)下界面的距離為L(zhǎng)_0水+L_1底，則有：

其中，t_1底為高、低頻收發(fā)一體換能器收到的從發(fā)出聲波，到聲波透過(guò)第一層底質(zhì)上界面，到遇到第一層底質(zhì)下界面反射回高、低頻收發(fā)一體換能器的時(shí)間。

第二層底質(zhì)成分的確定：從高、低頻收發(fā)一體換能器發(fā)出的聲源級(jí)強(qiáng)度為Xdb，聲波從發(fā)出到穿過(guò)第一層底質(zhì)上表面、下界面，繼續(xù)穿過(guò)第二層上界面，遇到第二層底質(zhì)下表面以后原路徑返回高、低頻收發(fā)一體換能器，接收到的強(qiáng)度為Y₂db，則第二層底質(zhì)中的傳播損失計(jì)算出第二層中傳播損失TL₂后，根據(jù)上述傳播損失TL、底質(zhì)成分以及底質(zhì)聲速cpr的對(duì)應(yīng)表確定第二層底質(zhì)的成分，并得到第二層底質(zhì)的底質(zhì)聲速cpr_2底。

假設(shè)計(jì)算得到的傳播損失TL₂為-0.075C_w+閾值≤TL₂≤-0.075C_w-閾值，根據(jù)圖4中的表格可以確定第二層底質(zhì)成分為沙，對(duì)應(yīng)的第二層底質(zhì)聲速cpr_2底為1.2C_w。

第二層底質(zhì)層厚的計(jì)算：第二層底質(zhì)上界面和下界面之間的距離為L(zhǎng)_2底，即第二層底質(zhì)層厚為L(zhǎng)_2底，測(cè)量中高、低頻收發(fā)一體換能器到第二層底質(zhì)下界面的距離為L(zhǎng)_0水+L_1底+L_2底，則有：

其中，t_2底為高、低頻收發(fā)一體換能器收到的從發(fā)出聲波，到聲波透過(guò)第一層底質(zhì)上界面、第一層底質(zhì)下界面、第二層底質(zhì)上界面，遇到第二層底質(zhì)下界面原路徑反射回高、低頻收發(fā)一體換能器的時(shí)間。

第三層底質(zhì)成分的確定：從高、低頻收發(fā)一體換能器發(fā)出的聲源級(jí)強(qiáng)度為Xdb，聲波從發(fā)出到穿過(guò)第一層底質(zhì)上表面、下界面，第二層底質(zhì)上界面、下界面，繼續(xù)穿過(guò)第三層底質(zhì)上界面，遇到第三層底質(zhì)下表面以后原路徑返回高、低頻收發(fā)一體換能器，接收到的強(qiáng)度為Y₃db，則第三層底質(zhì)中的傳播損失計(jì)算出第三層中傳播損失TL₃后，根據(jù)上述傳播損失TL、底質(zhì)成分以及底質(zhì)聲速cpr的對(duì)應(yīng)表確定第三層底質(zhì)的成分，并得到第三層底質(zhì)的底質(zhì)聲速cpr_3底。

假設(shè)計(jì)算得到的傳播損失TL₃為-0.007C_w+閾值≤TL₂≤-0.007C_w-閾值，根據(jù)圖4中的表格可以確定第三層底質(zhì)成分為石灰?guī)r，對(duì)應(yīng)的第三層底質(zhì)聲速cpr_3底為2.7C_w。

第三層底質(zhì)層厚的計(jì)算：第三層底質(zhì)上界面和下界面之間的距離為L(zhǎng)_3底，即第三層底質(zhì)層厚為L(zhǎng)_3底，測(cè)量中高、低頻收發(fā)一體換能器到第三層底質(zhì)下界面的距離為L(zhǎng)_0水+L_1底+L_2底+L_3底，則有：

其中，t_3底為高、低頻收發(fā)一體換能器收到的從發(fā)出聲波，到聲波透過(guò)第一層底質(zhì)上界面、第一層底質(zhì)下界面、第二層底質(zhì)上界面、第二次底質(zhì)下界面、第三層底質(zhì)上界面，遇到第三層底質(zhì)下界面原路徑反射回高、低頻收發(fā)一體換能器的時(shí)間。

上述過(guò)程僅對(duì)三層底質(zhì)的成分確定及層厚進(jìn)行了例舉，當(dāng)然，本發(fā)明并不僅僅局限于三層底質(zhì)的計(jì)算，還可以是四層、五層、六層……N層。

第N層底質(zhì)成分的確定：從高、低頻收發(fā)一體換能器發(fā)出的聲源級(jí)強(qiáng)度為Xdb，聲波從發(fā)出到穿過(guò)第一層底質(zhì)上表面、下界面、第二層底質(zhì)上界面、下界面……直至穿過(guò)第N層上界面，遇到第N層底質(zhì)下表面以后原路徑返回高、低頻收發(fā)一體換能器，接收到的強(qiáng)度為Y_ndb，則第N層底質(zhì)中的傳播損失計(jì)算出傳播損失TL_n后，根據(jù)上述傳播損失TL、底質(zhì)成分以及底質(zhì)聲速cpr的對(duì)應(yīng)表確定第N層底質(zhì)的成分，并得到第N層底質(zhì)的底質(zhì)聲速cpr_n底。

第N層底質(zhì)層厚的計(jì)算：第N層底質(zhì)上界面和下界面之間的距離為L(zhǎng)_n底，即第N層底質(zhì)層厚為L(zhǎng)_n底，測(cè)量中高、低頻收發(fā)一體換能器到第N層底質(zhì)下界面的距離為L(zhǎng)_0水+L_1底+L_2底+…+L_n底，則有：

其中，t_n-1底為高、低頻收發(fā)一體換能器收到的從發(fā)出聲波，到聲波透過(guò)第一層底質(zhì)上界面、第一層底質(zhì)下界面、第二層底質(zhì)上界面……第N-1層底質(zhì)上界面，遇到第N-1層底質(zhì)下界面原路徑反射回高、低頻收發(fā)一體換能器的時(shí)間；t_n底為高、低頻收發(fā)一體換能器收到的從發(fā)出聲波，到聲波透過(guò)第一層底質(zhì)上界面、第一層底質(zhì)下界面、第二層底質(zhì)上界面……第N層底質(zhì)上界面，遇到第N層底質(zhì)下界面原路徑反射回高、低頻收發(fā)一體換能器的時(shí)間。

本發(fā)明中未述及的部分采用或借鑒已有技術(shù)即可實(shí)現(xiàn)。

本文中所描述的具體實(shí)施例僅僅是對(duì)本發(fā)明的精神所作的舉例說(shuō)明。本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對(duì)所描述的具體實(shí)施例做各種各樣的修改或補(bǔ)充或采用類(lèi)似的方式替代，但并不會(huì)偏離本發(fā)明的精神或者超越所附權(quán)利要求書(shū)所定義的范圍。