[发明专利]一种海洋内波声学探测方法

说明书

技术领域

本发明属于海洋技术领域，主要是一种海洋内波声学探测方法。

背景技术

海洋内波探测(监测)和研究是海洋动力环境研究的重要内容，如何长期定点连续探测(监测)海洋内波是海洋内波研究的关键，目前，国际上监测海洋内波的非声学手段主要有以下几类：锚系仪器阵列观测、走航拖曳仪器观测、垂向下放仪器观测、中性浮子观测以及卫星遥感观测等。

海洋内波与声场的相互关系是一个十分重要的研究课题。内波是影响声学信道特征的重要因素，反之，受内波影响的声场也包含着海洋内波动力过程的信息。因此，使用声学方法将成为探测海洋内波的一种重要手段，越来越受到海洋科学家的重视。

海洋内波描述不仅需要内波的振幅，也需要有内波的波长、频率、内波的运动方向及波内海水质点的运动状态，发展能够比较全面检测内波各种参数的声学内波监测技术和设备是目前国际、国内内波探测技术的发展方向。

目前国内外海洋科学家用声学方法探测内波的设备主要方法有两种，一种是用现有的ADCP等设备，从ADCP测量的流速、回波信号强度等数据获取内波信息，另一种是研制专门的声学内波测量技术和设备，对海洋内波进行长期连续观察，据报道美国曾研制了一种工作频率为12kHz的声学潜标用于监测海洋内波的振幅。

发明内容

本发明的目的是用声学方法实现海洋内波参数的提取，即同时获取海洋中内波的振幅、周期、传播方向和传播速度等，而提供一种海洋内波声学探测方法。

本发明的机理：海水密度和流速可看成按深度分层分布的。在正常情况下，海水密度和流速在深度方向的分布不会发生明显变化，当海洋内波到来时，海水密度和流速在深度方向的分层结构随内波强烈起伏发生明显改变，海洋内波声学探测就是通过测量海水反射强度和流速在深度方向的变化，再利用内波信息提取技术，获得内波的振幅、周期、传播方向和传播速度。

本发明解决其技术问题采用的技术方案：本发明采用的耐高压换能器基阵，海水微弱反射信号提取以及內波参数提取技术等，构成满足大深度海水剖面测量要求的海洋內波声学探测技术方案，这在所检索到的国内外相关专利中尚未见述及。

本发明所述的这种海洋内波声学探测方法，步骤如下：

(1)、利用定点布放于深海的相控换能器阵，形成JANUS结构的4个波束，用于测量各个分层水体的流速V_ij和回波强度I_ij；其中i＝1:4，j＝1:M，M为层数，V_ij和I_ij由信号处理板通过电缆传给辅助潜标上的内波信息提取板，并分别记录在信号处理板和内波信息提取板上；

(2)、辅助潜标上的内波信息提取板开始接收到采集数据后，由四个波束的流速通过下式计算出东向和北向流速；

V_nj＝V_13jcosθ-V_34jsinθ       (1)

V_ej＝V_13jsinθ+V_34jcosθ       (2)

其中，V_13j＝V_1j-V_3j，V_24j＝V_2j-V_4j  θ为航向角；

从第7个时刻起，动态预测与修正法开始平滑滤波，从第24时刻起组成24个数据的一个动态数据包，启动内波识别判断条件；当V_ej随时间和深度的变化率分别大于某一域值时，认为有内波出现；

(3)、若动态数据包内检测到有内波，则以后每一时刻一直增加该动态数据包的数据数，直到检测到内波结束时刻或者超过90分钟硬性终止该内波的检测；

(4)、检测到内波结束时刻后，由kdv方程计算内波的振幅、周期、传播速度和方向角。

u_t+αuu_x+βu_xxx＝0             (3)

计算出内波周期、振幅、速度和方向角后，保存在数组中，并传输给卫星通信浮标，由卫星通信浮标发送至卫星，再通过岸基地卫星接收机接收卫星信号，解释出内波参数信息。

作为优选，水层厚度选择4--8米。

作为优选，所述的相控换能器阵是耐高压、大尺寸换能器基阵。