[发明专利]一种海底管线探测与测量声学系统与方法

权利要求书

1.一种海底管线探测与测量方法，所述方法包含：

步骤101)探测并跟踪管线轨迹的步骤；

步骤102)基于探测的管线轨迹初步确定管线上存在的裸露点和悬跨点；

步骤103)筛选初步确定的裸露点和悬跨点，进而得到精确的裸露点和悬跨点的位置并同时确定裸露点的裸露距离和悬跨点的悬跨距离；

所述步骤101)进一步包含：

步骤101-1，根据海底管线铺设位置，设计工作船或UUV的探测路线；

步骤101-2，工作船或UUV沿着探测线路的方向前进，并向海底发射声波，然后接收海底的散射回波数据，其中将每次接收的散射回波数据作为一帧；

步骤101-3，根据已知管线的半径，对管线进行增强处理，进而减少回波中的海洋环境噪声和干扰信号；

步骤101-4，当接收的散射回波数据的强度大于设定的检测阈值时，则判断对应的管线上存在裸露或者悬跨；

其中，每一帧散射回波数据对应的检测阈值由海底回波的平均强度计算确定；

步骤101-5，利用卡尔曼滤波进行管线跟踪，如果当前帧的检测结果与前帧检测结果相关联，则更新管线轨迹，并进行轨迹修正，否则，新建管线轨迹；

然后结合GPS导航信息获得并输出每一帧散射回波数据对应的精确的管线位置；

所述步骤102)进一步包含：

步骤102-1，根据更新后的海底管线的位置，建立海底的管线与换能器位置的相对几何关系；

步骤102-2，

首先，根据管线半径和管线的回波时延，确定管线的回波头A和回波尾B，其中，所述回波头A对应管线前沿位置，所述回波尾B对应海底平面位置；

然后，根据几何关系和三角原理，计算管线底部到海底的高度H；

最后，根据高度H初步判断管线是否存在裸露点或悬跨点，并同时记录悬跨点和裸露点的位置，即得到了初步确定的悬跨点和裸露点的管线位置，其中具体的判断规则为：

当H>0，则管线处于悬跨状态；

当H<0，则管线处于裸露状态。

2.根据权利要求1所述的海底管线探测与测量方法，其特征在于，所述步骤103)进一步包含：

步骤103-1，将工作船或UUV置于探测和跟踪处理初步确定的裸露点和悬跨点的管线上方，然后向海底发射声信号并通过多通道接收管线及其周围海底散射回波数据，将接收的散射回波数据形成预成波束数据；

步骤103-2，采用幅度和相位联合检测方法，估计海底及管线回波的到达时间和方位；

依据到达时间和方位计算海底相对于换能器的高度，并测量管线及其周围的地形进而得到各个时刻的海底管线及其周围的地形函数M(s,t)；

步骤103-3，以导航数据和姿态数据为修正源，对测量得到的地形相对高度进行修正；

步骤103-4，根据初步确定的裸露点和悬跨点处管线的位置和管线的直径d识别出管线，测量初步确定的裸露点和悬跨点处管线的顶部距离换能器的高度H_m，并确定初步确定的裸露点和悬跨点处的管线及其顶部所在波束；

步骤103-5，根据地形函数M(s,t)和初步确定的裸露点和悬跨点处的管线所在波束，测量管线左侧海底高度D1(n)和右侧海底高度D2(n)及D1和D2所在波束；

其中，n为波束号；

步骤103-6，将左侧海底高度D1(n)和右侧海底高度D2(n)采用插值方法获得被管线遮挡的海底高度D(n)；

步骤103-7，

根据H_m和D(n)的结果，计算管线顶部距离海底的相对高度H'；

根据参数H'的值和管线直径d进一步筛选初步确定的裸露点和悬跨点，最终确定管线上存在的裸露点和悬跨点，并计算最终确定的悬跨点的悬跨高度和裸露点的裸露高度，具体筛选规则和高度计算公式为：

如果H'-d＞0，则管线处于悬跨状态，且悬跨高度为H'-d；

如果H'-d＜0，则管线处于裸露状态，且裸露高度为|H'-d|。