[发明专利]一种深海逆式回声测量系统及测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及水下探测领域，特别涉及一种深海逆式回声测量系统及测量方法。

背景技术

21世纪是海洋的世纪，要认识海洋、开发和利用海洋就要进行海洋调查。高新技术的海洋装备是海洋调查的重要保障。为发现海洋新现象、验证海洋新理论和满足海洋科学发展需求，在研究海域获取长周期海洋科学数据除了依靠浮标和潜标外，坐底式观测设备对获取长期现场观测数据至关重要。

当海底的产生的声波辐射至海面并被反射回海底时，垂直声波传播的时间(Vertical Acoustic Travel Time，以下简称VATT)是一个重要的参数。我们知道，VATT变化主要遵循所测量水柱上综合温度剖面的变化规律。在一些大、中尺度洋流和锋带的应用已经证明，VATT往往可以被重新解释为位势高度(高度动态)，受海流弯曲或涡的影响而不停变化。在许多地区，温度和位势高度，随时间变化的垂直剖面特征，有可能从VATT测量决定。然后从横向分离测得的数据可以估算水平梯度位势高度，可以反演计算地球自转引起的海流剖面。

逆式回声仪是一种安装于海底用来测量从海床到海面的垂向声传播时间的仪器。可用于监测温度结构和动态高度变化。其工作原理是在海底面布置一个换能器并向上发射声波，当发射的声波经海平面反射回接收换能器，二者之间的时间差即为VATT。观测数据可以通信上传给水面母船，也可以待逆式回声仪回收后通过读取存储设备获取，用以监测海洋主温跃层的起伏，并结合压力数据及历史水文数据利用经验公式间接推算出不同深度上的温度、盐度及密度等水体参数的变化。

目前传统的逆式回声测量系统结构简单，在深海中工作时易受海底环境的影响，布放时很难与海平面完全垂直。测量数据不够精确，测量时，混响和虚假目标(如鱼等)造成的假回波会对测量结果造成很大影响。而且，在海底工作时，各模块同时工作，对电池要求比较高，耗电量大，使用寿命短，需经常更换电池。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供了一种深海逆式回声测量系统及测量方法，以达到能够在海底长期稳定精确测量数据的目的。

为达到上述目的，本发明的技术方案如下：

一种深海逆式回声测量系统，包括传感器系统、电子系统、系留系统和回收系统，所述传感器系统包括设置于仪器舱顶部的发射/接收二合一的水声换能器和设置于仪器舱内的压力传感器，所述电子系统包括设置于仪器舱内部的核心电路板和电池，所述系留系统包括从上到下依次设置的浮体、玻璃球、系留索、布放架和锚系，所述仪器舱固定于布放架的顶部，系留索连接于仪器舱顶部，锚系连接于仪器舱底部，所述回收系统包括设置于仪器舱和锚系之间的熔断式释放器、设置于浮体顶部的GPS信标机。

上述方案中，所述核心电路板上设有主控模块、与主控模块相连的值班模块、压力传感器模块、电源模块和回声测量模块，所述主控模块上设有与其它模块相连的控制接口、传感器接口、数据接口和RS-232接口，以及用于数据存储的CF储存卡。

上述方案中，所述水声换能器包括信号产生电路、振荡器、声波发射器、声波接收器、转换器和智能处理器。

上述方案中，所述水声换能器的中心频率12kHz，工作水深500米-5600米，具有圆锥状波束，开角90°，频带宽度150Hz。

上述方案中，所述水声换能器为圆柱状纵振换能器，最大声源级195dB，外壳采用硫化橡胶套，且硫化橡胶套外侧设有保护笼架。

一种深海逆式回声测量方法，包括如下步骤：首先由水声换能器的信号产生电路产生电信号，然后经振荡器转换为振荡声波信号，并由声波发射器发出，发射敞口小于单向45°，信号由海面反射回来后，声波接收器接收声信号，经转换器转换为电信号，最后在智能处理器控制下初步处理后进行存储。

上述方案中，所述水声换能器设置有锁定时间，锁定时间即为预期海表面回波到达的时间，当声波发射器发出信号后立即关闭锁定，到达锁定时间后再开启接收信号。

上述方案中，系统下水前，通过PC电脑的RS-232串口或者可选的无线传输模块对设备的工作参数进行配置，测量间隔参数保存在值班模块中，发射功率调节、测量深度范围保存在主控模块中。

上述方案中，电子系统由值班模块进行长时间低功耗值班，其余电路模块处于断电状态，值班模块对外部实时时钟进行判别，符合测量时间点，则打开电子系统完成规定的测量任务，测量任务完成后关闭电子系统，保留值班模块的供电，等待下一次测量。