[发明专利]海底冷泉快速成像系统及其阵列信号处理方法

说明书

本发明所述海底冷泉快速成像系统及其阵列信号处理方法，通过阵列信号处理过程实现快速、清晰化成像，辅助准确定位海底冷泉与判别特性。海底冷泉快速成像系统包括有，探测基阵，按设定频率在接收、发射端进行电信号与声信号之间的转换；探测基阵具有多频率基阵换能器集成，发射频率范围在10‑120KHZ之间；探测基阵设置于测量船体底部、或搭载在水面拖体下方，其采用等间距直线阵结构；收发器单元，执行处理器单元的指令以确定探测基阵的发射频率，并接收到电信号进行滤波与放大；以太网交换机，完成数据传输与标准化；处理器单元，采用阵列信号处理过程将接收的回波信号转换成声学图像像素；图像显示器，形成回波强度声学图像并显示。

技术领域

本发明涉及一种海底冷泉快速成像系统，以及基于声学信号处理算法在测量获得阵列数据的前提下快速生成图像的方法，属于海洋观测技术领域。

背景技术

海底冷泉即海底天然气渗漏，在全球是一个广泛分布的自然现象。在地壳动力 作用下，天然气(主要为热成因气)从地壳内部往上运移，通过孔隙、裂缝、裂隙 或断层等运移通道穿过海底沉积层泄漏进入海水，形成海底气泡羽状流。羽状流发 育地区常发现富含天然气水合物的海底沉积层。

针对海底冷泉活动进行实地测量当前海洋科学的技术热点，对冷泉活动的研究提升了人们对深海资源的认识和利用。海底冷泉之广泛发育于活动和被动大陆边缘 斜坡海底，海底沉积界面之下，以水、碳氢化合物(天然气和石油)、硫化氢、细 粒沉积物为主要成分，温度与海水相近的流体，以喷涌和渗漏方式注入盆地，并产 生一系列的物理、化学及生物作用，这种作用及产物称为冷泉。冷泉区别于热液喷 口的地方是，喷泉喷射出的液体和周围海水温度大体一致，而海底热液喷出的液体 则高于周围海水温度。

海底冷泉上方的天然气水合物富含大量的甲烷，一旦溢出对环境造成严重的破坏。因此，对海底热液冷泉的研究十分重要，但是海底热液冷泉一般发生在深海几 千米处，需要特殊的仪器进行观测。目前主流的观测手段都是进行海底原位观测， 在调查区投放高清摄像机机器人的方法。

如以下在先申请专利，申请号CN201510303201.3，名称为一种海底冷泉水体回 声反射探测系统和方法，其公开的探测系统声反射探测系统包括含有多个换能器组 成的换能器基阵，电缆，收发合置开关，发射机，接收机，信号处理机，回声处理 服务器和供电模块。所述的换能器基阵放置于水下，所述的发射机和所述的接收机 分别连接所述的信号处理机，所述的信号处理机连接所述的回声处理服务器，所述 的供电模块为整个系统提供电源。所实现的海底冷泉水体回声反射探测的方法，包 括如下步骤：1)回声处理服务器接收探测操作或指令，信号处理机生成宽带多频点的 发射信号，换能器基阵将该发射信号由电信号转换为声信号发射出去；2)换能器基阵 接收该声信号的声学回波信号，并将其转换成微弱的电信号；3)信号处理机对该电信 号进行信号处理；4)回声处理服务器接收电信号并将其转换为逸出气泡的图像，随后 在显示设备上显示，再根据图像特性来判别是否为冷泉。

上述现有技术虽然公开了基于水体回声反射的海底冷泉探测方案，其本质上尚处于理论研究与实验论证阶段，对于在实际复杂海况条件下的探测系统构建、探测 声呐发射频率设计与应用方面并无实际操作指导，关键技术并未公开。

更为重要的是，涉及冷泉测量声学图像的核心技术应当是阵列信号处理方法， 即当声学信号转换为电信号以后，如何根据冷泉气泡生成的特点与所反映的特性进 行回波强度标识与量化，从而即时的、可直观辩别的、高质量的清晰图像，上述现 有技术并未具体涉及到，从而为目前海底冷泉测量提出了一系列急需解决的技术难 点。

有鉴于此特提出本专利申请。

发明内容