[发明专利]一种倒置式多波束回声仪及海面波浪测量方法

权利要求书

1.一种基于倒置式多波束回声仪的海面波浪测量方法，所述倒置式多波束回声仪包括多波束声纳探头、耐压舱体、表面声速头、压力传感器和显控与后处理平台，分为水上部分和水下部分；显控与后处理平台为水上部分；水下部分包括多波束声纳探头、耐压舱体、表面声速头和压力传感器；压力传感器用于测定水下部分的压力；工作时水下部分固定于水底或水下潜标，其中多波束声纳探头以倒置的方式安装；多波束声纳探头包括发射换能器阵、接收换能器阵和电路模块；发射换能器阵用于根据电信号向水面发射波束，接收换能器阵用于接收回波信号转换成电信号；电路模块用于发射、接收换能器的电信号并计算回波的到达角和到达时间；表面声速头用于测定换能器表面的声速；耐压舱体内包括姿态传感器和数据转发存储模块；数据转发存储模块包含串口服务器、串口分配器、交换机和调制解调模块；其中，姿态传感器用于测定水下部分的姿态；串口分配器和交换机分别与多波束声纳探头连接，串口服务器连接表面声速头；姿态传感器通过串口分配器将姿态数据传输给多波束声纳探头及四串口服务器；四串口服务器接收经串口分配器转发的姿态数据以及来自压力传感器、表面声速头的数据，并转发给交换机；交换机接收四串口服务器转发的数据及多波束声纳探头数据，并转发给调制解调模块；调制解调模块将所有数据上传到显控与后处理平台；显控与后处理平台根据接收的数据计算得到海面波高、周期信息；其特征在于，包括以下步骤：

(1)结合实时声速剖面信息、声线跟踪算法、表面声速头、姿态传感器、压力传感器以及多波束声纳探头数据，获得水下部分上方特定区域内海面波动信息：

(1.1)根据压力传感器的数据，得到压力传感器位置处上方海面高度变化值；

(1.2)假设对海水进行等深度分层，并以等梯度模型描述声速剖面信息，由换能器处进行声线跟踪，根据回波的到达角和到达时间，计算各波束脚印的深度与水平位置信息；

(1.3)对各波束脚印位置处的位置信息进行插值，得到水下部分上方海面各位置处的波高变化值，在水深h时，选取水下部分正上方多处位置作为标记点，分别记录多个标记点在各时间下的海面高度变化值；

(2)根据步骤(1)得到的海面高度变化值，通过上跨零点法或下跨零点法进行统计处理，得出海浪的波高、周期信息；

将压力传感器采集的深度变化信息的平均值作为平均水位的参考，对各标记点对应海面高度波动数据分别采用上跨零点法获得多组波高与周期信息，统计分析可得到部分大波波高、部分大波周期、平均波高、平均周期波浪数据。

2.根据权利要求1所述海面波浪测量方法，其特征在于，步骤(2)中，上跨零点法以平均水位为零线，考虑声线跟踪采集的海面高度变化信息，把波面上升与零线相交的点作为起点；

波形不规则地振动到零线以下，接着又上升再次与零线相交，该点作为终点；考虑采集数据间隔为时间，则两个连续上跨零点间的间距就是周期，两点间波峰最高点到波谷最低点的垂直距离定义为波高。

3.如权利要求1所述海面波浪测量方法，其特征在于，实时声速剖面通过传感器测量或声学反演的方法获取。