[发明专利]高低频海底底质参数测量仪及海底底质参数测量方法

权利要求书

1.高低频海底底质参数测量仪，其特征在于，包括测量仪本体和上位机，所述测量仪本体的顶端设置有释放绑定机构，测量仪本体的底端设置有压力开关、水声声速测量模块、反射板、高频收发一体换能器以及低频收发一体换能器，水声声速测量模块用于发射和接收声波，反射板用于反射发自水声声速测量模块的声波，高频收发一体换能器用于发射高频声波并接收反射自海底不同层底质的高频声波，低频收发一体换能器用于发射低频声波并接收反射自海底不同层底质的低频声波；测量仪本体内设置有处理器电路板模块、导线及速度传感器，处理器电路板模块内设置有数据存储单元，压力开关、水声声速测量模块、高频收发一体换能器、低频收发一体换能器以及速度传感器分别通过导线与处理器电路板模块相连，数据存储单元通过有线线缆或无线通信与上位机完成数据传输，上位机内存储有多种地声模型；

所述高低频海底底质参数测量仪为回收式高低频海底底质参数测量仪，该回收式高低频海底底质参数测量仪包括船舶及设置在船舶上的排缆装置，所述释放绑定机构通过缆绳与排缆装置相连；

所述高低频海底底质参数测量仪为抛弃式高低频海底底质参数测量仪，该抛弃式高低频海底底质参数测量仪包括浮体，浮体与释放绑定机构相连，所述浮体内设置有数据存储模块，数据存储模块与处理器电路板模块通信连接，且数据存储模块通过有线线缆与上位机完成数据传输。

2.根据权利要求1所述的高低频海底底质参数测量仪，其特征在于，所述测量仪本体内还设置有电池模块，所述处理器电路板模块与电池模块相连。

3.根据权利要求1所述的高低频海底底质参数测量仪，其特征在于，所述测量仪本体的底端还设置有多块裙板。

4.根据权利要求1所述的高低频海底底质参数测量仪，其特征在于，所述释放绑定机构包括依次相连的释放器、电机及水声换能器，电机分别与释放器、水声换能器相连，水声换能器与处理器电路板模块相连，电机控制释放器动作。

5.根据权利要求1所述的高低频海底底质参数测量仪，其特征在于，所述测量仪本体的顶端还设置有外部接线口，外部接线口通过导线与处理器电路板模块相连，测量仪本体通过外部接线口传输完成与上位机之间的命令或者数据的传输。

6.根据权利要求1所述的高低频海底底质参数测量仪，其特征在于，所述测量仪本体内还设置有蓝牙模块，蓝牙模块通过导线与所述处理器电路板模块相连，测量仪本体通过蓝牙模块无线通讯传输完成与上位机之间的命令或者数据的传输。

7.根据权利要求1所述的高低频海底底质参数测量仪，其特征在于，所述上位机中的地声模型包括Hamilton粘弹模型，Biot-stoll模型，Buckingham VGS模型和Chotiros-Isakson BICSQS模型。

8.一种根据权利要求1至7任一项所述的高低频海底底质参数测量仪对海底底质参数进行测量的方法，其特征在于，该方法包括：

通过历史数据或者实验数据建立一个海洋底质声传播损失TL、底质成分以及底质声速cpr的对应表，用以后续确定海洋各层底质参数，该历史数据或实验数据可以通过上位机中已有的地声模型或使用者根据实际测量海域的情况自编辑自定义的地声模型或公式来对海底底质参数进行分析处理得到；

将测量仪本体放入待测量海域，压力开关在水下外部静压力的作用下打开，当速度传感器检测到的测量仪本体的下沉速度为零时，测量仪本体开始测量并记录数据；

采用时间飞跃技术测量水声声速C_w，即利用水声声速测量模块和反射板的配合测量水声声速C_w，计算公式为：

其中，L_水测指的是从水声声速测量模块到反射板之间的距离，t_水测指的是从水声声速测量模块发送声波开始到第一次接收到反射板反射回来声波的时间；

高、低频收发一体换能器与第一层底质的上界面之间的距离L_0水的计算：因高、低频收发一体换能器与第一层底质的上界面之间的距离小，所以该段距离内的传播损失忽略不计，L_0水的计算公式为：

L_0水＝(C_w×t_0水)/2

其中，C_w为上述已测得的声速，t_0水为高频收发一体换能器或低频收发一体换能器从发出声波到第一次接收到由第一层底质上界面发射回来的声波的时间；

第一层底质成分的确定：从高、低频收发一体换能器发出的声源级强度为Xdb，声波从发出到穿过第一层底质上表面、遇到第一层底质下表面以后原路径返回高、低频收发一体换能器，接收到的强度为Y₁db，则第一层底质中的传播损失TL₁＝(X-Y₁)/2，计算出传播损失TL₁后，根据上述传播损失TL、底质成分以及底质声速cpr的对应表确定第一层底质的参数，并得到第一层底质的底质声速cpr_1底；

第一层底质层厚的计算：第一层底质上界面和下界面之间的距离为L_1底，即第一层底质层厚为L_1底，测量中高、低频收发一体换能器到第一层底质下界面的距离为L_0水+L_1底，则有：

其中，t_1底为高、低频收发一体换能器收到的从发出声波，到声波透过第一层底质上界面，到遇到第一层底质下界面反射回高、低频收发一体换能器的时间；

第二层底质成分的确定：从高、低频收发一体换能器发出的声源级强度为Xdb，声波从发出到穿过第一层底质上表面、下界面，继续穿过第二层上界面，遇到第二层底质下表面以后原路径返回高、低频收发一体换能器，接收到的强度为Y₂db，则第二层底质中的传播损失计算出第二层中传播损失TL₂后，根据上述传播损失TL、底质成分以及底质声速cpr的对应表确定第二层底质的成分，并得到第二层底质的底质声速cpr_2底；

第二层底质层厚的计算：第二层底质上界面和下界面之间的距离为L_2底，即第二层底质层厚为L_2底，测量中高、低频收发一体换能器到第二层底质下界面的距离为L_0水+L_1底+L_2底，则有：

其中，t_2底为高、低频收发一体换能器收到的从发出声波，到声波透过第一层底质上界面、第一层底质下界面、第二层底质上界面，遇到第二层底质下界面原路径反射回高、低频收发一体换能器的时间；

如此依次计算，直至确定出第N层底质的成分及层厚：

第N层底质成分的确定：从高、低频收发一体换能器发出的声源级强度为Xdb，声波从发出到穿过第一层底质上表面、下界面、第二层底质上界面、下界面……直至穿过第N层上界面，遇到第N层底质下表面以后原路径返回高、低频收发一体换能器，接收到的强度为Y_ndb，则第N层底质中的传播损失计算出传播损失TL_n后，根据上述传播损失TL、底质成分以及底质声速cpr的对应表确定第N层底质的成分，并得到第N层底质的底质声速cpr_n底；

第N层底质层厚的计算：第N层底质上界面和下界面之间的距离为L_n底，即第N层底质的层厚为L_n底，测量中高、低频收发一体换能器到第N层底质下界面的距离为L_0水+L_1底+L_2底+···+L_n底，则有：

其中，t_n-1底为高、低频收发一体换能器收到的从发出声波，到声波透过第一层底质上界面、第一层底质下界面、第二层底质上界面……第N-1层底质上界面，遇到第N-1层底质下界面原路径反射回高、低频收发一体换能器的时间；t_n底为高、低频收发一体换能器收到的从发出声波，到声波透过第一层底质上界面、第一层底质下界面、第二层底质上界面……第N层底质上界面，遇到第N层底质下界面原路径反射回高、低频收发一体换能器的时间。