[发明专利]一种基于小型阵列的海底天然气水合物气泡泄露定位装置及方法

权利要求书

1.一种基于小型阵列的海底天然气水合物气泡泄露定位装置，其特征在于，包括计算机、发射电路模块和接收电路模块，所述的发射电路模块和接收电路模块均连接电源供电模块；

所述的发射电路模块包括按信号传输方向依次连接的发送数据处理模块、DA转换模块、功率放大器和发射换能器；

所述的接收电路模块包括按信号传输方向依次连接的接收水听器阵列、前端信号处理电路、AD转换模块和接收数据处理模块；

所述的发送数据处理模块和接收数据处理模块分别通过以太网接口与计算机连接；所述的接收水听器阵列是由均匀分布的六个全向水听器组成的圆形阵列，所述的发射换能器设置在接收水听器阵列的几何中心。

2.根据权利要求1所述的基于小型阵列的海底天然气水合物气泡泄露定位装置，其特征在于，所述的发送数据处理模块和接收数据处理模块均包括数字信号处理模块和现场可编程逻辑门电路模块；

所述的数字信号处理模块采用DSP；所述的现场可编程逻辑门电路模块采用FPGA。

3.根据权利要求1所述的基于小型阵列的海底天然气水合物气泡泄露定位装置，其特征在于，所述的接收水听器阵列是由六个半径为7.5cm的全向水听器组成的小型圆形阵列。

4.根据权利要求1所述的基于小型阵列的海底天然气水合物气泡泄露定位装置，其特征在于，所述的电源供电模块、发送数据处理模块、DA转换模块、功率放大器、前端信号处理电路、AD转换模块和接收数据处理模块均密封在水密舱内部；

所述的接收水听器阵列和发射换能器固定在水密舱外表面，接收水听器阵列和发射换能器分别通过水密接口与水密舱内的前端信号处理电路和功率放大器连接。

5.根据权利要求4所述的基于小型阵列的海底天然气水合物气泡泄露定位装置，其特征在于，所述的水密舱下部设有配重块，所述的水密舱和配重块之间设有温盐探仪CTD。

6.一种基于小型阵列的海底天然气水合物气泡泄露定位方法，其特征在于，使用上述权利要求1～5任一所述的基于小型阵列的海底天然气水合物气泡泄露定位装置，包括以下步骤：

(1)发射换能器作为声源发射全向声波，声波照射到气泡羽流与水介质的分界面发生反射，回波信号包含目标的方位角信息，接收水听器阵列接收气泡群回波信号；

(2)对接收的气泡群回波信号进行预处理，叠加一段时间内接收到的预处理信号，得到时不变的稳定背景信号；

接收到的预处理信号和归一化的稳定背景信号作比较，得到时变的气泡回波信号；

(3)对时变的气泡回波信号采用反卷积波束形成算法进行求解，得到气泡群定位结果。

7.根据权利要求6所述的基于小型阵列的海底天然气水合物气泡泄露定位方法，其特征在于，步骤(1)中，发射换能器发射的全向声波是脉冲信号，内部填充10kHz、50ms正弦波，使用chirp信号作为脉冲包头，用于区分回波信号中混叠在一起的相邻脉冲回波。

8.根据权利要求6所述的基于小型阵列的海底天然气水合物气泡泄露定位方法，其特征在于，步骤(2)中，所述的预处理包括：对接收到的气泡群回波信号进行插值滤波，得到最佳采样值。