A Broadband Geoacoustic Inversion Scheme

A geoacoustic inversion scheme, which combines several inversion methods together to invert for the bottomparameters, has been proposed based on the fact that the bottom acoustic parameters have different sensitivitiesto the different physical parameters of acoustic field. Firstly, the characteristic impedance of the bottom is invertedby measuring the vertical bottom reflective coefficients. Secondly, the derived bottom characteristic impedance isused as a constrained condition in another inversion procedure, which is very sensitive to the bottom sound speedbut less sensitive to the attenuation, to inverse the bottom sound speed and bottom density. Lastly, the bottomattenuation can be estimated from methods such as transmission loss data, the vertical correlation of propagationdata, and the normal mode attenuation. To obtain the characteristic impedance of the bottom accurately, vacuumglass spheres (VGS) are used as broadband sound sources, and a special mechanism is designed to trigger theVGS imploded at the preset depth. The inversion scheme has been successfully used for a set of sea experimentaldata. It shows that the inverted bottom parameters could distinguish the atlas marked bottom type quite well.The excellent comparison of the numerical results with the experimental data shows the validity of the invertedparameters.     

海啸中的物理知识

海啸是大规模的水波运动,它是大量海水在短时间内突然迅速位移所造成的.水下地震、火山爆发或水下塌陷和滑波等大地活动都可能引起海啸.     

基于大掠射角海底反射特性的深海地声参数反演

海底声学参数的获取对于海洋声学研究有着重要意义.通过推导分层吸收介质下的海底反射系数,理论分析了大掠射角条件下吸收系数对海底反射系数的影响.海底反射系数随频率振荡过程中,将其等于海水-沉积层界面反射系数模时所对应的频点定义为1/4振荡周期频率.在该频率下,沉积层吸收系数与基底地声参数的耦合程度小于其他频点.本文基于大掠射角下的海底反射特性,提出一种深海地声参数分步反演方法.首先,利用相关法提取得到海底反射系数的干涉周期,利用干涉周期反演了沉积层声速和厚度.声速的反演结果结合Hamilton经验公式反演密度.第二步,通过结合基底声速的穷举边界,给出沉积层吸收系数的假设值,利用1/4振荡周期频率下的海底反射系数对基底声速进行一维反演.最后利用半波层频率下的海底反射系数对沉积层吸收系数进行一维反演.大掠射角海底反射特性结合分步反演,实现了基底声速和沉积层吸收系数一定程度的解耦合.实验结果表明,在大掠射角测量条件下,该方法反演的地声参数可有效应用在一定范围内的传播损失预报.     

利用时域波形快速反演海底单参数的方法

海底单参数反演由于反演维数少, 较之多维反演具有实施简单快捷的优点. 首先定义小掠射角下反射损失随掠射角变化率F_dB为单个参数描述海底性质, 构建单参数反演模型; 其次, 从简正波与射线理论出发, 对时域脉冲波形与海底反射性质之间的关系进行了推导, 并讨论衰减机制; 最后, 基于该关系设计出利用最小二乘法对时域波形进行反演的方法. 对北黄海实验数据进行了实际反演, 通过海底采样验证反演结果对海底性质估计的正确性, 同时基于反演结果的传播损失预报值与实测值符合良好. 该方法实施仅需要单个水听器, 待测物理量少, 所获结果较为可靠, 且能满足大多数应用的需要. 关键词： 单参数 地声反演 浅海 海底反射损失     

A Method of Measuring the In Situ Seafloor Sound Speed using Two Receivers with WarDing Transformation

We present a method of measuring the in situ superficial seafloor sound speed by using two receivers deployed vertically in sediment, based on the dispersion characteristic of normal modes in shallow water. Warping transfor- mation is adopted to extract the first normal mode from the broadband propagation signals. Some experimental results which could validate the method are shown. One of the advantages of the method is that the seafloor sound speed can be solved directly from the relative vertical transmission loss of the first normal mode without the exact priori information of the environmental parameters such as the sound speed profile, the water-column depth and the source location.     

基于OTDR和光功率测试的光纤故障监测应用方法

为了降低光纤光缆故障率和缩短光缆网络故障诊断时间,提出了一种基于光功率测试和光时域反射仪的光纤故障监测方法;利用光功率测试技术对光缆性能进行实时监控并预警光缆故障;分析光纤功率衰减的原因,计算得到光缆修理增加的长度,设计了修正故障地点的算法;当光缆网络发生故障时,利用光时域反射仪测试故障位置,并利用误差检测算法对电缆衰减进行分析排除,对故障地点进行故障位置修正以便快速抢修;结果表明,该方法可以降低光缆网络故障率,在故障定位中可以提高光缆故障定位的精度,计算的故障位置与实际故障位置的误差不超过10 m,可以进行实时快速的维修,对于运营时间较长的光缆网络的效果更明显,具有较好的应用价值。     

基于FPGA的海底泥浆举升泵控制系统设计与实现

目前,采用先进控制理论和先进控制器控制海底泥浆举升泵作为深水双梯度钻井的关键技术之一,是成功进行井控的关键;提出了针对双梯度钻井系统中海底泥浆举升泵的控制方案,选择FPGA作为系统控制器,给出了控制系统硬件构成,基于VHDL语言编制程序,分别实现对A/D、D/A的时序控制;根据海底泥浆举升泵控制系统特点,基于FPGA设计完成模糊PI控制算法,并将基于FPGA的模糊PI算法应用于对举升泵的控制,试验结果表明,设计的控制系统实现了海底泥浆举升泵入口压力为恒定值的控制要求;模糊PI控制器对系统具有较好的控制性能,为双梯度钻井作业提供了指导。     

斜坡海底波导中随机声源的信道盲解卷积

该文研究了在斜坡海底环境中，通过基于射线的盲解卷积(RBD)方法，利用随机声源发出的信号来估计信道响应(CIR)的有效性，并讨论了不同信噪比和海底坡度情况下，RBD估计到的CIR与CIR理论值的相关性，对2016年美国圣巴巴拉海峡实验进行了仿真验证。RBD方法通过宽带波束形成估计随机声源的相位，以得到声源和接收阵之间的CIR。仿真结果表明，斜坡海底情况下RBD方法仍能较为准确地估计信道的CIR，噪声和海底坡度的变化均会对RBD估计到的CIR的精确度产生一定的影响。在具有一定粗糙度的斜坡海底波导或存在海底山丘的波导中，RBD仍然可以对CIR进行有效估计。     

界面混响的耦合简正波理论研究

利用耦合简正波理论分析了粗糙界面散射引起的混响。引入了粗糙海底以及海面引起的各个模态间的耦合系数表述粗糙界面对声场的散射过程。结合风浪谱Pierson模型,仿真了不同海况下的海面混响,重点在于分析不同海况下海面起伏对海底混响的影响。利用耦合系数的求解从粗糙海面引起模态间能量耦合的角度对这种影响进行了机理性的探究。结果表明,尽管在浅海中海底混响占支配性地位,但随着海况等级的增加,海面散射对海底混响是有影响的,而这种影响可以从粗糙界面对声波模态间的耦合进行机理分析。