水下气体逸出的声学观测方法研究

摘要

水下气体逸出现象广泛存在于自然界与工业环境中，在海洋中尤为常见，海底冷泉活动则是其中的研究热点。水下气体逸出现象往往标志着海底油气矿藏的存在，对它进行调查研究有助于相关资源的有效勘探，并且在海洋油气资源的开发与输运等后续环节之中也普遍存在着气体逸出，因而对水下气体逸出现象的研究具有重要的科研与应用价值。
　　声学方法是水下气体逸出现象调查研究中的重要手段，其中声呐可视化观测是一种直观高效的调查方式，其作业方式主要包括走航式观测与原位式观测两种。水下气体逸出的声学观测主要利用了逸出气体在水体中形成的气泡羽流，气泡羽流的声散射特性使得它可以被声呐设备探测与记录。
　　本文首先阐述了水下气体逸出现象的声学观测机理，针对水下气体逸出现象的主要声学观测特征——气泡羽流，讨论了气泡与气泡群的声散射、目标强度等特性，对羽流中气泡群的分布进行了仿真，并模拟了羽流的声呐观测效果，总结了气泡羽流的声呐观测特征。
　　在水下气体逸出声学观测理论的基础上，总结了在水下气体逸出现象走航式与原位式声学调查中常用的声呐设备，对各自工作方式及适用情况进行了分析。之后进行了单波束声呐走航式与多波束声呐原位式水下逸出气泡羽流的声呐观测实验。针对羽流声图的特点对实验数据进行了图像增强、海底线检测、图像分割等处理，并对观测效果进行了分析，之后基于原位式观测的数据，处理得到了气泡羽流的立体声学影像。
　　本论文将理论与实验相结合，为水下气体逸出现象声学观测的实际应用提供了理论与技术支持。

目录

声明

摘要

第1章绪论

1．1选题背景与意义

1．2水下气体逸出现象研究现状

1．3水下气体逸出现象的声学观测技术

1．4论文研究的目标和内容

第2章水下气体逸出的声学观测基础

2．1气泡的声散射特性

2．1．1单频连续声场中小气泡的散射声场

2．1．2小气泡的谐振特性

2．1．3气泡的目标强度

2．1．4气泡群的目标强度

2．2羽流中气泡的分布及其声呐观测特征

2．2．1羽流中气泡分布的仿真

2．2．2气泡羽流声呐观测仿真

2．3 本章小结

第3章水下气体逸出走航式声学观测

3．1引言

3．1．1单波束声呐设备在水下气体逸出走航式观测中的应用

3．1．2多波束声呐设备在水下气体逸出现象观测中的应用

3．2水下气体逸出走航式观测海试

3．2．1实验设备

3．2．2水下气体逸出的模拟

3．2．3实验环境

3．2．4实验方案

3．3实验数据处理

3．3．1声图伪彩色映射

3．3．2声呐图像增强

3．3．3海底线检测算法

3．3．4羽流声图分割算法

3．4实验结果分析

3．4．1羽流体在声呐图像中的识别

3．4．2逸出羽流体气泡尺寸估计

3．4．3声图干扰带分析

3．5本章小结

第4章水下气体逸出原位式声学观测

4．1引言

4．2水下气体逸出原位式声呐观测实验

4．2．1实验设备

4．2．2水下气体逸出模拟装置

4．2．3声呐原位观测效果

4．3声呐数据可视化处理及分析

4．3．1近场波束形成

4．3．2扇面映射

4．3．3可视化处理结果及分析

4．4羽流立体成像

4．4．1数据的采集及处理

4．4．2最终效果

4．5本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果

致谢