理论教育 声波回波强度与底质类型的关系-水下地形测量成果

声波回波强度与底质类型的关系-水下地形测量成果

时间:2023-09-28 理论教育 版权反馈
【摘要】:回波强度是目标或底质类型、声波束频率和入射角的函数。它依赖于声波入射角、海底粗糙度、沉积物的声学参数以及声波在水体中的传播状况,反映了海底不同底质类型特征。由此可见反向散射强度和底质类型之间具有一定的对应关系。

声波回波强度与底质类型的关系-水下地形测量成果

回波强度是目标或底质类型、声波束频率和入射角的函数。不同的底质类型(基岩、砾石、砂、泥等),由于其粒度大小、孔隙度、密度等物理属性的不同,即使对相同入射方向和强度的声波信号也会产生不同的反向散射强度(或振幅)回波信号。它依赖于声波入射角、海底粗糙度、沉积物的声学参数(如密度、声速、衰减、散射等)以及声波在水体中的传播状况,反映了海底不同底质类型特征(唐秋华,2009)。由此可见反向散射强度和底质类型之间具有一定的对应关系。但是,基于不同区域的同一种沉积物,由于其含水量、密度和力学强度等物理特性以及海底沉积环境的不尽相同,会产生不同的反向散射强度,因此并不能简单地通过建立反向散射强度与底质类型的关系进行海底底质分类。

根据声呐方程,可计算获得纯粹反映海底底质特征的“纯”反向散射强度信息BSo,为海底底质类型划分以及地貌解释提供基础数据和判读依据。设回收信号的能级为EL(Excess Level),它可认为是声照区无限多个点反射器反射能量的和(Hellequin,1998)。

波束在传播过程中,随着球形扩展和海水的吸收,传播损失为:

式中,α为吸收系数,是声波频率、海水浑浊度等参数的函数;“re 1m”表示距离声源1m处。

当回声水平高出噪声水平(NL)一定数量时,接收换能器才能检测和接收到回波信号。NL的能级水平为:

式中,N0为环境噪声的谱能级,BW为接收机的带宽。(www.daowen.com)

将式(7.20)代入式(7.28),则有:

将式(7.15)、式(7.21)代入式(7.31),得:

当θ≤5°时,

当θ≥25°时,

当5°<θ<25°时,EL根据BSB的变化而变化,参见式(7.15)。由以上两式可知,声呐方程具有计算系统探测距离的能力,还能反映海底底质类型的变化,因而具有解释海底地貌的作用。

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