CN113984179B - 一种静态海洋混响测量采集方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种静态海洋混响测量采集方法及装置，该方法包括：获取调查船在站位海域的中心站点测量的标定参数；根据所述标定参数，调整并装订在中心站点的水听器的收发参数；根据所述收发参数，在中心站点布设至少一枚浮标或潜标；基于所述至少一枚浮标或潜标，接收调查船沿着自中心站点向外辐射的每条测线在对应的每个测点处发射的声信号，进行混响特性统计分析。本发明无论从设备配置，还是从测线、测点及航路设置上，在确保实现混响调查目标的同时，都最大程度地兼顾了声传播调查需求，可以很好地降低海洋声学调查成本，提高调查效率，填补了海洋声学调查相关方面的空白。

Description

一种静态海洋混响测量采集方法及装置

技术领域

本发明涉及水声工程技术领域，尤其涉及一种静态海洋混响测量采集方法及装置。

背景技术

海洋声学调查是人们认识海洋声学现象并掌握其规律的科学研究活动与手段，它通过现场观测与实验，获取与水下作战和水声装备技术发展密切相关的海洋声传播、海洋噪声、海洋混响、海洋声学环境要素等数据、资料与信息。海洋声学调查的宗旨是服务于人们对海洋声学规律的利用，这是一项与应用(特别是军事应用)紧密关联的基础性工作。海洋混响是海面、海底、海洋水体中的一切散射作用的总和，是主动声纳的主要背景干扰之一。良好的抗混响性能是主动声纳(尤其是低频声纳)所必须具备的，为此需要了解掌握海洋混响的强度、功率谱密度、概率密度、时频分布、水平/垂直相关性等各种物理特性，而进行专门的海洋混响调查，则是全面了解并掌握海洋混响特性的重要途径。

与目标回波相似，混响的源头也是发射信号，要经过辐射→传播→散射→再传播而形成，所以二者具有较强的时频相似性(物理上，混响可以被建模为快起伏距离延伸目标)，这也是混响难以抑制的主要原因。但从波形上，不同于一般能量较弱且相对集中的目标回波，混响是紧跟在发射之后、总体由强至弱的一连串衰减(可能还有起伏震荡)波形。近处混响强，其幅度与发射信号直达波相当，而远处混响弱，会淹没在背景噪声(主要是海洋环境噪声)之中。根据不同的发射源级、收发频段、信号形式和信道边界等条件，混响从接近直达波强度至衰减淹没于背景噪声之下，这一过程可持续几秒至几十秒不等。因而，不同于目标回波及背景噪声，混响具有动态范围大、持续时间长、明显非平稳等特点。海洋混响调查的首要任务是获取并记录由水听器(阵)所接收到的海洋混响波形，而这种波形，无论从幅度上，还是从时间上，都必须相对完整，既不能有明显的幅度过载或过小(幅度不完整)，也不能有明显的时间截断(时间不完整)。只有这样的记录数据，才能用以分析获取准确的混响特性，进而支撑抗混响处理研究。

一般性的海洋调查，并无专门的混响调查内容；常规的海洋混响试验，则只会针对抗混响科研需求，采集处理特定海区与收发条件下的典型混响数据，而这些数据往往是限幅的；在海洋声学调查中，如果不进行针对性的系统设计，而采用海洋声传播或环境噪声类似的调查方法，则无法获取丰富而完整的混响记录数据。因此，如何实现实用且高效的海洋声学混响分析方法是亟待解决的问题。

发明内容

有鉴于此，有必要提供一种静态海洋混响测量采集方法及装置，用以克服现有技术中对海洋声学混响特性分析困难的问题。

本发明提供一种静态海洋混响测量采集方法，包括：

获取调查船在站位海域的中心站点测量的标定参数；

根据所述标定参数，调整并装订在中心站点的水听器的收发参数；

根据所述收发参数，在中心站点布设至少一枚浮标或潜标；

基于所述至少一枚浮标或潜标，接收调查船沿着自中心站点向外辐射的每条测线在对应的每个测点处发射的声信号，进行混响特性统计分析。

进一步地，所述标定参数包括对有规声源和爆炸声源分别进行源级标定得到的声源级SL、对背景噪声级进行测量得到的噪声级NL以及海底散射系数S_B，所述根据所述标定参数，调整并装订在中心站点的水听器的收发参数，包括：

根据所述声源级SL、所述噪声级NL和所述海底散射系数S_B，推算出混响显著时间初值和动态范围初值；

根据所述混响显著时间初值和所述动态范围初值，发射声源信号，并根据水听器的接收信号波形，调整并装订所述收发参数。

进一步地，所述收发参数包括前放量和发射间隔，所述根据所述混响显著时间初值和所述动态范围初值，发射声源信号，并根据水听器的接收信号波形，调整并装订所述收发参数，包括：

根据所述混响显著时间初值，确定时间间隔，根据所述时间间隔发射所述声源信号；

根据水听器接收所述声源信号后生成的接收信号波形，修正水听器的所述前放量和所述发射间隔，并进行相应的装订。

进一步地，所述根据所述收发参数，在中心站点布设至少一枚浮标或潜标，包括：

装订所述收发参数之后，在中心站点布设所述至少一枚浮标或潜标，并控制开启对应标上的记录仪。

进一步地，所述至少一枚浮标或潜标的混响接收标和其他数据接收标的间距设置为预设间距。

进一步地，所述基于所述至少一枚浮标或潜标，接收调查船沿着每条测线在对应的每个测点发射的声信号，进行混响特性统计分析，包括：

基于所述至少一枚浮标或潜标，接收调查船沿着每条测线在对应的每个测点发射的所述声信号；

根据所述至少一枚浮标或潜标持续接收的数据，进行混响特性统计分析。

进一步地，所述每个测点发射的所述声信号更换对应的信号参数和声源深度，重复进行多次收发。

进一步地，在所述根据所述至少一枚浮标或潜标持续接收的数据，进行混响特性统计分析之后，还包括：

遍历当前站位海域的所有测线上的每个测点处后，返回对应的中心站点，控制收起至少一枚浮标或潜标，开赴下一站位。

进一步地，在各测点上收发信号的同时，测量并记录包括水文情况、风浪情况、航船情况中至少一种的同步环境参数。

本发明还提供一种静态海洋混响测量采集装置，包括：

获取单元，用于获取调查船在站位海域的中心站点测量的标定参数；

处理单元，用于根据所述标定参数，调整并装订在中心站点的水听器的收发参数；还用于根据所述收发参数，在中心站点布设至少一枚浮标或潜标；

分析单元，用于基于所述至少一枚浮标或潜标，接收调查船沿着自中心站点向外辐射的每条测线在对应的每个测点处发射的声信号，进行混响特性统计分析。

与现有技术相比，本发明的有益效果包括：首先，对调查船在站位海域的中心站点测量的标定参数进行有效的获取，反映中心站点的声学特性；然后，基于上述标定参数，对中心站点的水听器的收发参数进行调整和装订，装订成最后系统收发信号的参数，保证水听器能准确接收信号；进而，利用上述的收发参数在中心站点布设对应的多枚浮标或潜标，便于在中心站点接收声信号；最后，通过布设的多枚浮标或潜标，中心站点接收每条测线在对应的每个测点发射的声信号，对不同距离的声信号进行混响特性统计分析。

附图说明

图1为本发明提供的静态海洋混响测量采集方法的应用系统一实施例的场景示意图；

图2为本发明提供的静态海洋混响测量采集方法一实施例的流程示意图；

图3为本发明提供的图2中步骤S2一实施例的流程示意图；

图4为本发明提供的图3中步骤S22一实施例的流程示意图；

图5为本发明提供的图2中步骤S4一实施例的流程示意图；

图6为本发明提供的船-双标结合时混响数据接收一实施例的示意图；

图7为本发明提供的船-单标结合时混响数据接收一实施例的示意图；

图8为本发明提供的调查站位混响数据接收一实施例的示意图；

图9为本发明提供的静态海洋混响测量采集装置一实施例的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理，并非用于限定本发明的范围。

在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。此外，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明的描述中，提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本发明的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，所描述的实施例可以与其它实施例相结合。

本发明提供了一种静态海洋混响测量采集方法及装置，充分考虑了混响数据的大动态、长持续、非平稳等特征，采集记录到满足混响特性分析所需的全时长、全振幅、变收发间距、单双基地兼顾的海洋混响数据，为进一步快速便捷分析混响特性提供了新思路。以下分别进行详细说明：

本发明实施例提供了一种静态海洋混响测量采集方法的应用系统，图1为本发明提供的静态海洋混响测量采集方法的应用系统一实施例的场景示意图，该系统可以包括服务器100，服务器100中集成有静态海洋混响测量采集装置，如图1中的服务器。

本发明实施例中服务器100主要用于：

获取调查船在站位海域的中心站点测量的标定参数；

根据所述标定参数，调整并装订在中心站点的水听器的收发参数；

根据所述收发参数，在中心站点布设至少一枚浮标或潜标；

基于所述至少一枚浮标或潜标，接收调查船沿着自中心站点向外辐射的每条测线在对应的每个测点处发射的声信号，进行混响特性统计分析。

本发明实施例中，该服务器100可以是独立的服务器，也可以是服务器组成的服务器网络或服务器集群，例如，本发明实施例中所描述的服务器100，其包括但不限于计算机、网络主机、单个网络服务器、多个网络服务器集或多个服务器构成的云服务器。其中，云服务器由基于云计算(Cloud Computing)的大量计算机或网络服务器构成。

可以理解的是，本发明实施例中所使用的终端200可以是既包括接收和发射硬件的设备，即具有能够在双向通信链路上，执行双向通信的接收和发射硬件的设备。这种设备可以包括：蜂窝或其他通信设备，其具有单线路显示器或多线路显示器或没有多线路显示器的蜂窝或其他通信设备。具体的终端200可以是台式机、便携式电脑、网络服务器、掌上电脑(Personal Digital Assistant，PDA)、移动手机、平板电脑、无线终端设备、通信设备、嵌入式设备等，本实施例不限定终端200的类型。

本领域技术人员可以理解，图1中示出的应用环境，仅仅是与本发明方案一种应用场景，并不构成对本发明方案应用场景的限定，其他的应用环境还可以包括比图1中所示更多或更少的终端，例如图1中仅示出2个终端，可以理解的，该静态海洋混响测量采集方法的应用系统还可以包括一个或多个其他终端，具体此处不作限定。

另外，如图1所示，该静态海洋混响测量采集方法的应用系统还可以包括存储器200，用于存储数据，如标定参数、收发参数等。

需要说明的是，图1所示静态海洋混响测量采集方法的应用系统的场景示意图仅仅是一个示例，本发明实施例描述的静态海洋混响测量采集方法的应用系统以及场景是为了更加清楚地说明本发明实施例的技术方案，并不构成对于本发明实施例提供的技术方案的限定，本领域普通技术人员可知，随着静态海洋混响测量采集方法的应用系统的演变和新业务场景的出现，本发明实施例提供的技术方案对于类似的技术问题，同样适用。

本发明实施例提供了一种静态海洋混响测量采集方法，结合图2来看，图2为本发明提供的静态海洋混响测量采集方法一实施例的流程示意图，包括步骤S1至步骤S4，其中：

在步骤S1中，获取调查船在站位海域的中心站点测量的标定参数；

在步骤S2中，根据所述标定参数，调整并装订在中心站点的水听器的收发参数；

在步骤S3中，根据所述收发参数，在中心站点布设至少一枚浮标或潜标；

在步骤S4中，基于所述至少一枚浮标或潜标，接收调查船沿着自中心站点向外辐射的每条测线在对应的每个测点处发射的声信号，进行混响特性统计分析。

在本发明实施例中，首先，对调查船在站位海域的中心站点测量的标定参数进行有效的获取，反映中心站点的声学特性；然后，基于上述标定参数，对中心站点的水听器的收发参数进行调整和装订，装订成最后系统收发信号的参数，保证水听器能准确接收信号；进而，利用上述的收发参数在中心站点布设对应的多枚浮标或潜标，便于在中心站点接收声信号；最后，通过布设的多枚浮标或潜标，中心站点接收每条测线在对应的每个测点发射的声信号，对不同距离的声信号进行混响特性统计分析。

作为优选的实施例，上述静态海洋混响测量采集方法在实施之前，需要针对混响数据特性论证设备指标，备妥专门的定制前放水听器阵浮/潜标(含自容式大动态大容量数据采集记录仪)、大功率声源等调查设备。在本发明实施例中，

在本发明一个具体的实施例中，根据水声工程应用需求，论证确定收发频段、声源类型、发射功率，论证确定混响信号的动态范围，并据此论证定制前放水听器阵的放大/衰减量范围，论证标上自容式数据采集记录仪的动态范围和存储容量，然后根据这些论证指标，或采购、或研制，在混响调查实施前，备妥所需的调查设备及仪器；

其中，根据水声工程应用(主要是主动声纳抗混响处理设计)需求，论证确定收发频段、声源类型(有规声源和爆炸声源最好都具备，支持尽量多的信号类型)、发射功率(或爆炸当量，源级要在190dB以上，最好可达220dB以上)，论证确定混响信号的动态范围(最大至发射直达声强度，最小至环境噪声谱级的1/3线性高度)，并据此论证浮/潜标上定制前放水听器阵的前放放大/衰减量范围，论证浮/潜标上自容式数据采集记录仪的动态范围、量化位数和存储容量。

在本发明一个具体的实施例中，按照海洋声学调查规划，调查船上携带完备的调查设备，于规定时间航渡抵达规定的调查站位海域，在中心站点附近停泊，着手进行调查前的相应准备工作。

作为优选的实施例，结合图3来看，图3为本发明提供的图2中步骤S2一实施例的流程示意图，上述步骤S2具体包括步骤S21至步骤S22，其中：

在步骤S21中，根据所述声源级SL、所述噪声级NL和所述海底散射系数S_B，推算出混响显著时间初值和动态范围初值；

在步骤S22中，根据所述混响显著时间初值和所述动态范围初值，发射声源信号，并根据水听器的接收信号波形，调整并装订所述收发参数。

在本发明实施例中，根据收发信号，不同调整对应的收发参数，保证水听器准确接收后续的声信号。

在本发明一个具体的实施例中，采用规范方法，对有规声源和爆炸声源分别进行源级标定，得到声源级SL；采用规范方法，对背景噪声级进行测量，得到噪声级NL；采用规范方法，对海底底质进行采样分析或声学反演，得到中心站点附近的海底底质声学特性参数，尤其是海底散射系数S_B。测定这些参数的直接目的是支撑下一步的混响显著时间及混响级估算。

作为优选的实施例，结合图4来看，图4为本发明提供的图3中步骤S22一实施例的流程示意图，上述步骤S22具体包括步骤S221至步骤S222，其中：

在步骤S221中，根据所述混响显著时间初值，确定时间间隔，根据所述时间间隔发射所述声源信号；

在步骤S222中，根据水听器接收所述声源信号后生成的接收信号波形，修正水听器的所述前放量和所述发射间隔，并进行相应的装订。

在本发明实施例中，根据接收信号波形，有效调节水听器的前放量和发射间隔。

需要说明的是，混响数据的持续时间远大于发射脉冲和目标回波，且混响数据具有明显的非平稳特征。若发射间隔和采集记录时间过短，则无法反映混响的全时非平稳特性，且会导致多脉间的混响混叠，无法分析其原本特性；若发射间隔过长，则会采集记录到大量的无用背景噪声，会降低调查效率。本发明提出了混响显著时间的定义和估算、修正方法，可以据此合理设置发射间隔，以确保高效地获取丰富的“全时长”的混响数据样本。

需要说明的是，本发明提出的静态混响调查方法，以下垂定制前放水听器阵的数据自容式浮/潜标装备形态进行混响数据采集，设备成本相对低廉，且通过控制发射船与接收标之间的距离，能够获取多种间距配置下的双基地混响(间距接近0时即为单基地混响)数据，根据接收平台是否机动，可把混响分为动态与静态两种。动态混响更加接近真实的主动声纳应用，但其采集需要安装于调查船上的大型接收阵列，价格昂贵且不能被声传播调查复用。进一步地，通过恰当的抗流冲击设计，标上阵列可保持规则形状，所采集到的多通道静态海洋数据可用于支持阵列处理后的混响特性分析。

在本发明一个具体的实施例中，根据测定的SL、NL和S_B等参数，推算混响显著时间T_R初值和混响动态范围ΔR，由此设置浮/潜标上各水听器的放大/衰减系数、设定声源信号的发射间隔；在调查船尾临时垂放浮/潜标上的水听器阵，并垂放有规声源(或者投放爆炸声源)，按照2*T_R间隔发射信号，水听器阵接收，观察标上记录采集到的信号波形，据此修正各水听器前放放大/衰减量，使得多数水听器接收混响波形既不因太强出现大片的过载限幅，又不因太弱快速衰减淹没于背景噪声中；调整发射间隔，使其约为混响显著时间的2倍。尝试性收发10次以上，调整完毕各水听器前放量和发射间隔，作为最终参数装订到接收和发射系统中。并据之修正上一步估算的混响显著时间T_R和动态范围ΔR值，记录下来以备后续调查分析使用。

其中，混响显著时间T_R，指的是混响级RL(r)衰减至等于背景噪声级NL的时间跨度(以发射同步时刻为时间原点)。以单基地混响为例，混响显著时间T_R及其所对应的距离r_R二者之间关系为2r_R＝c·T_R，浅海良好海况下，有规声混响显著时间所对应的距离可通过下式估算：

r_R＝10^{[SL-NL+S_B+10lgτ+10lgΨ_B+10lg(c/2)]/30}

上式中，c为声速，τ为发射脉宽，Ψ_B为收发等效束宽(收发全向情况下，对界面混响其值为2π，对体积混响其值为4π)。而爆炸声混响显著时间所对应的距离可通过下式估算：

r_R＝10^{[SL_E-NL+S_B+10lgΨ_B+10lg(c/2)]/30}

上式中，SL_E为爆炸声源的等效能流密度级，与有规声源的声源级SL一道，于步骤S2中测出。其它情况下的混响显著时间估算可据此类推。

作为优选的实施例，上述步骤S3具体包括：装订所述收发参数之后，在中心站点布设所述至少一枚浮标或潜标，并控制开启对应标上的记录仪。在本发明实施例中，在装订好收发参数之后，有效进行浮标或潜标的布设。

作为优选的实施例，所述至少一枚浮标或潜标的混响接收标和其他数据接收标的间距设置为预设间距。在本发明实施例中，可以同时布设多种数据接收标，并采取措施令其不相互缠绕。

在本发明一个具体的实施例中，在中心站点位置布下各水听器前放已设置完毕的浮/潜标，并打开标上的自容式数据采集记录仪，开始接收记录数据。浮/潜标上定制前放水听器阵各通道前放参数装订完毕、标上自容式采集记录设备采样率和量化位数设置完成后，在中心站点位置布下浮/潜标，并打开标上的记录仪，开始接收记录数据。由于各类别海洋声学调查一般同时进行，中心站点附近往往布设多枚各司其职的浮/潜标，布设时要合理设置混响接收标与其它数据接收标间距，不致相互缠绕。

作为优选的实施例，结合图5来看，图5为本发明提供的图2中步骤S4一实施例的流程示意图，上述步骤S4具体包括步骤S41至步骤S42，其中：

在步骤S41中，基于所述至少一枚浮标或潜标，接收调查船沿着每条测线在对应的每个测点处发射的所述声信号；

在步骤S42中，根据所述至少一枚浮标或潜标持续接收的数据，进行混响特性统计分析。

在本发明实施例中，在一定范围内，接收调查船在每一个测线上的每一个测点发射的声信号，进行相应的混响特性统计分析。

作为优选的实施例，所述每个测点发射的所述声信号更换对应的信号参数和声源深度，重复进行多次收发。在本发明实施例中，利用多种不同的收发信号，保证对混响数据的有效分析。

在本发明一个具体的实施例中，根据预先设计好的调查方案，调查船从中心站点出发，逐条测线、逐个测点地就位并发射信号，位于中心站点的浮/潜标则持续采集记录所收到的数据。根据海洋声学调查站位设计原则，测线和测点的设计主要依据声传播调查，对于混响调查，可以适当缩短测线长度至设计值的一半，或者增大测点间距至设计值的两倍，如此可降低工作量。根据混响特性统计分析需要，每个测点的发射可以更换信号参数和声源深度，各重复进行多次，每种信号的收发应当在10次以上。

作为优选的实施例，在上述步骤S4之后还包括：

遍历当前站位海域的所有测上的每个测点后，返回对应的中心站点，控制收起至少一枚浮标或潜标，开赴下一站位。

在本发明实施例中，对相关的海域中的每个站位进行遍历分析。

在本发明一个具体的实施例中，遍历当前调查站位所有测线/测点后，返回中心站点，收起浮/潜标，开赴下一站位继续调查，重复步骤S1至步骤S4，直到海区内所有站位调查任务完成。对于同一海区内的调查站位，步骤S2的重复不一定必需，可以使用上一站位的混响显著时间T_R和动态范围ΔR值，以及水听器前放量、发射间隔值，作为当前站位相应量的初始值，然后再通过步骤S3进行相应参数修订和装订。其中，上述设备参数设置在返航后的调查数据分析中也是必需的。每个站位任务完成、收标后，注意及时导出标上记录设备所采集数据，以清出存储空间供下一站位调查使用。

作为优选的实施例，在各测点上收发信号的同时，测量并记录包括水文情况、风浪情况、航船情况中至少一种的同步环境参数。在本发明实施例中，在进行混响分析的同时，有效进行同步环境参数的获取。

在本发明一个具体的实施例中，在各测点上收发信号的同时，测量记录水文、风浪、航船情况等同步环境参数。这种测量记录，同时服务于混响调查和声传播调查。在各测点上收发信号的同时，测量记录水文、风浪、海深、航船情况等同步环境参数。这种测量记录，同时服务于混响调查和声传播调查。对于混响调查而言，如果有规声源可拖曳，则各测点上发射声信号时并不需要停船，可以在航行中高效进行，但考虑要同时进行其它类别海洋声学调查，故各测点是否停船尚需综合考量。另外，海底底质声学特性也是同步环境参数之一，由于这种参数测量费时费力，且海区不大时海底底质变化多数不明显，所以一般仅在中心站点等少数几个测点进行调查。海洋声学调查规划中，一般会根据对调查海区海底地形及底质情况的经验认知，提前设计好需要进行海底底质声学特性调查的站位测点，实施混响调查时遵照执行即可。

下面结合一个具体的应用例更好地说明本发明技术方案：

第一步，准备调查设备——在调查前针对混响数据特性论证设备指标，备妥专门的定制前放水听器阵浮/潜标(含自容式大动态大容量数据采集记录仪)、大功率声源等调查设备；

第二步，航抵调查站位海域——调查船上航行抵达预先规划好的调查站位海域，在中心站点附近停泊；

第三步，基础测量与标定——标定发射声源级，测量背景噪声级，测定海底底质类型及相关声学特性参数；

第四步，试收发与参数装订——在调查船尾垂放声源和浮/潜标上的水听器阵，进行尝试性发射与接收，使用第三所测定参数，并结合接收波形观察，估算并修正混响显著时间与动态范围，据此装订水听器前放量，设置发射间隔；

第五步，中心站点布标——在中心站点位置布下浮/潜标，并打开标上的自容式数据采集记录仪开始记录；

第六步，逐测线/测点就位与发射——根据计划方案，调查船逐条测线、逐个测点地就位发射信号，在此期间浮/潜标持续采集记录所收到的数据；

第七步，同步环境参数测量——在各测点上收发信号的同时，测量记录水文、风浪、航船分布等同步环境参数；

第八步，收标换站位——遍历当前站位所有测线/测点后，返回中心站点，收起浮/潜标，开赴下一站位继续调查，重复第二步至第七步，直到海区内所有站位调查任务完成。

在本发明一个具体的实施例中，结合图6来看，图6为本发明提供的船-双标结合时混响数据接收一实施例的示意图，当有两个混响数据接收浮标：浮标1下方垂放一定制前放水听器阵，各水听器通道的前放量(根据需要，也可以是衰减量)都可以独立设置，以便通过整条阵完整记录全振幅的混响数据(部分通道追求强信号不限幅，部分通过追求弱信号不遗漏)；浮标2下方垂放一条无前放水听器阵，水听器具备高接收灵敏度，各接收通道皆无前放，一致性高，所接收数据可用以对混响进行阵处理性能分析。各浮标都配有与混响动态范围相匹配的较高量化位数自容式数据采集记录仪。浮/潜标要采取一定的抗洋流设计，尽量保持竖直于水中。浮标顶部有浮体飘于海面，底部坠有沉块，或者直接锚系于海底成为潜标。各水听器配有位置传感器，可以实时记录水听器阵的姿态。这两个标要在不致缠绕的前提下尽量靠近，以保证两条阵所接收混响数据经历了相同的传播和散射过程，便于后期对比分析。在步骤S4中，标尚在调查船上，试收发时可以仅将标下的水听器阵入水，其数据采集记录仪和参数装订入口仍然在船上，可观察所采数据波形，可控制各通道前放量，步骤S4结束时，参数装订完毕。在步骤S5布标完成后，标已与调查船(本船)脱离，船上无法再观测到其接收数据波形，也无法再调整其前放量。标可以通过其浮体之上的无线装置与本船通信，但通信仅限于标上采集记录设备的开关机等少数控制命令和存储满等少数状态指示，并不能直接传输数据回本船。这样的通信设计，主要是为了降低调查的设备成本。

在本发明一个具体的实施例中，结合图7来看，图7为本发明提供的船-单标结合时混响数据接收一实施例的示意图，与上述船-双标结合调查方式相比，这里只是把定制前放水听器阵和无前放水听器阵集成于同一个浮/潜标中。这样设计的好处是，一则可确保两条阵所接收混响数据条件的一致性，二则可避免可能的双标缠绕。但这却增加了标的设计制作难度和成本，且因包裹双阵标体变粗，带来收放不便，并对标上的自容式采集记录仪提出了双倍通道和数据存储量要求。

在本发明一个具体的实施例中，结合图8来看，图8为本发明提供的调查站位混响数据接收一实施例的示意图，图中给出了某调查海域的两个调查站位规划：DYD-1站位位于陆架平原上，中心站点位置为(xxx.x E,xxx.x N)，以中心站点为起点，分别向方位辐射3条长度均为110公里的射线段作为测线，分别记为测线a、b、c；DYD-2站位大部分位于陆架平原上，右下角处于陆架斜坡，中心站点位置为(xxx.x E,xxx.x N)，以中心站点为起点，分别向/>方位辐射3条长度均为110公里的射线段作为测线，分别记为测线a、b、c；图中粗实线段表示测线，实线圆圈表示站位覆盖海域。考虑声传播调查需要，每条测线上间隔5公里设置一个测点。这样的调查站位规划可以满足某热点海区典型信道条件下110公里内海洋声传播调查的需要，这是站位设计的首要考虑目标。

其中，但对于混响调查而言，考虑主动声纳作用距离和混响持续时间的一般范围，可以缩减测线长度；考虑混响特性的时间变化尺度和双基地间距配置的一般范围，可以增大测点间距。以图中DYD-1站位为例，可以把混响调查测线长度缩减为原来的一半，即55公里，覆盖海域则如图中虚线圆圈所示；可以把测点间距提高为原来的2倍，即10公里。如此以来，测线c上本来分布有23个测点，现在抽取为6个测点，极大地缩减了调查工作量。图中示意性地绘出了这一测点抽选过程，为图形清楚计，这里并没有采用实际的测点间距和测线长度示意。假设测线c上原有8个测点：1～8，测点1与中心站点重合，即图中网格填充圆点。缩短一半长度、扩大一倍间距后，抽选出其中3个作为混响调查测点：1、3、5，即图中“/”填充圆点。在这3个测点上，既要进行混响调查，也要进行声传播调查；而在其它测点上，则不需要进行混响调查。考虑到每个位置的混响调查都要变换信号和声源深度重复进行数十乃至数百次的发射，这样的简化可以极大地降低调查工作量。

本发明实施例还提供了一种静态海洋混响测量采集装置，结合图9来看，图9为本发明提供的静态海洋混响测量采集装置一实施例的结构示意图，静态海洋混响测量采集装置900包括：

获取单元901，用于获取调查船在站位海域的中心站点测量的标定参数；

处理单元902，用于根据所述标定参数，调整并装订在中心站点的水听器的收发参数；还用于根据所述收发参数，在中心站点布设至少一枚浮标或潜标；

分析单元903，用于基于所述至少一枚浮标或潜标，接收调查船沿着自中心站点向外辐射的每条测线在对应的每个测点处发射的声信号，进行混响特性统计分析。

静态海洋混响测量采集装置的各个单元的更具体实现方式可以参见对于本静态海洋混响测量采集方法的描述，且具有与之相似的有益效果，在此不再赘述。

本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时，实现如上所述的静态海洋混响测量采集方法。

一般来说，用于实现本发明方法的计算机指令的可以采用一个或多个计算机可读的存储介质的任意组合来承载。非临时性计算机可读存储介质可以包括任何计算机可读介质，除了临时性地传播中的信号本身。

计算机可读存储介质例如可以是——但不限于——电、磁、光、电磁、红外线、或半导体的系统、装置或器件，或者任意以上的组合。计算机可读存储介质的更具体的例子(非穷举的列表)包括：具有一个或多个导线的电连接、便携式计算机磁盘、硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦式可编程只读存储器(EPROM或闪存)、光纤、便携式紧凑磁盘只读存储器(CD-ROM)、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。在本文件中，计算机可读存储介质可以是任何包含或存储程序的有形介质，该程序可以被指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用。

可以以一种或多种程序设计语言或其组合来编写用于执行本发明操作的计算机程序代码，程序设计语言包括面向对象的程序设计语言—诸如Java、Smalltalk、C++，还包括常规的过程式程序设计语言—诸如“C”语言或类似的程序设计语言，特别是可以使用适于神经网络计算的Python语言和基于TensorFlow、PyTorch等平台框架。程序代码可以完全地在用户计算机上执行、部分地在用户计算机上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户计算机上部分在远程计算机上执行、或者完全在远程计算机或服务器上执行。在涉及远程计算机的情形中，远程计算机可以通过任意种类的网络——包括局域网(LAN)或广域网(WAN)—连接到用户计算机，或者，可以连接到外部计算机(例如利用因特网服务提供商来通过因特网连接)。

本发明实施例还提供了一种计算设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，处理器执行程序时，实现如上所述的静态海洋混响测量采集方法。

根据本发明上述实施例提供的计算机可读存储介质和计算设备，可以参照根据本发明实现如上所述的静态海洋混响测量采集方法具体描述的内容实现，并具有与如上所述的静态海洋混响测量采集方法类似的有益效果，在此不再赘述。

本发明公开了一种静态海洋混响测量采集方法及装置，首先，对调查船在站位海域的中心站点测量的标定参数进行有效的获取，反映中心站点的声学特性；然后，基于上述标定参数，对中心站点的水听器的收发参数进行调整和装订，装订成最后系统收发信号的参数，保证水听器能准确接收信号；进而，利用上述的收发参数在中心站点布设对应的多枚浮标或潜标，便于在中心站点接收声信号；最后，通过布设的多枚浮标或潜标，中心站点接收每条测线在对应的每个测点发射的声信号，对不同距离的声信号进行混响特性统计分析。

本发明技术方案，基于对海洋混响物理特性的经验认知，结合主动声纳抗混响处理对这些特性的运用需求与途径分析，权衡考虑调查成本与成果费效比，通过对调查设备和测量方法配套设计，提出一种实用且高效的全振幅全时长静态海洋混响调查方法，既能获得满足水声工程应用的海洋混响调查成果，又能提高调查效率、控制调查成本，无论从设备配置，还是从测线、测点及航路设置上，都最大程度地兼顾了声传播调查需求，可以很好地降低海洋声学调查成本，提高调查效率，填补了海洋声学调查相关方面的空白。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种静态海洋混响测量采集方法，其特征在于，包括：

获取调查船在站位海域的中心站点测量的标定参数；

根据所述标定参数，调整并装订在中心站点的水听器的收发参数；

根据所述收发参数，在中心站点布设至少一枚浮标或潜标；

基于所述至少一枚浮标或潜标，接收调查船沿着自中心站点向外辐射的每条测线在对应的每个测点处发射的声信号，进行混响特性统计分析；

所述标定参数包括对有规声源和爆炸声源分别进行源级标定得到的声源级SL、对背景噪声级进行测量得到的噪声级NL以及海底散射系数S_B，所述根据所述标定参数，调整并装订在中心站点的水听器的收发参数，包括：

根据所述声源级SL、所述噪声级NL和所述海底散射系数S_B，推算出混响显著时间初值和动态范围初值；

根据所述混响显著时间初值和所述动态范围初值，发射声源信号，并根据水听器的接收信号波形，调整并装订所述收发参数；

所述收发参数包括前放量和发射间隔，所述根据所述混响显著时间初值和所述动态范围初值，发射声源信号，并根据水听器的接收信号波形，调整并装订所述收发参数，包括：

根据所述混响显著时间初值，确定时间间隔，根据所述时间间隔发射所述声源信号；

根据水听器接收所述声源信号后生成的接收信号波形，修正水听器的所述前放量和所述发射间隔，并进行相应的装订；

其中，混响显著时间 TR，指的是混响级 RL(r)衰减至等于背景噪声级 NL 的时间跨度；单基地混响显著时间 TR 及其所对应的距离 rR 二者之间关系为，浅海良好海况下，有规声混响显著时间所对应的距离通过下式估算：

，

上式中，c 为声速，τ为发射脉宽，ΨB 为收发等效束宽，其中收发全向情况下，对界面混响其值为 2π，对体积混响其值为 4π；

而爆炸声混响显著时间所对应的距离可通过下式估算：

上式中，SLE 为爆炸声源的等效能流密度级。

2.根据权利要求1所述的静态海洋混响测量采集方法，其特征在于，所述根据所述收发参数，在中心站点布设至少一枚浮标或潜标，包括：

装订所述收发参数之后，在中心站点布设所述至少一枚浮标或潜标，并控制开启对应标上的记录仪。

3.根据权利要求2所述的静态海洋混响测量采集方法，其特征在于，所述至少一枚浮标或潜标的混响接收标和其他数据接收标的间距设置为预设间距。

4.根据权利要求1所述的静态海洋混响测量采集方法，其特征在于，所述基于所述至少一枚浮标或潜标，接收调查船沿着每条测线在对应的每个测点发射的声信号，进行混响特性统计分析，包括：

基于所述至少一枚浮标或潜标，接收调查船沿着每条测线在对应的每个测点发射的所述声信号；

根据所述至少一枚浮标或潜标持续接收的数据，进行混响特性统计分析。

5.根据权利要求4所述的静态海洋混响测量采集方法，其特征在于，所述每个测点发射的所述声信号更换对应的信号参数和声源深度，重复进行多次收发。

6.根据权利要求4所述的静态海洋混响测量采集方法，其特征在于，在所述根据所述至少一枚浮标或潜标持续接收的数据，进行混响特性统计分析之后，还包括：

遍历当前站位海域的所有测线上的每个测点处后，返回对应的中心站点，控制收起至少一枚浮标或潜标，开赴下一站位。

7.根据权利要求4所述的静态海洋混响测量采集方法，其特征在于，在各测点上收发信号的同时，测量并记录包括水文情况、风浪情况、航船情况中至少一种的同步环境参数。

8.一种静态海洋混响测量采集装置，其特征在于，包括：

获取单元，用于获取调查船在站位海域的中心站点测量的标定参数；

处理单元，用于根据所述标定参数，调整并装订在中心站点的水听器的收发参数；还用于根据所述收发参数，在中心站点布设至少一枚浮标或潜标；

分析单元，用于基于所述至少一枚浮标或潜标，接收调查船沿着自中心站点向外辐射的每条测线在对应的每个测点处发射的声信号，进行混响特性统计分析；

所述标定参数包括对有规声源和爆炸声源分别进行源级标定得到的声源级SL、对背景噪声级进行测量得到的噪声级NL以及海底散射系数S_B，所述根据所述标定参数，调整并装订在中心站点的水听器的收发参数，包括：

根据所述声源级SL、所述噪声级NL和所述海底散射系数S_B，推算出混响显著时间初值和动态范围初值；

根据所述混响显著时间初值和所述动态范围初值，发射声源信号，并根据水听器的接收信号波形，调整并装订所述收发参数；

所述收发参数包括前放量和发射间隔，所述根据所述混响显著时间初值和所述动态范围初值，发射声源信号，并根据水听器的接收信号波形，调整并装订所述收发参数，包括：

根据所述混响显著时间初值，确定时间间隔，根据所述时间间隔发射所述声源信号；

根据水听器接收所述声源信号后生成的接收信号波形，修正水听器的所述前放量和所述发射间隔，并进行相应的装订；

其中，混响显著时间 TR，指的是混响级 RL(r)衰减至等于背景噪声级 NL 的时间跨度；单基地混响显著时间 TR 及其所对应的距离 rR 二者之间关系为，浅海良好海况下，有规声混响显著时间所对应的距离通过下式估算：

，

上式中，c 为声速，τ为发射脉宽，ΨB 为收发等效束宽，其中收发全向情况下，对界面混响其值为 2π，对体积混响其值为 4π；

而爆炸声混响显著时间所对应的距离可通过下式估算：

上式中，SLE 为爆炸声源的等效能流密度级。