考慮粗差的水下溫度場聲學測量方法研究與實驗.pdf

1、迄今為止，在地球不同地質(zhì)背景的海底都有海底熱液的發(fā)現(xiàn)。觀測海底熱液口周圍溫度場的分布對于測量局部環(huán)境的熱通量、研究熱液成礦機制以及熱液口附近獨特的生態(tài)系統(tǒng)都有著重要意義。海底熱液口測量環(huán)境惡劣，在高溫、高壓、強腐蝕的熱液流中，傳統(tǒng)的熱電偶等接觸式測量方法只能進行短期的逐點測量，無法實現(xiàn)溫度場的連續(xù)觀測。
　　 本文提出一種考慮粗差的熱液口溫度場聲學重建技術。通過聲波在海水中的傳播速度與海水溫度之間的關系，結(jié)合反問題理論與抗差估計

2、，對海底熱液口附近的平面溫度場進行重建。作為非接觸式測量的一種，該技術具有不干擾原始流場，測量范圍大，實時性好，抗粗差能力強等優(yōu)點，適合用于熱液口溫度場的原位觀測。本文的主要工作和成果如下：
　　 1．在已有的聲學溫度場檢測理論的基礎上，針對海底熱液口的特殊測量環(huán)境，介紹了廣義互相關時延測量、水聲換能器聲中心距離校正以及基于總體最小二乘法與抗差最小二乘法的溫度場重建算法，減小了可能存在的系統(tǒng)誤差，為后續(xù)的系統(tǒng)研制與實驗研究奠定了

3、基礎。
　　 2．已有的研究表明，最小二乘法幾乎不具備抗御粗差的能力。針對聲學測量數(shù)據(jù)中粗差難以避免的狀況，本文引入抗差最小二乘法，同時根據(jù)飛渡時間計算值的范圍建立飛渡時間數(shù)據(jù)預處理程序，用于粗差的檢測，增加了溫度場重建過程的抗差性。
　　 3．參與研制一套海底熱液聲學溫度場測量系統(tǒng)。介紹了系統(tǒng)的工作原理，針對海底熱液口溫度場測量的特點分析了系統(tǒng)構(gòu)成與軟硬件的選取。系統(tǒng)采用RHS-30標準水聽器作為聲波信號的發(fā)生/接收裝

4、置，利用多通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)對接收信號進行采樣與時延估計，最后在上位機上進行溫度場的重建。
　　 4．為了驗證聲學溫度場重建方法的可行性、抗差性與測量系統(tǒng)的可用性，進行了多次實驗。首先，在實驗水池中利用透聲橡膠隔離出熱水區(qū)域，模擬海底熱液口的溫度場形態(tài)，進行了溫度場的測量與重建。隨后，在云南騰沖縣界頭鄉(xiāng)大塘村進行了溫度場測量實驗，利用數(shù)據(jù)預處理程序與抗差最小二乘法改善了重建結(jié)果。最后，在云南龍陵縣茄子山水庫進行了湖試研究。