考慮粗差的水下溫度場(chǎng)聲學(xué)測(cè)量方法研究與實(shí)驗(yàn).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(cè)海底熱液口周圍溫度場(chǎng)的分布對(duì)于測(cè)量局部環(huán)境的熱通量、研究熱液成礦機(jī)制以及熱液口附近獨(dú)特的生態(tài)系統(tǒng)都有著重要意義。海底熱液口測(cè)量環(huán)境惡劣，在高溫、高壓、強(qiáng)腐蝕的熱液流中，傳統(tǒng)的熱電偶等接觸式測(cè)量方法只能進(jìn)行短期的逐點(diǎn)測(cè)量，無法實(shí)現(xiàn)溫度場(chǎng)的連續(xù)觀測(cè)。
　　 本文提出一種考慮粗差的熱液口溫度場(chǎng)聲學(xué)重建技術(shù)。通過聲波在海水中的傳播速度與海水溫度之間的關(guān)系，結(jié)合反問題理論與抗差估計(jì)

2、，對(duì)海底熱液口附近的平面溫度場(chǎng)進(jìn)行重建。作為非接觸式測(cè)量的一種，該技術(shù)具有不干擾原始流場(chǎng)，測(cè)量范圍大，實(shí)時(shí)性好，抗粗差能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，適合用于熱液口溫度場(chǎng)的原位觀測(cè)。本文的主要工作和成果如下：
　　 1．在已有的聲學(xué)溫度場(chǎng)檢測(cè)理論的基礎(chǔ)上，針對(duì)海底熱液口的特殊測(cè)量環(huán)境，介紹了廣義互相關(guān)時(shí)延測(cè)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(chǎng)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(shí)驗(yàn)研究奠定了

3、基礎(chǔ)。
　　 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(duì)聲學(xué)測(cè)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(shí)根據(jù)飛渡時(shí)間計(jì)算值的范圍建立飛渡時(shí)間數(shù)據(jù)預(yù)處理程序，用于粗差的檢測(cè)，增加了溫度場(chǎng)重建過程的抗差性。
　　 3．參與研制一套海底熱液聲學(xué)溫度場(chǎng)測(cè)量系統(tǒng)。介紹了系統(tǒng)的工作原理，針對(duì)海底熱液口溫度場(chǎng)測(cè)量的特點(diǎn)分析了系統(tǒng)構(gòu)成與軟硬件的選取。系統(tǒng)采用RHS-30標(biāo)準(zhǔn)水聽器作為聲波信號(hào)的發(fā)生/接收裝

4、置，利用多通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)對(duì)接收信號(hào)進(jìn)行采樣與時(shí)延估計(jì)，最后在上位機(jī)上進(jìn)行溫度場(chǎng)的重建。
　　 4．為了驗(yàn)證聲學(xué)溫度場(chǎng)重建方法的可行性、抗差性與測(cè)量系統(tǒng)的可用性，進(jìn)行了多次實(shí)驗(yàn)。首先，在實(shí)驗(yàn)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(chǎng)形態(tài)，進(jìn)行了溫度場(chǎng)的測(cè)量與重建。隨后，在云南騰沖縣界頭鄉(xiāng)大塘村進(jìn)行了溫度場(chǎng)測(cè)量實(shí)驗(yàn)，利用數(shù)據(jù)預(yù)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(jìn)行了湖試研究。