懸移質(zhì)泥沙聲學(xué)測(cè)量技術(shù)研究.pdf

1、基于聲學(xué)反向散射原理的水體懸移質(zhì)泥沙測(cè)量技術(shù)是獲取實(shí)時(shí)河流懸移質(zhì)泥沙數(shù)據(jù)的重要手段。相比傳統(tǒng)的采樣測(cè)量技術(shù)，其具有實(shí)時(shí)無(wú)侵入、高分辨率以及可測(cè)量剖面等優(yōu)勢(shì)。但是，該技術(shù)目前仍然存在許多問(wèn)題:如泥沙粒徑難以求解，反演算法魯棒性低，氣泡等因素對(duì)聲學(xué)泥沙測(cè)量的影響未知等。
　　論文從聲學(xué)懸移質(zhì)泥沙測(cè)量技術(shù)的原理，算法，仿真，系統(tǒng)和實(shí)驗(yàn)五個(gè)方面入手，對(duì)其若干關(guān)鍵問(wèn)題進(jìn)行探究，旨在探索更準(zhǔn)確的聲學(xué)懸移質(zhì)泥沙測(cè)量技術(shù)，論文主要成果如下:

2、>　　(1)論文研究了逐層迭代算法，基于水體分層的思想，逐層迭代求解泥沙濃度和粒徑。仿真表明，在測(cè)量誤差較小時(shí)，逐層迭代算法能較準(zhǔn)確地求解由于聲波粒子散射衰減導(dǎo)致的隱性反演方程。由于誤差也會(huì)逐層累積，對(duì)于測(cè)量誤差較高的情況，逐層迭代算法反演誤差較大，魯棒性較差。
　　(2)為解決逐層迭代算法魯棒性較差的問(wèn)題，論文研究了顯式求解算法。通過(guò)將反演方程轉(zhuǎn)化成算子方程，進(jìn)行矩陣計(jì)算直接求得整個(gè)剖面的濃度解。仿真表明，當(dāng)測(cè)量誤差較大時(shí)，顯式

3、求解算法較逐層迭代算法能更加準(zhǔn)確地反演泥沙濃度。
　　(3)為同時(shí)測(cè)量泥沙粒徑和濃度，論文研究了多頻反演算法，利用不同頻率的聲波對(duì)于同一片水體進(jìn)行測(cè)量，將不同頻率測(cè)量獲得的參數(shù)方程聯(lián)立求解。仿真表明，多頻反演算法能較準(zhǔn)確且同時(shí)反演出泥沙粒徑和濃度剖面。
　　(4)為進(jìn)一步提高反演算法的魯棒性，論文提出了頻率優(yōu)選方法，并首次將正則化反演方法應(yīng)用于聲學(xué)泥沙測(cè)量技術(shù)。仿真結(jié)果表明，根據(jù)泥沙狀況選擇合適聲波頻率進(jìn)行測(cè)量可有效減低測(cè)量