汪曉曉

(安徽理工大學(xué) 測(cè)繪學(xué)院，安徽 淮南 232001)

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海洋測(cè)深中聲線跟蹤模擬分析

汪曉曉

(安徽理工大學(xué) 測(cè)繪學(xué)院，安徽 淮南 232001)

摘要：為了得到更好的海洋測(cè)深聲線模擬，運(yùn)用matlab軟件，根據(jù)聲波發(fā)射規(guī)律給出多波束海洋測(cè)深的最優(yōu)入射角度，分析影響多波束傳播路徑在海洋測(cè)深中的影響因素，確立簡(jiǎn)單優(yōu)化的聲速經(jīng)驗(yàn)公式，結(jié)合matlab軟件對(duì)確立的聲速經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行模擬，使海洋測(cè)深公式更加簡(jiǎn)潔、易于計(jì)算。

關(guān)鍵詞：海洋測(cè)深；多波束；入射角；聲速經(jīng)驗(yàn)公式

海洋測(cè)繪屬于我國(guó)重點(diǎn)發(fā)展的一個(gè)方向，其中，良好的海下地形還原又是海洋測(cè)繪的重要內(nèi)容，而海洋測(cè)深在此起關(guān)鍵性的作用?，F(xiàn)在的多波束測(cè)深儀器較多，入射角度在60°～180°，得到的數(shù)據(jù)在誤差分析方面沒(méi)有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，目前主要的聲速經(jīng)驗(yàn)公式模型主要有6種，各有優(yōu)缺點(diǎn)，但多數(shù)并不適用于淺水區(qū)。

1入射角分析

聲波的入射角對(duì)后面整個(gè)聲波的運(yùn)行軌跡起著至關(guān)重要的作用，因此，聲波的入射角角度就顯得十分重要，對(duì)聲波的入射角度做不同入射角度的分析，得到如表1所示數(shù)據(jù)。圖1給出對(duì)應(yīng)水深誤差。

表1　入射角與水深誤差數(shù)據(jù)

從圖1可以看出，橫坐標(biāo)為入射角，當(dāng)入射角在60°以下時(shí)，即開(kāi)角為120°左右時(shí)，水深誤差在1%以下，符合IHO精度，而當(dāng)入射角大于60°時(shí)，具體為61.8°以上時(shí)，誤差較大。

圖1　水深誤差

2聲速經(jīng)驗(yàn)公式

目前較準(zhǔn)確的聲速經(jīng)驗(yàn)公式為

C=1 449.225+4.623 3×T-5.458 5×10-2T2+

2.822×10-4T3-5.07×10-7T4+1.391×(S-

35)-7.8×10-2(S-35)2+1.602 72×10-1P+

3.521 6×10-9P3-3.360 3×10-12P4+1.026 8×

10-5P2+(S-35)(-1.197×10-2T+2.61×

10-5D-1.96×10-9D2-2.09×10-7DT)+

(-2.796×10-5T+1.330 2×10-6T2-6.644×

10-9T3)D+(-2.391×10-9T+9.286×

10-12T2)D2-1.747×10-13TD3+1.11+

1.026 63×10-1D+2.691×10-7D2-4.11×

10-12D3.

其形式較復(fù)雜，計(jì)算比較繁瑣，經(jīng)過(guò)對(duì)溫鹽深數(shù)據(jù)(見(jiàn)表2)以及聲速剖面數(shù)據(jù)的分析，綜合主要的聲速經(jīng)驗(yàn)公式設(shè)計(jì)的聲速經(jīng)驗(yàn)公式為

C=1 449.2+4.5T-0.055T2+0.000 29T3+

1.34S-46.9-0.01TS+0.35T+0.016D.

表2　溫鹽深聲速

在上述數(shù)據(jù)中溫度增加1 ℃ ，聲速增加約4.5 m/s，鹽度每變化1 ‰，聲速變化約1.3 m/s。深度增加1 m ，約增加0.1個(gè)大氣壓，聲速增加約0.016 m/s。所以提出如下改正模型：

C=1 449.2+4.5T-0.055T2+0.000 29T3+

1.34S-46.9-0.01TS+0.35T+0.016D.

3實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

運(yùn)用matlab軟件，對(duì)其進(jìn)行模擬分析。

在T=5 ℃時(shí)，C=1 425.211 25+1.29S+0.016D.

如圖2所示，在5 ℃時(shí)，對(duì)鹽度30、32、34、36、40以及0～100 m的深度作出分析。

圖2　5 ℃聲速

相應(yīng)地，在10°、15°、20°、25°、30°的聲速經(jīng)驗(yàn)公式分別為

C10°=1 445.59+1.24S+0.016D，

C15°=1 498.653 75+1.19S+0.016D，

C20°=1 479.62+1.14S+0.016D，

C25°=1 493.706 25+1.09S+0.016D，

C30°=1 506.13+1.04S+0.016D.

在對(duì)各個(gè)不同溫度的圖像進(jìn)行三維變換時(shí)，可以很容易地得到它們之間相互的二維關(guān)系，如圖3所示。

圖3　ctd二維關(guān)系

4結(jié)論

1)在對(duì)傳統(tǒng)的聲線跟蹤處理上，給出了更好的結(jié)構(gòu)模式，入射角定為60°左右較準(zhǔn)確。

2)在分析了眾多聲速經(jīng)驗(yàn)公式的基礎(chǔ)上，結(jié)合現(xiàn)有的聲速經(jīng)驗(yàn)公式給出了更簡(jiǎn)潔的聲速經(jīng)驗(yàn)公式，并對(duì)之進(jìn)行了仿真。

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[責(zé)任編輯：郝麗英]

Analysis of marine sounding voice tracking simulation

WANG Xiaoxiao

(School of Surveying and Mapping,Anhui University of Science & Technology,Huainan 232001,China)

Abstract：In order to obtain the better marine bathymetric sound ray simulation, the matlab software is used to get the optimal incident angle in multi-beam marine bathymetry in accordance with the acoustic wave emission rules, as well as to analyze the factors influencing the multi-beam transmission path in marine bathymetry. It determines the simple and optimized empirical formula of acoustic velocity and carries out simulation of the determined empirical formula of acoustic velocity by using the matlab software, so as to make the marine bathymetric formula simpler and more convenient to calculate.

Key words：multi-beam bathymetry; incident angle; empirical formula of acoustic velocity

中圖分類號(hào)：P229

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1671-4679(2016)01-0024-02

作者簡(jiǎn)介：汪曉曉(1990-)，男，碩士研究生，研究方向：變形監(jiān)測(cè).

收稿日期：2015-09-10