海洋測深中聲線跟蹤模擬分析

汪曉曉

(安徽理工大學(xué) 測繪學(xué)院，安徽 淮南 232001)

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海洋測深中聲線跟蹤模擬分析

汪曉曉

(安徽理工大學(xué) 測繪學(xué)院，安徽 淮南 232001)

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

關(guān)鍵詞：海洋測深；多波束；入射角；聲速經(jīng)驗公式

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

1入射角分析

聲波的入射角對后面整個聲波的運行軌跡起著至關(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，即開角為120°左右時，水深誤差在1%以下，符合IHO精度，而當(dāng)入射角大于60°時，具體為61.8°以上時，誤差較大。

圖1　水深誤差

2聲速經(jīng)驗公式

目前較準(zhǔn)確的聲速經(jīng)驗公式為

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，計算比較繁瑣，經(jīng)過對溫鹽深數(shù)據(jù)(見表2)以及聲速剖面數(shù)據(jù)的分析，綜合主要的聲速經(jīng)驗公式設(shè)計的聲速經(jīng)驗公式為

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實驗結(jié)果及分析

運用matlab軟件，對其進行模擬分析。

在T=5 ℃時，C=1 425.211 25+1.29S+0.016D.

如圖2所示，在5 ℃時，對鹽度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.

在對各個不同溫度的圖像進行三維變換時，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)驗公式的基礎(chǔ)上，結(jié)合現(xiàn)有的聲速經(jīng)驗公式給出了更簡潔的聲速經(jīng)驗公式，并對之進行了仿真。

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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：P229

文獻標(biāo)識碼：A

文章編號：1671-4679(2016)01-0024-02

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

收稿日期：2015-09-10