[发明专利]一种大范围海域的海水密度测量方法

说明书

技术领域

本发明属于海洋勘探领域，特别涉及一种大范围海域的海水密度测量方法。

背景技术

深海大洋中存在海水跃层的现象，也称跃变层，是指海水中某些水文要素在垂直方向上出现突变或不连续剧变的水层，表明上下层海水性质不同。海水跃层主要有4种，即温度跃层、盐度跃层、密度跃层和声速跃层。

海水断崖、潜艇掉深是潜艇面临的第一大危害。有报道称：我国372号潜艇前不久遇到了一次在几分钟内下落数百米的“掉深”。利用流体力学知识粗略估计，造成这种强度的“掉深”如果是由于海水的盐度、温度变化所致，则此水团的水温需要比周围的海水高10℃以上，或者盐度低3‰以上。

然而，由于海水的流动性，测量海水断崖在技术上比较困难。传统测量方法是在海底或水面上某个固定位置安装设备测量该点的温度、盐度等，然后依据这些离散的点的测量结果评估整体水域的情况；可以想象，依据水底或水面的测量数据，难以评估潜艇活动区域(水深500米至150之间的)海水的实际情况。此外，也有探索采用收集的噪声信号进行声谱分析，产生实时噪声谱图，并与环境噪声谱图进行比对；判断实时噪声谱图与环境噪声谱图是否产生波动，当波动产生，且波动朝向低频运动时，则发出警示信息。该方法需要标定不同区域的环境噪音，对于大范围海域不适用，检测不够准确；同时，该方法默认环境噪音本身是一成不变的，实际上，环境噪音在海洋的复杂环境中受到很多因素影响，变化非常大；其三，该方法需要标定不同深度的噪音，由于潜艇需要在标定的深度行进，大大降低了隐秘性；其四，该方法不能够测量多层密度水域的层数和各层的密度和高度。

此外，海洋勘探过程中，需要对一定范围海洋内的不同密度海水的密度和深度等情况精确测定，现有方法检测结果不够准确。

水下定位与导航在很多领域都得到了广泛应用。然而，水面的地理位置可以通过GPS定位轻易获取，但由于受到条件限制，水下位置的标定不能采用GPS无线电信号定位。

地面设备接受GPS无线电信号，包含了GPS信号发送卫星的地理位置信息和时间信息(多个卫星的时间是定期受控同步的)，地面设备通过接受多个卫星的信息，迭代解算出自己的位置。为了实现这个目的，有两个条件：1、信号中包含了信息发送地点的位置信息和时间信息；2、接受设备具备较快的计算能力。

然而，水下的设备和水面设备相比，通信速率会低很多，通信载体的频率也低很多很多，在这么低频(波长较长)的通信载体中，精确同步时间信息很困难；而且为水下设备保障电源也比较难，尤其是水下有源设备的长期无故障工作也较难保障。

发明内容

技术问题：为了解决现有技术的缺陷，本发明提供了一种大范围海域的海水密度测量方法。

技术方案：本发明提供的一种大范围海域的海水密度测量方法，其特征在于：

利用水下无源基点的定位装置，该装置包括水下无源传感器，水上数据采集装置，水上声源发生器；所述水下无源传感器和水上数据采集装置通过光纤连接；所述水上声源发生器与水上数据采集装置连接；水上声源发生器上设有GPS定位装置；

该方法包括以下步骤：

(1)选定水下基点，精确标定该基点的地理位置信息G1，在该基点上安置水下无源传感器；

(2)水上声源发生器发出特定的声音信号，同时通过GPS定位装置获取发送声音信号时的时间T2和地理位置信息G2并发送至水上数据采集装置；

(3)水上数据采集装置采集水下无源传感器检测到声音信号的时间T1；

(4)根据基点的地理位置信息G1、水下无源传感器检测到声音信号的时间T1、水上声源发生器发送声音信号时的时间T2和地理位置信息G2，计算得到水下无源传感器和水上声源发生器之间的距离、声音传播时间和声音传播速度；

(5)根据声音在海水中传播的速度和海水密度之间的关联关系，计算得到该水域的海水密度。

步骤(1)中，所述基点的地理位置信息包括经度、纬度、高程。

步骤(1)中，精确标定该基点的地理位置信息的方法，利用水下无源基点的定位装置，包括以下步骤：