[发明专利]一种基于多波束接收技术的富钴结壳厚度的测量方法

说明书

本发明涉及一种基于多波束接收技术的富钴结壳厚度的测量方法，属于地质勘探技术领域，所述方法利用多波束接收技术，发射线阵与接收线阵采用T型布置方式，发射线阵平行于测线方向，接收线阵垂直于测线方向，所述的测线方向是结壳厚度测量设备所安装的潜水器载体的航向；利用多波束测量技术一次初步测量多个波束内的结壳厚度值；再根据多波束接收技术获得海底微地形起伏，估计每个波束内信号的入射角度，进一步对每个波束内测量获得的结壳厚度进行修正，结合结壳厚度变化特征采用序惯贝叶斯滤波方法跟踪结壳厚度变化，从而提高测量精度。

技术领域

本发明属于地质勘探技术领域，具体涉及一种基于多波束接收技术的富钴结壳厚度的测量方法。

背景技术

富钴结壳富含钴、镍、铂、稀土等金属，富钴结壳氧化矿床遍布全球海洋，集中在海山、海脊和海台的斜坡和顶部。太平洋约有50000座海山，其富钴结壳储量丰富。尽管大洋海底富钴结壳储量丰富，但是经过详细勘测和取样的海山却不多。目前，富钴结壳资源粗略评估主要使用浅地层剖面仪、多波束测深声纳以及侧扫声纳等声学设备获得海底回波信号，根据海底散射特性对海底底质进行分类并识别富钴结壳。精细的评估手段是利用照相和摄像手段对结壳分布与覆盖率进行调查，并利用浅钻和切割工具获取结壳样品，对结壳厚度进行测量，再利用不同的模型估算结壳的存量，通过浅钻获取的结壳样品的厚度测量精度高，但取样难度大、只能获取少数站位的测量结果。由于富钴结壳资源水平分布范围较广，厚度随生长空间变化而存在差异，用站位样本作为均值进行结壳资源评估存在较大误差。此外，浅钻在海底起伏较大时很难保持姿态，从而导致无法获取样品。发展富钴结壳厚度连续测量的方法可以有效突破浅钻取样测量方法在富钴结壳资源精细勘探中的限制。由于富钴结壳表面的起伏不平以及海山的坡度导致声信号的入射掠射角不断变化。如果简单的将信号入射掠射角近似为90°(入射掠射角：信号入射方向与水平方向的夹角)，必然导致一定的测量误差。

发明内容

本发明提出一种基于多波束接收技术的富钴结壳厚度高效测量方法，所述方法适用于载体走航式测量，单次测量沿垂直航迹方向发射条带指向性信号，利用多波束测量技术一次初步测量多个波束内的结壳厚度值；再根据多波束接收技术获得海底微地形起伏，估计每个波束内信号的入射角度，进一步对每个波束内测量获得的结壳厚度进行修正，结合结壳厚度变化特征采用序惯贝叶斯滤波方法跟踪结壳厚度变化，从而提高测量精度。

本发明是通过如下技术方案来实现的:

一种基于多波束接收技术的富钴结壳厚度的测量方法，所述方法具体如下：

利用多波束接收技术，发射线阵与接收线阵采用T型布置方式，发射线阵平行于测线方向，接收线阵垂直于测线方向，所述的测线方向是结壳厚度测量设备所安装的潜水器载体的航向；

首先发射线阵发射窄带高频PCW信号，将窄带高频信号发射的次数定义为奇数帧，利用接收波束形成技术获得多个接收条带，进而获得垂直于测线方向多个测量点的海底回波信号，海水与海底界面的后向散射信号较强，通过底检测算法计算沿垂直测线方向的海底微地形，获得富钴结壳表面垂直测线方向的起伏结构；对走航过程中多次发射和接收的数据进行联合处理，结合每次测量的姿态信息，获得海底的三维微地形信息，通过几何关系计算出每个波束内后向散射信号的入射掠射角；

再次发射具有高时延分辨力宽带低频信号，此处将高时延分辨力宽带低频信号的发射次数定义为偶数帧，实现结壳穿透，通过波束形成获取每个波束内的信号时间序列，在每个波束内估计结壳厚度初始值；将测量研究获得的不同入射掠射角对结壳厚度测量的影响曲线应用到各个测点的结壳厚度测量结果中，对结壳厚度测量结果进行修正，获得结壳厚度最终值从而提高结壳厚度的测量精度；奇数帧信号与偶数帧信号交替发射，实现结壳厚度精确连续测量。