[发明专利]一种基于DAS的海洋光声断层成像方法及系统

说明书

本发明公开了一种基于DAS的海洋光声断层成像方法及系统，该系统包括：激光器、飞行器、特种光缆、深度可控浮筒、DAS以及图像重构模块。其中飞行器装载的激光器产生脉冲激光，照射在设定的海洋区域，在光声效应的作用下转换成的超声波；特种光缆围绕设定海洋区域，深度可控浮筒设置在特种光缆上，控制特种光缆的入水深度；DAS与特种光缆连接，通过特种光缆接收超声信息；图像重构模块根据DAS处理后的超声波信息重构出特种光缆所围海洋区域的断层图像。本发明通过光声断层成像技术获得海洋中盐分、温度和生物群情况，具有全三维、高精度的优点，此外本发明采用DAS系统探测产生的超声波，具有探测范围广、连续测量无盲区、灵敏度高、响应速度快的优点。

技术领域

本发明属于光纤传感和光声断层成像技术领域，尤其涉及一种基于DAS的海洋光声断层成像方法及系统。

背景技术

海洋监测技术作为海洋科学的重要组成部分,在维护海洋权益、开发海洋资源、预警海洋灾害等方面起着十分重要的作用，长期以来,国际海洋科学组织和海洋强国一直都非常重视海洋环境监测技术的研究。在海洋动力环境要素中,海水温度、盐度、深度及生物群密度是最基础的海洋环境信息，也是海洋水文观测的基本要素，利用海水温盐剖面观测仪器，可精确测得不同深度海水的温度和电导率参数，进而能够推算出海水盐度、密度、声速等相关信息，对于海洋经济开发、海上国防建设等都具有非常重要的意义，特别是在军事应用中，温盐剖面资料对于潜艇的航行、通信、隐蔽以及水面舰艇的反潜行动都起着至关重要的作用。海洋中浮游生物种多、数量大，是经济鱼类的饵料基础，某些浮游生物的种类数量分布可提示众多鱼类索饵洄游的路线，有助于寻找渔场位置、确定渔期；有的种类本身就是渔业资源，如海蜇、毛虾和磷虾，均可供食用。另外，海洋中的大型鱼类以及珊瑚群的分布特点也具有很大的研究价值。因此对于海洋中生物群密度的监测对渔业生产和海洋科学基础理论都有重要意义。

目前对于海水中温盐深的观测，主要观测工具利用的是电子型温盐深仪(conductivity temperature depth,CTD)系统，该系统具有精度高、实用性广等优点，但在某些方面依然存在一些不足，如存在系统价格通常较高、体积大、易受电磁干扰等问题。此外为点式传感器，通过航行过程中的若干测量点来覆盖大面积海洋，效率低下，并且数据并非同一时刻获得，存在一定误差，同时为了获得一定深度的海洋盐度和温度数据，需要在海试中使用串联CTD，这大大提高了成本。因此光纤传感器因其结构紧凑、灵敏度高、耐高温、复用方便、可现场测量和抗外部电磁干扰等特点受到越来越多的关注。目前，国内外文献报道中基于各种光纤传感原理和结构的CTD传感器被多次提出，主要包括传统的短周期光纤布拉格光栅(FBG)、长周期光纤光栅(LPG)、多芯光纤、基于Michelson和 MachZehnder干涉式、光纤F-P腔干涉式、超细纤维结/线圈谐振器、高双折射椭圆光纤Sagnac环、光学微纤维耦合器等。但是这些光纤CTD传感器也存在探测范围小、无法连续分布式测量、响应速度慢的问题。

发明内容

针对以上问题，本发明提供一种基于DAS的海洋光声断层成像方法及系统，可以得到海洋中探测区域内盐分、温度以及生物群分布情况的立体光声图像。

为实现本发明的目的，本发明所采用的技术方案是：

一种基于分布式声波传感器DAS的海洋光声断层成像系统，所述基于DAS 的海洋光声断层成像系统包括：激光器、飞行器、特种光缆、深度可控浮筒、 DAS以及图像重构模块；所述激光器产生脉冲激光，经空气传播后照射在设定的海洋区域，在光声效应的作用下产生超声波；所述飞行器用于装载激光器；所述特种光缆围绕设定海洋区域；所述深度可控浮筒设置在DAS中的特种光缆上，控制特种光缆的入水深度；所述DAS包括特种光缆连接，通过特种光缆接收超声波信息；所述图像重构模块根据DAS处理后的超声波信息重构出特种光缆所围海洋区域的断层图像。

进一步地，所述激光器为Nd:YAG激光器，波长890nm，单脉冲能量为50J。

进一步地，所述飞行器为运20运输机，最大载重量66吨。