[发明专利]一种用于海底勘测和声呐探测的声速测量装置及方法

说明书

本发明适用于海洋测绘技术领域，提供了一种用于海底勘测和声呐探测的声速测量装置及方法。该声速测量装置包括：光源模块，用于发出第一差频光束；超声换能器，用于向待测介质区域发射声波；分光模块，用于使得所述第二差频光束和所述第三差频光束平行穿过待测介质区域；测距模块，用于测量所述第二差频光束和所述第三差频光束之间的距离；时间测量模块，用于测量声波在所述距离上的传播时间；速度计算模块，根据所述距离和所述传播时间，计算得到声速。本发明以自拍频声光效应为基本原理，实现飞行时间和距离测量，完成了可溯源、低成本、高精度的稳定声速测量，进而提高海底勘探、声呐探测应用中声线修正工作的准确性。

技术领域

本发明属于海洋测绘技术领域，尤其涉及一种用于海底勘测和声呐探测的声速测量装置及方法。

背景技术

海洋测绘是以海洋水体和海底为对象所进行的测量和海图编制工作统称，海洋测绘的测量参数包括大气、水文以及海底地形、地貌、底质、重力、磁力等各种信息和数据。在海洋测绘中，主要依靠速度与时间差的关系来测量水下距离和角度。其中，声波传播速度是最重要的声学参数之一，它是影响声波在海洋中传播的最基本的物理量参数。

为了准确测量海洋中的距离、水准或者方位，需要采用更为精确的声速测量装置或方法。海水中的声速测量一般包括两类方法：直接测量和间接测量。直接测量通过测量超声波在固定距离内飞行时间或者测量超声波波长和频率。间接测量利用CTD测量得到的温度、盐度、深度和经验公式计算得到声速。

现有的间接测量受限于已有的用于拟合的直接测量得到的声速测量数据，并且公式本身无法向声速定义溯源，适用范围有限；现有的直接测量的超声波飞行距离和标定测量距离严格一致较为困难，难以得到高精度的测量结果。因此，需要提供一种溯源性好、精确度高且稳定的声速测量方法。

发明内容

本发明实施例的目的在于提供一种用于海底勘测和声呐探测的声速测量装置，旨在可向定义溯源地测量海水声速值，提高海洋声速测量结果的溯源性、精确性和稳定性，进而提高海底勘探、声呐探测应用中声线修正工作的准确性。

本发明实施例是这样实现的，一种用于海底勘测和声呐探测的声速测量装置，所述用于海底勘测和声呐探测的声速测量装置包括：

光源模块，用于发出第一差频光束；

超声换能器，用于向待测介质区域发射声波；

分光模块，用于接收所述第一差频光束，将所述第一差频光束分束为第二差频光束和第三差频光束，并使得所述第二差频光束和所述第三差频光束平行穿过待测介质区域；

测距模块，用于通过外差法测量所述待测介质区域中所述第二差频光束和所述第三差频光束之间的距离；

时间测量模块，用于测量声波在所述距离上的传播时间；

速度计算模块，根据所述距离和所述传播时间，计算得到声速。

本发明实施例的另一目的在于一种用于海底勘测和声呐探测的声速测量方法，所述用于海底勘测和声呐探测的声速测量方法包括：

发射第一差频光束；

接收所述第一差频光束，将所述第一差频光束分束为第二差频光束和第三差频光束，并使得所述第二差频光束和所述第三差频光束平行穿过待测介质区域；

分别测量所述第二差频光束和所述第三差频光束的相位，计算两束差频光束的相位差，并根据所述相位差得到所述第二差频光束和所述第三差频光束之间的距离D；

在待测介质区域中发射第一声波，分别获取所述第一声波穿过所述第二差频光束和所述第三差频光束产生的衍射光信号，根据所述衍射光信号和互相关算法得到所述第一声波的飞行时间t；

根据公式v=D/t计算出所述第一声波的声速v。