[发明专利]一种基于声呐电磁协同探测技术的海洋沉潜油检测系统及方法

摘要

本发明公开了一种基于声呐电磁协同探测技术的海洋沉潜油检测系统及方法，其包括声呐电磁波发射单元、声呐电磁波接收单元、信号采集单元、数据分析单元、控制单元以及显示单元；声呐电磁波发射单元向待探测区域发射声呐信号以及电磁波信号；声呐电磁波接收单元接收待探测区域返回的声呐信号以及电磁波信号；信号采集单元对接收到的声呐信号和电磁波信号进行信号预处理；数据分析单元实时将接收到的信号进行分析处理获得对应的沉潜油探测信息后，与预设的沉潜油探测信息基准数据库进行比对判断当前待探测区域是否存在沉潜油；所述控制单元为整个装置的控制中心。本发明能够较为准确地探测海洋中的沉潜油，而且具有探测范围广，成本低等特点。

主权项

一种基于声呐电磁协同探测技术的海洋沉潜油检测系统，其特征在于：包括声呐电磁波发射单元、声呐电磁波接收单元、信号采集单元、数据分析单元、控制单元以及显示单元；其中，所述声呐电磁波发射单元连接所述控制单元，其用于向待探测区域发射声呐信号以及电磁波信号；所述声呐电磁波接收单元连接所述信号采集单元；其用于接收待探测区域返回的声呐信号以及电磁波信号；所述信号采集单元连接数据分析单元，其用于对接收到的声呐信号和电磁波信号进行信号预处理；所述数据分析单元连接所述控制单元，所述数据分析单元用于实时将经预处理后的声呐信号和电磁波信号进行分析处理获得对应的沉潜油探测信息后，与预设的沉潜油探测信息基准数据库进行比对判断当前待探测区域是否存在沉潜油；其中，该数据分析单元包含有用于沉潜油探测信息分析处理的声学和电磁学协同探测的耦合关系模型，并基于所述耦合关系模型建立沉潜油探测信息基准数据库；所述电磁学协同探测的耦合关系模型包括声呐探测模型以及电磁探测模型：所述的声呐探测模型包括：⑴、当声波在密度为ρ的介质以速度C传播时，由声阻抗的定义，可得基础模型公式一：Z＝Cρ⑵、假设船载声呐向海底发射声波，并由一种介质垂直入射另一种介质，得到公式二声波反射系数R模型：公式二中，Z0为海水的声阻抗C0ρ0，Z1为沉潜油的声阻抗C1ρ1，A为声波振幅，即A入射、A反射分别为声呐发射装置发射的声波振幅和声呐接收装置接收的声波振幅；⑶、公式三垂直入射平面波的海底反射损失BL模型：BL＝‑20lg[(C1ρ1‑C0ρ0)/(C1ρ1+C0ρ0)]公式三中，C0ρ0为海水的声阻抗，C1ρ1为沉潜油的声阻抗；⑷、鉴于声波在介质中传播会发生衰减，在不同介质中声波衰减的强度不同，因此，得公式四，声波在介质中传播的衰减系数α声模型：α声＝20lg(A反射/A入射)/2L公式四中：A入射、A反射分别为声呐发射装置发射的声波振幅和声呐接收装置接收的声波振幅，L为探测的距离；所述电磁波探测模型包括：根据介质波导的理论，可得到电磁波衰减常数α磁、相移常数β磁与电磁波传播常数关系模型：γ＝α磁+jβ磁γ为复数，由实部电磁波衰减常数α磁和虚部相移常数β磁组成，j表示虚部；进一步得到电磁波传播常数与ε‘、ε’‘的关系：式中λ为自由空间波长，λc为波导截止波长，ε‘表示材料的储能的本领，ε’‘表示材料耗能的本领；因此得到电磁波通过电介质的附加衰减量模型和附加相移量模型分别为公式七、公式八：所述控制单元连接所述显示单元，为整个装置的控制中心，在所述数据分析单元获得沉潜油探测信息后，将该沉潜油探测信息实时发送至所述显示单元进行显示。