海底探测技术思考题

题型：概念（20）分析（20）-声纳简答（20）方案设计（40）

重点：侧扫声呐第三章第四章

1.名词解释：

·震源：能释放出机械振动的装置。发出探测所需的声波信号的装置

·检波器：将介质的质点振动转化为电信号输出的系统。

·纵波：质点振动方向与波的传播方向一致

·横波：质点振动方向垂直于波的传播方向

·波前面：振动区内最前端刚开始振动的点与尚未振动的质点间的分界面

·波尾面：振动区内振动要停止的点与已经停止振动的质点的分界面

·等相位面：在同一时刻相同相位的质点组成的面

·声阻抗：机械波传播时，运动着的介质质点产生单位速度所需的扰动力，反映了介质对动量传递的抵抗能力。

·干涉：两声波相遇时相互加强或相互抵消的现象。

·偏移距：震源到接收器中心的距离。

·反射波时距曲线：反射波传播时间与观测点到震源之间距离的关系。

·声学探测设备：探知海底介质结构和性质的声学设备。

·脉冲长度：震源发射一次震动持续的时间

·Chirp技术：通过发射较长的脉冲提高发射能量，而尽可能少地牺牲分辨率的技术。

·声参量阵：利用声波在介质中传播的非线性效应，使用换能器（阵）沿同一方向传播的两个高频初始波，获得差频、和频等声波的声发射装置。

·水听器：在水中使用的检波器。

·信噪比：有效信号与噪音的比值。

·记录系统：记录回波强度和时间的设备。

·深度基准面：由相关部门颁布，有理论依据和实用价值的水深起算面。

·大地水准面：与平均海水面吻合的特殊重力等位面。

·单波束测深设备：一次发射只能获得一个水深数据的回声测量设备。

·吃水深度：换能器的入水深度。

·侧扫声呐：通过向侧方发射声波来探知水体、海面、海底升学结构和介质性质的仪器设备。

·分辨率：能分辨出两个相邻物体的最小间距。

·可识辨率：在声呐探测显示设备上肉眼能分辨的最小物体的尺寸。

·多波束条带测深系统：同时探测水底多个位置不同点水深的探测系统。

·地震相：指具有一定分布范围的三维地震发射单元。

·剖面仪：探知介质垂向结构和性质的声学设备。

2.海洋底质类型对声波反射系数的影响？又是如何影响多波束海底覆盖宽度的？

致密的底质密度大，故声阻抗大，声阻抗大反射系数强。松软的底质则相反。

海底底质越致密（R→1），多波束覆盖宽度越大，越松软覆盖宽度越小。

3.声波干涉现象是如何影响声学探测分辨率？

（1）局部地区能量小，振幅极小，无反射波，所以只有层厚大于λ/4的地层才能被探测到。（2）海底回波不是一个点而是一定面积反射声波的总和，地层距离震源越远，频率越低。回波面积越大，分辨率越低。回波面积为以震源距声阻抗界面距离加四分之一波长为半径的球面在声阻抗界面上截出的圆的面积。

4.地震探测中，分辨率与探测距离难以调和的原因是什么？

（1）当探测距离越大，回波面积越大，波的频率则低，分辨率则越差。当探测距离小时，回波面积就较小，波的频率则高，分辨率则越高，故在工作中常多种震源共同使用。

（2）探测距离越大，高频波波能被吸收越多，分辨率越差

5.声波获取的底层探测结果，与实际底层物质组成结构不一致的情况是如何产生的？

声波能探测到的界面为声阻抗界面，与反射系数有关；底质物质组成变化时，反射系数不变，则无界面存在。底层物质的声阻抗会导致入射波与反射波发生变化。若底层物质的声阻抗大于上层物质，则入射波与反射波相位相同，若小于上层物质，则入射波反射波相位相反。底质层位界面中较强的声阻抗界面对透射波具有屏蔽作用。

6.地震震源分类、工作原理及特点

（1）压电换能器：根据某些矿物晶体具有的压电效应使物体造成机械位移产生声波

特点：体积小、能量小、频率高（>2KHz）、便于组合、穿透小(<30m）

（2）电磁脉冲震源：脉冲电流通过处于磁场中的线圈时引起金属板相对位移产生声波

特点：体积相对小、能量小、频率范围大（几百-几千Hz）、不易组合、穿透小（<100m）（3）电火花震源：利用高压放电使电极周围水体在极短时间内分解成气体产生脉冲振动

特点：体积小、能量相对大、频率范围大（几十-几十千Hz）、

便于组合、穿透（千米）、电极需经常更换

（4）气枪震源：压缩气体在水中瞬间释放形成气泡产生振动

特点：体积大、能量大、频率低（几十-几百Hz）、可多枪组合

（5）其他震源：蒸汽枪、水枪、炸药等

7.地震震源发射角是如何形成的？

声波沿垂直于传感器表面方向上能量最大。由此向外其他方向上的声波能量逐渐减弱。多个震源同时激发时，由于波的干涉使三个波振幅叠加，形成局部较强振幅区，实现了发射的定向性。

8.对比分析传统压电震源与参量阵震源优缺点。在探测海底管道中，哪种震源更有优势？

传统压电震源的优点为体积小，分辨率高，发射角大，但能量小，穿透能力弱。参量震源有高

激发率（单位长度炮点数），具有更高的分辨率与较深的穿透，但波束角小。由于海底海底管道埋藏深度不大，传统压电震源由于有更大的发射角，所以探测范围大，在探测海底管道中更有优势

9.水听器定向接受原理？其中压电元件数量与信噪比的关系？

当波垂直于水听器方向传播时，压电元件可同时接受信号，信号能一次叠加，信号叠加后。当波沿水听器方向传播时，无法同时接受信号进行叠加，提高信噪比。信噪比=根号n

10.声学探测设备基本组成及各组成在系统中发挥的作用。

震源部分：通过一定的方式产生振动，使声波开始在介质中传播。

接收部分：接受海底的回波信号，并进行一定的处理后输出至记录部分。

记录部分：记录回波强度和时间。

11.声学探测设备的分类。

声纳类：前视声纳、侧扫声纳、其他声纳。

剖面类：

（1）水深测量：①条带测深系统：多波束（物理多波束、电子多波束）、相干声呐

②单波束：单频、双频、多频

（2）地层测量

12·地震记录仪记录内容及记录规则

地震记录仪记录回波强度和时间。（量程大小由声速决定，记录时间为影响因素）

记录规则：保持接收，每激发一炮记录仪计时重新归零。

13.单波束测深仪安装注意事项、现场作业内容及测量数据校准内容和方法。

单波束测深仪安装时要观察不同船速下测量船不同位置的吃水，在变化最小处安装测声仪换能器，使静吃水与动吃水数值基本吻合（静吃水代替动吃水）。

现场作业：导航定位、高程引测、潮位观测、水深测量、水体声速、数据处理与成图。

测量数据校准：波浪校准、声速校准、换能器位置校准、坡度校准、潮位校准。

14.侧扫声纳记录的信号有哪些来源，如何判别？《记住我要你们记住的那张图》

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水体反射（海面线）水体加海面反射海底加水体加海面反射

15.海底物质的组成差异，地形起伏在侧扫声纳记录图谱中的具体体现。

海底凹坑、凸起、漂浮物的在声纳图谱上的分析

16.影响侧扫声纳探测可识别率的因素有哪些？

设备的分辨率、采样率，单位长度的炮点数，显示或记录设备的像素情况，显示桌面或记录图谱的大小。

17.海上调查时如何作业才可提高声纳探测可识别率？

（1）探测目标最好位于声呐海底覆盖区，近声呐段1/3-2/3区域。