海洋测深中声线跟踪模拟分析

汪晓晓

(安徽理工大学 测绘学院，安徽 淮南 232001)



海洋测深中声线跟踪模拟分析

汪晓晓

(安徽理工大学 测绘学院，安徽 淮南 232001)

摘要：为了得到更好的海洋测深声线模拟，运用matlab软件，根据声波发射规律给出多波束海洋测深的最优入射角度，分析影响多波束传播路径在海洋测深中的影响因素，确立简单优化的声速经验公式，结合matlab软件对确立的声速经验公式进行模拟，使海洋测深公式更加简洁、易于计算。

关键词：海洋测深；多波束；入射角；声速经验公式

海洋测绘属于我国重点发展的一个方向，其中，良好的海下地形还原又是海洋测绘的重要内容，而海洋测深在此起关键性的作用。现在的多波束测深仪器较多，入射角度在60°～180°，得到的数据在误差分析方面没有统一标准，目前主要的声速经验公式模型主要有6种，各有优缺点，但多数并不适用于浅水区。

1入射角分析

声波的入射角对后面整个声波的运行轨迹起着至关重要的作用，因此，声波的入射角角度就显得十分重要，对声波的入射角度做不同入射角度的分析，得到如表1所示数据。图1给出对应水深误差。

表1　入射角与水深误差数据

从图1可以看出，横坐标为入射角，当入射角在60°以下时，即开角为120°左右时，水深误差在1%以下，符合IHO精度，而当入射角大于60°时，具体为61.8°以上时，误差较大。

图1　水深误差

2声速经验公式

目前较准确的声速经验公式为

C=1 449.225+4.623 3×T-5.458 5×10-2T2+

2.822×10-4T3-5.07×10-7T4+1.391×(S-

35)-7.8×10-2(S-35)2+1.602 72×10-1P+

3.521 6×10-9P3-3.360 3×10-12P4+1.026 8×

10-5P2+(S-35)(-1.197×10-2T+2.61×

10-5D-1.96×10-9D2-2.09×10-7DT)+

(-2.796×10-5T+1.330 2×10-6T2-6.644×

10-9T3)D+(-2.391×10-9T+9.286×

10-12T2)D2-1.747×10-13TD3+1.11+

1.026 63×10-1D+2.691×10-7D2-4.11×

10-12D3.

其形式较复杂，计算比较繁琐，经过对温盐深数据(见表2)以及声速剖面数据的分析，综合主要的声速经验公式设计的声速经验公式为

C=1 449.2+4.5T-0.055T2+0.000 29T3+

1.34S-46.9-0.01TS+0.35T+0.016D.

表2　温盐深声速

在上述数据中温度增加1 ℃ ，声速增加约4.5 m/s，盐度每变化1 ‰，声速变化约1.3 m/s。深度增加1 m ，约增加0.1个大气压，声速增加约0.016 m/s。所以提出如下改正模型：

C=1 449.2+4.5T-0.055T2+0.000 29T3+

1.34S-46.9-0.01TS+0.35T+0.016D.

3实验结果及分析

运用matlab软件，对其进行模拟分析。

在T=5 ℃时，C=1 425.211 25+1.29S+0.016D.

如图2所示，在5 ℃时，对盐度30、32、34、36、40以及0～100 m的深度作出分析。

图2　5 ℃声速

相应地，在10°、15°、20°、25°、30°的声速经验公式分别为

C10°=1 445.59+1.24S+0.016D，

C15°=1 498.653 75+1.19S+0.016D，

C20°=1 479.62+1.14S+0.016D，

C25°=1 493.706 25+1.09S+0.016D，

C30°=1 506.13+1.04S+0.016D.

在对各个不同温度的图像进行三维变换时，可以很容易地得到它们之间相互的二维关系，如图3所示。

图3　ctd二维关系

4结论

1)在对传统的声线跟踪处理上，给出了更好的结构模式，入射角定为60°左右较准确。

2)在分析了众多声速经验公式的基础上，结合现有的声速经验公式给出了更简洁的声速经验公式，并对之进行了仿真。

参考文献

[1]翟国君,黄谟涛,欧阳永忠，等.海洋测绘的现状与发展[J].测绘通报，2001(6)：7-9.

[2]冯士筰,李凤岐,李少菁.海洋科学导论[M].北京:高等教育出版社,1999：50-51.

[3]梁开龙．水下地形测量[M]．北京：测绘出版社，1995：23-25.

[4]赵建虎．现代海洋测绘(上下册)[M]．武汉：武汉大学出版社，2007：33-37.

[5]王璐.基于matlab GUI的GPS高程转换系统的设计与实现[J].黑龙江工程学院学报(自然科学版),2013(4) ：1-2.

[6]赵建虎,刘经南．多波束深度及图像数据处理 [M]．武汉：武汉大学出版社，2008：132-135.

[7]中华人民共和国海事局．海洋测绘法规标准汇编[M]．北京：中国标准出版社， 1999：4-5.

[8]毕永良，孙毅,黄谟涛．海洋测量技术研究进展与展望[J]．海洋测绘，2004,24(3):65-69.

[9]陈非凡．多波束条带测深仪的动态测量误差评估[J]．海洋技术，1999,18：41-45.

[10] 郑彤,周亦军,边少锋．多波束测深数据处理及成图[J]．海洋通报，2009，28(6)：5-10.

[责任编辑：郝丽英]

Analysis of marine sounding voice tracking simulation

WANG Xiaoxiao

(School of Surveying and Mapping,Anhui University of Science & Technology,Huainan 232001,China)

Abstract：In order to obtain the better marine bathymetric sound ray simulation, the matlab software is used to get the optimal incident angle in multi-beam marine bathymetry in accordance with the acoustic wave emission rules, as well as to analyze the factors influencing the multi-beam transmission path in marine bathymetry. It determines the simple and optimized empirical formula of acoustic velocity and carries out simulation of the determined empirical formula of acoustic velocity by using the matlab software, so as to make the marine bathymetric formula simpler and more convenient to calculate.

Key words：multi-beam bathymetry; incident angle; empirical formula of acoustic velocity

中图分类号：P229

文献标识码：A

文章编号：1671-4679(2016)01-0024-02

作者简介：汪晓晓(1990-)，男，硕士研究生，研究方向：变形监测.

收稿日期：2015-09-10