水體懸浮顆粒聲學(xué)測(cè)量技術(shù)研究.pdf

1、基于聲學(xué)的水體懸浮顆粒測(cè)量是研究水中懸沙濃度分布、遷移等特征的重要手段。相比于傳統(tǒng)的懸浮顆粒觀測(cè)技術(shù)，基于聲學(xué)的方法是一種非干擾式剖面測(cè)量方法，這種方法操作簡(jiǎn)易、測(cè)量數(shù)據(jù)具有較高的空時(shí)分辨力，近年來(lái)受到越來(lái)越多的關(guān)注，但其涉及的聲信號(hào)處理技術(shù)相對(duì)復(fù)雜。論文針對(duì)聲學(xué)反向散射技術(shù)運(yùn)用在水體懸浮顆粒濃度剖面測(cè)量過程中的若干問題開展研究，旨在探索有效的懸浮顆粒濃度聲學(xué)反演方法。
　　聲學(xué)反向散射測(cè)量方法的基本原理為:發(fā)射換能器發(fā)射短時(shí)聲脈

2、沖信號(hào)照射水體，水體內(nèi)懸浮物質(zhì)散射聲能，接收換能器記錄沿著發(fā)射的反方向傳播回來(lái)的回波信號(hào);回波信號(hào)攜帶了懸浮物質(zhì)的物理特征，通過聲學(xué)反演的方法可以從中獲取相關(guān)物理特征參數(shù)。在聲學(xué)測(cè)量過程中需要特別考慮懸浮顆粒自身對(duì)聲波造成的衰減，以及懸浮顆粒大小和濃度對(duì)散射聲能量的聯(lián)合貢獻(xiàn)等問題。
　　論文針對(duì)聲波散射的衰減特性，分別介紹其幾何擴(kuò)展衰減與吸收衰減，并分別從效聲學(xué)截面積和散射形式函數(shù)兩個(gè)方向?qū)腋☆w粒的散射特性進(jìn)行探討。在此基礎(chǔ)上，

3、論文首先以寬帶聲學(xué)多普勒流速剖面儀(Acoustic Doppler Current Profiler，簡(jiǎn)稱ADCP)為例，介紹了一種寬帶水體散射回波的構(gòu)建方法，即通過對(duì)寬帶ADCP測(cè)量過程中的發(fā)射信號(hào)、聲波傳播過程的能量變化進(jìn)行分析，在頻率域?qū)Ω鱾€(gè)頻率分量分別進(jìn)行處理，最后利用傅里葉合成重構(gòu)水體的反向散射回波。通過仿真分析表明該方法構(gòu)建的散射回波在統(tǒng)計(jì)意義的角度與實(shí)測(cè)環(huán)境信號(hào)有較好的一致性。
　　論文對(duì)基于聲學(xué)反向散射的懸浮顆粒

4、濃度和粒徑的反演方法進(jìn)行了研究，根據(jù)測(cè)量頻率的使用情況將其劃分為單頻和多頻反演技術(shù)，主要探討單頻濃度反演中的衰減修正問題、雙頻濃度反演方法以及多頻的粒徑反演方法（能量比算法、差值算法和最近鄰算法）。論文同時(shí)從多參數(shù)優(yōu)化的角度出發(fā)，探討粒子群優(yōu)化算法（Particle Swarm Optimization，簡(jiǎn)稱PSO）在懸浮顆粒反演方面的應(yīng)用。通過對(duì)仿真數(shù)據(jù)進(jìn)行反演分析，探討300kHz單頻濃度反演算法，200、300、500kHz多頻率