淺灘掩埋輸油管道泄露搶修圍堰作業(yè)是常見(jiàn)的工程技術(shù),在當(dāng)前技術(shù)條件下,圍堰作業(yè)由于尚不能精確定位到管道位置,無(wú)法有效地縮小作業(yè)范圍而導(dǎo)致較大的維修成本和事故風(fēng)險(xiǎn)。為實(shí)現(xiàn)淺灘掩埋下輸油管道泄漏搶修圍堰作業(yè)的智能化和自動(dòng)化,對(duì)管道徑向橫截面圓位置的精確定位必不可少。在國(guó)內(nèi)外專(zhuān)項(xiàng)研究尚屬于空白的情況下,本文著重梳理了海洋聲學(xué)中常用的掩埋管道探測(cè)技術(shù),結(jié)合淺灘輸油管道搶修作業(yè)的實(shí)際應(yīng)用,首先討論了掩埋管道探測(cè)聲學(xué)模型,分析了聲波在灘涂介質(zhì)中的衰減特性,為聲學(xué)方法探測(cè)提供了一定理論依據(jù)。其次基于聲學(xué)亮點(diǎn)模型和幾何聲線(xiàn)法建立了管道回波模型及管道橫截面圓位置的幾何模型,通過(guò)仿真實(shí)驗(yàn)和水箱實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了模型的有效性,在此模型基礎(chǔ)上,基于最小二乘思想建立修正目標(biāo)函數(shù),提出了圓心坐標(biāo)的求解算法。該算法的圓心定位具有可靠的精度,最大誤差為0.02m,平均誤差在0.01m以下,滿(mǎn)足工程應(yīng)用的基本要求,可為今后淺灘環(huán)境下的管道截面圓位置定位方法提供理論參考。最后本文從系統(tǒng)設(shè)計(jì)角度介紹了4通道聲波發(fā)射和接收軟硬件平臺(tái),第一,介紹了DDS信號(hào)發(fā)生電路、功率放大電路、電源系統(tǒng)和儲(chǔ)能電路、回波的隔離選通、壓控放大及FPGA主... 

【文章來(lái)源】：天津大學(xué)天津市 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁(yè)數(shù)】：81 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

智能?chē)叽驑对O(shè)備設(shè)想圖

第 1 章 緒論繪制出像瀑布一樣的時(shí)距剖面圖直觀地呈現(xiàn)海底或水底以下的物質(zhì)結(jié)構(gòu)和組成情況。因此，當(dāng)水底掩埋土層中存在管道時(shí)，管道與土層交界面因聲阻抗差異較大而形成強(qiáng)烈反射波，并產(chǎn)生在圖像中反映為兩道雙曲線(xiàn)繞射波。這樣，通過(guò)時(shí)距剖面的特征圖像就能確定管道的位置與埋深。隨著技術(shù)進(jìn)一步發(fā)展和分辨率要求的提升，淺剖儀出現(xiàn)了 CHIRP 型剖面儀和參量陣型剖面儀，這些新型的淺地層剖面儀具有高頻、高分辨、低透射率等特點(diǎn)，適用于埋深較淺的物體或管道的探測(cè)，可將垂直分辨率提升到幾厘米[7]-[8]。

（1）合成孔徑聲吶：傳統(tǒng)聲吶技術(shù)在探測(cè)海底管道時(shí)，遇到最大的問(wèn)題是穿透力和分辨率難以兼得。低頻大孔徑聲吶具有高投射力，但分辨率太小，而高頻小孔徑聲吶分辨率高，穿透性很差。近幾年，海洋聲學(xué)探測(cè)的研究熱點(diǎn)之一就是低頻合成孔徑聲吶技術(shù)(SyntheticApertureSonar,SAS)，它是一種高穿透性、高分辨率的成像聲吶系統(tǒng)。[11]針對(duì)基陣孔徑理論值過(guò)大的問(wèn)題，合成孔徑聲吶技術(shù)利用沿空間勻速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)的傳感基陣（小尺寸）合成了虛擬的大孔徑基陣，在運(yùn)動(dòng)軌跡的相應(yīng)位置接收聲回波信號(hào)，利用發(fā)射接收的空間位置和相位關(guān)系，對(duì)不同的回波信號(hào)進(jìn)行相干疊加處理，從而在運(yùn)動(dòng)方向上獲得較高的分辨率，解決了孔徑大小與分辨率二者之間的矛盾，獲取對(duì)水底物質(zhì)構(gòu)造直觀而準(zhǔn)確的資料。[12]。合成孔徑聲吶技術(shù)依靠水下導(dǎo)航、高速數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)、運(yùn)動(dòng)誤差估計(jì)及多子陣成像等方面研究工作，取得突破發(fā)展，在水下無(wú)人移動(dòng)、水下無(wú)人艇等多種應(yīng)用平臺(tái)取得成功，在掩埋小目標(biāo)成像、地貌成像、海底管道探測(cè)、海底光纜探測(cè)等多種復(fù)雜任務(wù)中得到應(yīng)用。[11]

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]基于B超成像的渾水地形可視化測(cè)量與模型重建[J]. 宋歡,鄒先堅(jiān),王川嬰,韓增強(qiáng),馬志敏.  天津大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)與工程技術(shù)版). 2017(03)
[2]基于ADSP的線(xiàn)列陣水下目標(biāo)方位距離估計(jì)實(shí)現(xiàn)方法[J]. 趙俊杰.  艦船科學(xué)技術(shù). 2016(S1)
[3]基于最小方差迭代圓擬合的立木胸徑提取算法研究[J]. 樊麗,劉晉浩,王建利.  西北林學(xué)院學(xué)報(bào). 2016(03)
[4]合成孔徑聲納技術(shù)以及在海底探測(cè)中的應(yīng)用研究[J]. 楊敏,宋士林,徐棟,王小丹.  海洋技術(shù)學(xué)報(bào). 2016(02)
[5]基于改進(jìn)圓擬合算法的激光光斑中心檢測(cè)[J]. 吳澤楷,李恭強(qiáng),王文濤,楊雪,唐曉軍,姜東升.  激光與紅外. 2016(03)
[6]改進(jìn)的Kasa算法及其在圓擬合中的精度分析[J]. 祝強(qiáng),徐臻.  測(cè)控技術(shù). 2016(01)
[7]高頻淺地層剖面技術(shù)在海底管道探測(cè)中的應(yīng)用[J]. 劉臻,曹立華,童思友,蒲進(jìn)菁,徐繼尚.  海洋地質(zhì)前沿. 2015(07)
[8]掩埋海底管道探測(cè)方法及新技術(shù)應(yīng)用研究[J]. 楊敏,宋湦,王芳,宮文寧.  海洋科學(xué). 2015(06)
[9]合成孔徑聲納技術(shù)在海底管道探測(cè)中的應(yīng)用進(jìn)展[J]. 于灝,王培剛,段康弘,張小波.  海洋測(cè)繪. 2015(03)
[10]水下目標(biāo)彈性聲散射信號(hào)分離[J]. 夏峙,李秀坤.  物理學(xué)報(bào). 2015(09)

博士論文
[1]相控陣三維攝像聲納系統(tǒng)信號(hào)處理關(guān)鍵技術(shù)研究[D]. 袁龍濤.浙江大學(xué) 2013
[2]多波束測(cè)深系統(tǒng)高分辨力底檢測(cè)：算法研究與系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)[D]. 姜瑩.浙江大學(xué) 2012

碩士論文
[1]多頻帶聲吶換能器匹配網(wǎng)絡(luò)以及線(xiàn)性功率放大器[D]. 晏婷.北京交通大學(xué) 2015
[2]超聲波非均勻介質(zhì)傳播衰減特性研究[D]. 張全興.沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué) 2015
[3]多波束參量陣淺地層剖面儀測(cè)深分機(jī)接收與采集電路設(shè)計(jì)[D]. 王圣豹.哈爾濱工程大學(xué) 2012
[4]多通道參量陣寬帶大功率發(fā)射機(jī)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D]. 朱寅東.哈爾濱工程大學(xué) 2012
[5]相控陣三維聲納數(shù)據(jù)離線(xiàn)處理系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)[D]. 李長(zhǎng)輝.浙江大學(xué) 2011
[6]相控陣三維攝像聲納系統(tǒng)主控板軟件設(shè)計(jì)[D]. 劉清文.浙江大學(xué) 2011
[7]三維成像聲納圖像后處理技術(shù)研究[D]. 洪一帆.浙江大學(xué) 2011
[8]深水海底管道維修系統(tǒng)工程應(yīng)用研究[D]. 王常文.天津大學(xué) 2010
[9]水下三維聲成像及聲納圖像處理技術(shù)研究[D]. 唐利娜.哈爾濱工程大學(xué) 2009
[10]超聲波在泥漿中的傳輸規(guī)律研究[D]. 聶世均.中國(guó)石油大學(xué) 2007



本文編號(hào)：3220596