本發(fā)明涉及深海資源勘探，尤其涉及一種應(yīng)用于富鈷結(jié)殼原位探測的結(jié)殼厚度分析方法。

背景技術(shù)：

1、隨著全球?qū)ι詈ＹY源的需求不斷增加，富鈷結(jié)殼因其富含鈷、鎳等稀有金屬，已成為深海礦產(chǎn)資源開發(fā)的重要目標(biāo)，富鈷結(jié)殼的厚度是資源評價和開發(fā)決策中的關(guān)鍵參數(shù)，直接影響資源儲量的估算與開采方案的制定，然而，富鈷結(jié)殼分布于深海復(fù)雜的環(huán)境中，通常位于強(qiáng)磁場干擾和多變水文條件的區(qū)域，這給厚度測量帶來了諸多挑戰(zhàn)，目前的探測技術(shù)多依賴聲波測量，盡管聲波技術(shù)在深海環(huán)境下具有良好的穿透性，但其在強(qiáng)磁場波動的環(huán)境下容易受到干擾，導(dǎo)致數(shù)據(jù)偏差，此外，深海環(huán)境中的聲速變化也會影響厚度測量的準(zhǔn)確性，無法提供穩(wěn)定可靠的數(shù)據(jù)支持。因此，為實現(xiàn)高精度的富鈷結(jié)殼厚度測量，亟需一種能夠克服磁場干擾、適應(yīng)復(fù)雜海底環(huán)境的技術(shù)方案。

2、現(xiàn)有技術(shù)在富鈷結(jié)殼厚度測量方面存在較大局限性，尤其是在復(fù)雜磁場環(huán)境下，難以實現(xiàn)對聲波信號的有效抗干擾處理，同時，厚度數(shù)據(jù)的連續(xù)性與準(zhǔn)確性也未得到充分保障，現(xiàn)有設(shè)備難以生成直觀、完整的厚度分布圖，影響數(shù)據(jù)的可視化解讀。基于此，提出一種針對富鈷結(jié)殼的厚度分析方法，來解決上述問題。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、基于上述目的，本發(fā)明提供了一種應(yīng)用于富鈷結(jié)殼原位探測的結(jié)殼厚度分析方法。

2、一種應(yīng)用于富鈷結(jié)殼原位探測的結(jié)殼厚度分析方法，包括以下步驟：

3、s1：將探測設(shè)備布置在目標(biāo)海底區(qū)域，啟動設(shè)備進(jìn)行環(huán)境磁場數(shù)據(jù)的初步采集，通過傳感器測量并記錄當(dāng)前區(qū)域的磁場強(qiáng)度和方向，建立初始磁場數(shù)據(jù)，作為后續(xù)探測中的參考基準(zhǔn)；

4、s2：在開始厚度探測的同時，持續(xù)監(jiān)測探測區(qū)域的磁場變化，將實時采集的磁場數(shù)據(jù)與初始磁場數(shù)據(jù)進(jìn)行對比，以識別異常的磁場波動區(qū)域，并在數(shù)據(jù)記錄中標(biāo)注異常波動的時間和區(qū)域位置；

5、s3：當(dāng)探測到磁場異常波動區(qū)域時，利用設(shè)備周圍預(yù)設(shè)的磁屏蔽層對測量波動區(qū)域進(jìn)行屏蔽，阻隔外部磁場對傳感器的干擾；

6、s4：基于實時采集到的磁場變化數(shù)據(jù)，分析磁場干擾對聲波信號的具體影響，調(diào)整接收到的聲波信號的幅度和相位，以消除或減少由磁場變化帶來的信號偏差；

7、s5：采用多頻段聲波發(fā)射技術(shù)，向目標(biāo)區(qū)域依次發(fā)射多種頻率的聲波信號，并接收各頻段的回波信號；同時對各頻段信號進(jìn)行獨立去噪處理，篩選出未受磁場干擾的清晰信號，并將不同頻段的信號進(jìn)行融合，以獲得代表結(jié)殼厚度的綜合回波信號；

8、s6：根據(jù)處理后的綜合回波信號，測量聲波從發(fā)射到接收到的時間差，結(jié)合海底聲速數(shù)據(jù)，計算出富鈷結(jié)殼的厚度，并根據(jù)實時磁場變化的具體情況，動態(tài)調(diào)整計算中的參數(shù)，以確保厚度測量的精度；

9、s7：在厚度測量完成后，生成結(jié)殼厚度分布圖，并將測量結(jié)果和厚度數(shù)據(jù)通過輸出設(shè)備傳輸至地面終端。

10、可選的，所述s1具體包括：

11、s11：將探測設(shè)備置于目標(biāo)海底區(qū)域，并通過內(nèi)置的三軸磁場傳感器開啟數(shù)據(jù)采集模式，使傳感器以固定的采樣頻率測量周圍的磁場信號，獲取目標(biāo)海底區(qū)域的磁場強(qiáng)度和方向的數(shù)據(jù)；

12、s12：將三軸磁場傳感器檢測到的磁場信號轉(zhuǎn)換為數(shù)值數(shù)據(jù)，通過設(shè)備的信號處理單元將磁場信號分解為三個方向上的分量，即垂直方向、水平南北方向及水平東西方向的磁場強(qiáng)度；

13、s13：在固定采樣頻率下，連續(xù)采集一定時間內(nèi)的磁場數(shù)據(jù)，并對采集到的多個采樣點數(shù)據(jù)進(jìn)行平滑處理，計算出平滑后的平均磁場值，消除單次測量的突發(fā)干擾；

14、s14：對經(jīng)平滑處理的數(shù)據(jù)進(jìn)行整合，生成當(dāng)前海底區(qū)域的初始磁場數(shù)據(jù)，并將此數(shù)據(jù)作為后續(xù)探測中的基準(zhǔn)數(shù)據(jù)。

15、可選的，所述s2具體包括：

16、s21：在探測設(shè)備啟動厚度探測時，開啟實時磁場監(jiān)測功能，以固定采樣頻率獲取探測區(qū)域的磁場強(qiáng)度和方向，并將每次采集到的實時磁場數(shù)據(jù)存儲在數(shù)據(jù)處理單元中，以便與初始磁場數(shù)據(jù)進(jìn)行逐次比對；

17、s22：將實時采集的磁場數(shù)據(jù)中的每個磁場強(qiáng)度值與初始磁場數(shù)據(jù)中的對應(yīng)強(qiáng)度值進(jìn)行計算，以求出兩者之間的差值以識別磁場波動，差值計算公式為：，其中，表示實時采集的磁場強(qiáng)度值，表示初始磁場強(qiáng)度值，表示磁場波動的幅度；若超出預(yù)設(shè)閾值時，則判定為異常磁場波動；

18、s23：對于判定為異常磁場波動的數(shù)據(jù)，記錄波動發(fā)生的時間t和空間位置p，其中t通過數(shù)據(jù)處理單元的內(nèi)部時鐘獲得，表示異常波動發(fā)生的時間；p表示探測設(shè)備在海底的當(dāng)前坐標(biāo)位置，由探測設(shè)備的定位系統(tǒng)提供；

19、s24：將記錄的異常磁場波動的時間t、空間位置p以及對應(yīng)的磁場波動幅度存儲到異常記錄文件中備用。

20、可選的，所述s3具體包括：

21、s31：在探測到異常磁場波動區(qū)域后，啟動磁屏蔽控制系統(tǒng)，激活預(yù)設(shè)的磁屏蔽層，使磁屏蔽層進(jìn)入工作狀態(tài)，磁屏蔽層環(huán)繞在探測設(shè)備的傳感器周圍，以形成屏蔽空間；

22、s32：所述磁屏蔽層采用坡莫合金或鎳鐵合金材料制成，用于吸收并引導(dǎo)外部異常磁場信號，降低磁場穿透強(qiáng)度，從而屏蔽外部磁場對傳感器的干擾；

23、s33：在磁屏蔽層工作狀態(tài)下，產(chǎn)生一個內(nèi)部穩(wěn)定的磁場環(huán)境，使探測設(shè)備的傳感器僅受屏蔽空間內(nèi)的磁場影響，確保傳感器接收到的信號不受外部磁場波動干擾；

24、s34：屏蔽完成后，將探測設(shè)備在異常區(qū)域的采集數(shù)據(jù)記錄為屏蔽狀態(tài)下的數(shù)據(jù)，并標(biāo)注屏蔽狀態(tài)下的磁場環(huán)境，以便在后續(xù)處理步驟中確認(rèn)數(shù)據(jù)的抗干擾處理狀態(tài)。

25、可選的，所述s4具體包括：

26、s41：在接收到實時采集的磁場數(shù)據(jù)后，計算數(shù)據(jù)中的磁場強(qiáng)度變化量，用于表征磁場波動的幅度；

27、s42：將磁場波動的幅度與接收到的聲波信號的幅度a進(jìn)行比對，分析磁場變化對聲波信號的影響，計算聲波信號在磁場變化條件下的幅度偏差和相位偏差，公式為：；，其中，k為磁場變化對信號幅度的影響系數(shù)，m為磁場變化對信號相位的影響系數(shù)，表示幅度偏差，表示相位偏差；

28、s43：根據(jù)計算得到的幅度偏差和相位偏差，對接收到的聲波信號的幅度和相位進(jìn)行補(bǔ)償調(diào)整，以消除磁場變化帶來的干擾影響；調(diào)整后的信號幅度和相位的計算公式為：；，其中，表示調(diào)整后的信號幅度，表示調(diào)整后的信號相位，a為接收到的原始信號幅度，為接收到的原始信號相位；

29、s44：將調(diào)整后的聲波信號用于后續(xù)厚度測量，確保信號處理的精度不受磁場波動的干擾影響。

30、可選的，所述s5具體包括：

31、s51：在探測設(shè)備啟動后，通過多頻段聲波發(fā)射器向目標(biāo)區(qū)域依次發(fā)射多種頻率的聲波信號，每次發(fā)射后記錄發(fā)射的頻率；

32、s52：接收多頻段聲波信號的回波，通過回波接收器依次記錄各個頻段的回波信號，同時將每個回波信號與其對應(yīng)的發(fā)射頻率進(jìn)行關(guān)聯(lián)；

33、s53：對各頻段的回波信號進(jìn)行獨立去噪處理，通過濾波算法去除非目標(biāo)頻率范圍的背景噪聲和突發(fā)干擾噪聲，并篩選出未受磁場干擾的清晰信號；

34、s54：將經(jīng)過去噪處理的不同頻段回波信號輸入到信號融合單元中，根據(jù)頻率和強(qiáng)度對各頻段信號進(jìn)行加權(quán)融合，綜合不同頻段信號的特征，得到一組代表結(jié)殼厚度的綜合回波信號；

35、s55：將融合后的綜合回波信號傳送至數(shù)據(jù)處理單元，作為后續(xù)厚度計算的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

36、可選的，所述s54具體包括：

37、s541：將每個頻段的回波信號定義為信號強(qiáng)度和頻率，其中i表示不同的頻段編號；

38、s542：根據(jù)每個頻段信號的頻率分配權(quán)重系數(shù)，設(shè)定高頻信號具有更高權(quán)重，以提高分辨率；權(quán)重系數(shù)按照以下公式計算：，其中，為總的頻段數(shù)，為第i個頻段的權(quán)重系數(shù)；所有的頻段的權(quán)重之和為1；

39、s543：將每個頻段的信號強(qiáng)度按照權(quán)重系數(shù)進(jìn)行加權(quán)，得到加權(quán)后的信號強(qiáng)度，計算公式為：，其中，為加權(quán)后的信號強(qiáng)度，為原始信號強(qiáng)度，為對應(yīng)的權(quán)重系數(shù)；

40、s544：將加權(quán)后的各頻段信號強(qiáng)度進(jìn)行綜合疊加，以生成代表結(jié)殼厚度的綜合回波信號強(qiáng)度，公式為：，其中，表示最終的綜合回波信號強(qiáng)度，用于表征目標(biāo)區(qū)域的整體厚度特征；為總的頻段數(shù)；

41、s545：將得到的綜合回波信號強(qiáng)度作為厚度分析的基礎(chǔ)信號。

42、可選的，所述s6具體包括：

43、s61：接收處理后的綜合回波信號后，利用內(nèi)部時間測量單元記錄聲波從發(fā)射到接收到的時間差，其中時間差表示聲波在富鈷結(jié)殼層中的往返時間；

44、s62：在得到時間差后，調(diào)用預(yù)先測得的海底環(huán)境中的聲速數(shù)據(jù)；并結(jié)合聲速和時間差，計算出富鈷結(jié)殼的厚度d，計算公式為：，其中，d為富鈷結(jié)殼的厚度，為海底聲速，為聲波的往返時間差；

45、s63：在計算厚度時，根據(jù)實時磁場變化的具體情況動態(tài)調(diào)整計算中的參數(shù)；通過實時采集的磁場數(shù)據(jù)，確定磁場變化對聲波傳播速度的影響，并引入校正因子對聲速進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整，使得聲速數(shù)據(jù)能夠反映實時磁場環(huán)境的影響，從而確保厚度計算的精確性；

46、s64：利用校正后的聲速參數(shù)進(jìn)行厚度重新計算，以補(bǔ)償磁場變化帶來的干擾影響，獲得經(jīng)過修正的富鈷結(jié)殼厚度數(shù)據(jù)。

47、可選的，所述s63具體包括：

48、s631：在進(jìn)行厚度計算前，實時采集當(dāng)前探測區(qū)域的磁場波動的幅度，表示當(dāng)前磁場相對于初始磁場基準(zhǔn)的偏差量，用于判斷磁場變化的程度；

49、s632：根據(jù)磁場波動的幅度，計算磁場變化對聲速的影響系數(shù)，用于量化磁場變化對聲波傳播速度的干擾效應(yīng)，公式為：，其中，為聲速對磁場變化的敏感度系數(shù)；為磁場變化對聲速的影響系數(shù)；

50、s633：將影響系數(shù)引入聲速校正公式中，調(diào)整海底聲速以獲得校正后的聲速，從而使聲速數(shù)據(jù)能夠反映實時磁場環(huán)境的影響；校正后的聲速計算公式為：，其中，為初始聲速數(shù)據(jù)，為校正后的聲速，為磁場變化對聲速的影響系數(shù)；

51、s634：將校正后的聲速用于后續(xù)的厚度計算，以補(bǔ)償由磁場變化引起的聲速偏差。

52、可選的，所述s7具體包括：

53、s71：在完成厚度測量后，對厚度數(shù)據(jù)進(jìn)行空間映射處理，將每個測量點的厚度數(shù)據(jù)與其對應(yīng)的地理位置數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)，生成測量區(qū)域的厚度數(shù)據(jù)集；

54、s72：基于厚度數(shù)據(jù)集，通過插值算法對測量點間的厚度數(shù)據(jù)進(jìn)行連續(xù)化處理，生成目標(biāo)區(qū)域的結(jié)殼厚度分布圖；并根據(jù)厚度值設(shè)置相應(yīng)的顏色或灰度等級，以可視化地顯示不同區(qū)域的厚度差異，使分布圖能夠直觀地反映目標(biāo)區(qū)域的厚度特征；

55、s73：在生成結(jié)殼厚度分布圖后，對測量結(jié)果和厚度數(shù)據(jù)進(jìn)行格式化處理，將厚度分布圖、各測量點的厚度值及其對應(yīng)的地理位置數(shù)據(jù)整理為傳輸文件；

56、s74：通過輸出設(shè)備將格式化后的數(shù)據(jù)文件傳輸至地面終端，采用有線傳輸或無線通信方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。

57、本發(fā)明的有益效果：

58、本發(fā)明，通過實時磁場監(jiān)測、動態(tài)校正和多頻段聲波信號融合，有效降低了復(fù)雜深海磁場環(huán)境對厚度測量的干擾，提高了富鈷結(jié)殼厚度探測的精度和穩(wěn)定性，多頻段聲波信號的加權(quán)融合處理結(jié)合插值算法的應(yīng)用，使測量數(shù)據(jù)在空間上具備連續(xù)性，保證了厚度數(shù)據(jù)的完整性和抗干擾性能。

59、本發(fā)明，通過厚度值與顏色或灰度等級的映射，直觀地展示測量區(qū)域內(nèi)的厚度變化，為地面終端提供了清晰易讀的厚度分布圖，這種可視化的呈現(xiàn)方式有助于深海資源評價和開采決策，為富鈷結(jié)殼資源的開發(fā)提供了可靠的數(shù)據(jù)支持。