採礦環境下深海鈷結殼聲學探測與識別方法研究

《採礦環境下深海鈷結殼聲學探測與識別方法研究》是依託中南大學，由趙海鳴擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：採礦環境下深海鈷結殼聲學探測與識別方法研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：趙海鳴
• 依託單位：中南大學

項目摘要

深海鈷結殼礦層表面起伏不平,覆蓋率只有50％左右,對其實時測定是實現有效採集的關鍵技術。本項目提出採礦環境下基於聲學方法進行海底鈷結殼探測與識別方法。研究採礦環境混濁水域聲學特性，建立混濁水域聲學探測系統；基於射線理論，構建採礦環境下近程聲學探測混響模型；套用高斯化混響技術，建立非高斯背景下的目標回波檢測器，利用混沌理論,建立非線性動力學預測模型，對比分析確定最佳回波檢測方法；研究採礦環境下異常高程值判別與剔除方法及空缺點預測理論，構建採礦環境下地形重構模型。通過對鈷結殼、基岩聲學特性測定，從時域、頻域、時頻域、樣本域角度研究鈷結殼表面起伏、破碎風化等複雜情況下回波特徵提取問題；研究特徵融合機理，探索鈷結殼識別的最優特徵融合方法；研究流形學習並結合核空間處理技術的非線性降維與分類方法，建立適合於鈷結殼的非線性降維與識別模型。通過理論、仿真、實驗研究，解決提高深海鈷結殼有效採集率的關鍵技術。

結題摘要

鈷結殼作為稀有金屬，具有廣泛的套用價值。本項目圍繞深海鈷結殼的超聲探測進行研究，證明了深海採礦時的超聲環境具有混沌屬性，提出了利用偽逆法求解Volterra濾波器的權向量，基於混響的混沌屬性構建PIM-Volterra預測模型，並對混響背景下的目標回波進行了檢測；利用小波降噪法，對信號中所含的干擾噪聲進行了抑制，以信號間Itakura距離為評價參數，論述了模擬採礦環境下混響的局部平穩性，並確定了以分段預白化匹配濾波器為採礦環境下目標回波信號的檢測方法，對比了兩種目標回波預測方法的優劣勢；以數字微地形的重構為研究內容，確定以漸近採樣方式的採樣策略，並採用25mm的規則方形格線對地表進行採樣，建立了基於統計原理的高程數據粗差剔除方法；基於混響背景下的主動聲吶方程，分析了聲吶系統參數對聲吶方程各參數的影響，建立了模擬採礦環境下的聲傳播模型、混響級模型和海底反射損失模型，並確定了聲吶系統頻率及脈衝寬度；研製了超聲換能器，並通過仿真和實驗證明了KZK方程在描述混濁水域中換能器軸向聲場的有效性；在分析常用聲吶探測波形的抗混響性能的基礎上，利用S•Kay理論設計了不同混響環境下的探測波形；從時域、頻域、樣本域提取了信號的多類特徵；研究了非線性降維方法的性能，選擇KFDA對特徵進行降維，並利用遺傳算法對特徵進行選擇，設計了多個非線性分類器，並利用改進的DS理論對多分類器進行了融合，從而建立了鈷結殼的識別模型。項目組的研究成果對於深海鈷結殼的開採有重要的研究意義。 項目在國內外重要期刊或會議上發表或錄用學術論文6篇，申請實用新型或發明專利4項，培養碩士研究生5名。