论文摘要
深海富钴结壳是海洋中一项重要的矿产资源,蕴含着丰富的稀有金属元素,对富钴结壳的探测具有十分重要的意义。目前对富钴结壳的探测主要采用声学探测方法。然而受限于海洋探测技术,对富钴结壳的研究主要以探测富钴结壳生长分布为主,对原生环境下富钴结壳的厚度、矿量方面的研究较少。载人潜水器为富钴结壳的原位探测提供了技术支持平台,为其研究提供了新的方向。本文研究课题来自于国家深海基地管理中心的国家重点研发计划“深海关键技术与装备”。本文将依靠国家深海基地管理中心的“蛟龙”号载人潜水器进行研究,旨在通过“蛟龙”号载人潜水器平台,利用超声波实现富钴结壳厚度探测与矿量估算,同时完成对富钴结壳声学特性的试验研究以及对超声波回的波降噪研究。具体研究主要有:（1）分析国内外对富钴结壳探测技术的研究进展,明确了采用声学探测技术进行研究,并制定了研究路线图。针对富钴结壳声学特性的未知的问题,对富钴结壳进行试验研究。设计并搭建了试验系统,包括信号激励系统与信号接收系统,利用水下超声波换能器配套虚拟仪器信号采集设备,设计LabVIEW上位机采集软件,并完成富钴结壳声学特性的试验研究。（2）针对富钴结壳超声回波信号中噪声干扰严重的问题,对超声波回波降噪算法进行研究。研究并分析常用的信号降噪算法,确定了使用小波阈值降噪算法对回波信号进行降噪处理。利用MATLAB算法对采集的回波信号进行处理,研究不同参数下降噪信号的信噪比,从而确定最优的降噪参数。使用C++语言对降噪算法的各个核心模块进行软件实现。（3）针对富钴结壳厚度测算中,两次回波信号对应时刻点无法准确定位的问题,对富钴结壳的回波信号检测算法进行了研究。研究了信号包络提取的算法,确定了采用Hilbert变换的方法实现对信号包络的提取。基于Hilbert变换设计了超声回波时刻检测算法,利用该算法实现了厚度的测量。设计了富钴结壳厚度测算软件,为了使软件具备更优的交互,软件的主界面与逻辑流程依靠C#语言实现。同时,为了提高软件的运行效率使用C++语言对降噪,包络提取,回波峰值识别等功能进行软件实现,并生成dll模块供C#进行引用,从而实现测厚软件的整体功能。通过实验证明该软件测厚得到的数据准确有效。（4）针对富钴结壳矿量探测的问题,对利用厚度值信息实现富钴结壳矿量的方法进行了研究。首先,将厚度值信息结合载人潜水器导航定位系统中的位置信息,实现厚度值信息的三维化处理,生成厚度值离散点云数据。对离散点曲面拟合的算法进行研究,利用差分改进算法对B样条曲面拟合进行改进,并通过仿真验证了该算法。最后,利用实验对富钴结壳矿量估算方法进行验证,实验结果证明能够实现矿量的估算。
论文目录
文章来源
类型: 硕士论文
作者: 潘文超
导师: 樊春玲
关键词: 深海富钴结壳,超声波,原位探测,厚度计算,矿量估算,差分进化算法
来源: 青岛科技大学
年度: 2019
分类: 基础科学
专业: 海洋学
单位: 青岛科技大学
基金: 国家深海基地管理中心的国家重点研发计划“深海关键技术与装备”
分类号: P714
总页数: 78
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