【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于地球物理，具体而言，涉及一种基于海底爬行器的地球物理探测系统。
技术介绍
1、近年来,随着海洋资源勘探和开发活动的不断增加,基于海底地球物理探测技术的应用需求也日益提升。通过对海底地质结构和矿产资源的全面勘察,可为海洋油气开采、深海采矿等提供重要的地质依据。传统的海底地球物理勘探主要依赖于船舶平台,利用拖曳式的探测设备,如重力仪、磁力仪和多道地震测量系统等,对海底进行综合探测。这种方法具有探测范围广、信息丰富等优点,但同时也存在一些问题。
2、首先,船舶平台受限于水深和航行条件,难以进入一些复杂地形的海域,如山脊、峡谷等区域,从而造成探测盲区。其次,拖曳式探测设备易受海流、浪涌等影响,很难保证探测数据的质量和精度。再者,传统的探测手段往往需要大型船只和专业的作业人员,运营成本较高。此外,海底地质结构的复杂多变,单一的探测手段很难全面刻画海底地层的细节信息。
3、为了克服上述问题,近年来出现了基于水下机器人的海底地球物理探测系统。这类系统通常由无人水下航行器(auv)或水下爬行机器人(rov)携带探测设备,直接接触海底进行探测,能够深入复杂地形区域,提高数据的质量和精度。同时,水下机器人操作灵活,可编程自主作业,大幅降低了人工成本。此外,通过集成多种探测手段,如重力仪、磁力仪、声呐测深等,可以获得更加丰富和全面的地质信息。
4、然而,现有的基于水下机器人的探测系统也存在一些缺陷。船载式地球物理探测和近海面拖曳式地球物理探测，由于海面风浪流的影响噪声较大，探测精度较低；而且巨厚的海水
技术实现思路
1、有鉴于此，本专利技术提供一种基于海底爬行器的地球物理探测系统，能够解决现有的海底地球物理探测方法存在精度较低的技术问题。
2、本专利技术是这样实现的：
3、本专利技术提供一种基于海底爬行器的地球物理探测系统，其中，包括：调查船、海底爬行器、重力仪、浅地层剖面仪、地震仪震源、地震仪接收阵列以及控制芯片，其中，所述调查船与海底爬行器通过牵引绳连接，所述海底爬行器尾部设置有拖拽缆，所述重力仪、浅地层剖面仪、地震仪震源、地震仪接收阵列依次固定设置在所述拖拽缆上；所述海底爬行器内设置有电子舱，所述数据控制芯片设置在所述电子舱内，所述控制芯片与所述海底爬行器的驱动单元、所述重力仪、浅地层剖面仪、地震仪震源、地震仪接收阵列电连接并进行数据交互；所述控制芯片内设置有地球物理探测控制模块，用于设置地震仪震源的参数，以及对接收器采集的数据进行预处理，最终得到地球物理探测数据；所述电子舱内还设置有数据传输设备，所述控制芯片与所述数据传输设备电连接，所述数据传输设备用于将所述地球物理探测数据发送给调查船。另外的，所述重力仪也可以直接固定设置在所述海底爬行器上。
4、在上述技术方案的基础上，本专利技术的一种基于海底爬行器的地球物理探测系统还可以做如下改进:
5、其中，还包括自容式地磁日变站，所述自容式地磁日变站由爬行器搭载、布放到海底，完成作业后由爬行器回收。
6、进一步的，所述调查船上配置有卫星导航系统、水下定位系统、电源供给单元。
7、进一步的，所述海底爬行器采用履带式海底爬行机器人或海底集矿机、海底采矿车。
8、进一步的，所述地震仪震源的发射阵振动面与海底沉积物接触。
9、进一步的，还包括定位信标，所述定位信标固定在所述拖拽缆上。
10、进一步的，所述数据传输设备通过数据线缆或无线通道将所述地球物理探测数据发送给调查船。
11、进一步的，所述海底爬行器上还设置有传感器模组，至少包括深度计、高度计、陀螺仪以及加速度计。
12、进一步的，还包括依次固定设置在所述拖拽缆上的磁力仪、电磁仪激发源、电磁仪接收阵。
13、其中，重力仪、磁力仪、电磁仪激发源、电磁仪接收阵、浅地层剖面仪、地震仪震源、地震仪接收阵列均可包含零个、一个或多个。其中，所述地震仪震源可以是震击钻、气枪、重锤打击装置等可以调节频率的震源。
14、其中，所述地球物理探测控制模块，用于执行以下步骤：
15、s10、控制海底爬行器在预定探测区域进行爬行，获取海底爬行器的位姿信息，同时控制地震仪震源连续发射地震波并通过地震仪接收阵列接收反射波；
16、s20、对接收到的反射波数据进行预处理,包括去噪、滤波和增益控制；
17、s30、利用滑动时间窗口法对预处理后的反射波数据进行分段分析,提取各时间窗口内的反射波特征，包括频率、幅值和相位特征；
18、s40、根据预先设定的阈值,识别所述反射波特征中的异常点,包括幅值异常、频率异常和相位异常；
19、s50、将识别出的异常点与发射的地震波序列进行时间对齐,建立异常点与特定地震波的对应矩阵；
20、s60、对所述对应矩阵进行奇异值分解，得到基础矩阵和变动矩阵；
21、s70、将所述变动矩阵输入到预先训练好的地震仪震源参数模型中，得到对应的优化参数，包括震源强度、发射频率；并根据所述优化参数控制所述地震仪震源重新发射地震波,并通过地震仪接收阵列接收新的反射波数据；
22、s80、对新接收的反射波数据进行处理,包括动校正、频谱分析和振幅恢复,提高数据质量；
23、s90、将处理后的反射波数据与重力仪、浅地层剖面仪采集的数据进行融合分析,生成综合的地球物理探测数据；进一步的，所述地球物理探测数据还融合了重力场、磁场、电磁、浅剖数据。
24、所述地震仪震源参数模型采用对抗神经网络模型，所述生成器具体是一个多层感知机，包含3个隐藏层，每层分别有128、64和32个神经元，使用relu激活函数，输出层使用tanh激活函数；所述鉴别器具体是一个卷积神经网络，包含3个卷积层和2个全连接层，卷积层使用leakyrelu激活函数，全连接层使用relu激活函数，输出层使用sigmoid激活函数；所述生成器的初始输入具体是变动矩阵以及100维随机噪声向量；所述鉴别器的初始输入具体是初始设定的震源参数和对应的反射波特征。
25、所述地震仪震源参数模型的损失函数采用wasserstein损失函数。
26、所述生成器具体是：
27、1.输入层：接收两个输入，一个包含100个随机噪声值的向量，这些值从标准正态分布中采样得到；另一个是变动矩阵(假设维度为m×n)；
28、2.矩阵处理层：使用1×1卷积对变动矩阵进行降维，将其压缩为一个k维向量(k<m×n)；将压缩后的k维向量与100维随机噪声向量拼接，得到一个(100+k)维向量；
29、3.全连接层：包括第一隐藏层：256个神经元，使用leakyrelu激活函数；第二隐藏层：128个神经元，使用leakyrelu激本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于海底爬行器的地球物理探测系统，其特征在于，包括：调查船、海底爬行器、重力仪、浅地层剖面仪、地震仪震源、地震仪接收阵列以及控制芯片，其中，所述调查船与海底爬行器通过牵引绳连接，所述海底爬行器尾部设置有拖拽缆，所述重力仪、浅地层剖面仪、地震仪震源、地震仪接收阵列依次固定设置在所述拖拽缆上；所述海底爬行器内设置有电子舱，所述数据控制芯片设置在所述电子舱内，所述控制芯片与所述海底爬行器的驱动单元、所述重力仪、浅地层剖面仪、地震仪震源、地震仪接收阵列电连接并进行数据交互；所述控制芯片内设置有地球物理探测控制模块，用于设置地震仪震源的参数，以及对接收器采集的数据进行预处理，最终得到地球物理探测数据；所述电子舱内还设置有数据传输设备，所述控制芯片与所述数据传输设备电连接，所述数据传输设备用于将所述地球物理探测数据发送给调查船。
2.根据权利要求1所述的一种基于海底爬行器的地球物理探测系统，其特征在于，还包括自容式地磁日变站，所述自容式地磁日变站由爬行器搭载、布放到海底，完成作业后由爬行器回收。
3.根据权利要求2所述的一种基于海底爬行器的地球物理探测系统，其
4.根据权利要求3所述的一种基于海底爬行器的地球物理探测系统，其特征在于，所述数据传输设备通过数据线缆或无线通道将所述地球物理探测数据发送给调查船。
5.根据权利要求4所述的一种基于海底爬行器的地球物理探测系统，其特征在于，所述地震仪震源的发射阵振动面与海底沉积物接触。
6.根据权利要求5所述的一种基于海底爬行器的地球物理探测系统，其特征在于，还包括定位信标，所述定位信标固定在所述拖拽缆上。
7.根据权利要求6所述的一种基于海底爬行器的地球物理探测系统，其特征在于，所述调查船上配置有卫星导航系统、水下定位系统、电源供给单元。
8.根据权利要求7所述的一种基于海底爬行器的地球物理探测系统，其特征在于，所述海底爬行器上还设置有传感器模组，至少包括深度计、高度计、陀螺仪以及加速度计。
9.根据权利要求8所述的一种基于海底爬行器的地球物理探测系统，其特征在于，还包括依次固定设置在所述拖拽缆上的磁力仪、电磁仪激发源、电磁仪接收阵。
10.根据权利要求1所述的一种基于海底爬行器的地球物理探测系统，其特征在于，所述地球物理探测控制模块，用于执行以下步骤：
...【技术特征摘要】
1.一种基于海底爬行器的地球物理探测系统，其特征在于，包括：调查船、海底爬行器、重力仪、浅地层剖面仪、地震仪震源、地震仪接收阵列以及控制芯片，其中，所述调查船与海底爬行器通过牵引绳连接，所述海底爬行器尾部设置有拖拽缆，所述重力仪、浅地层剖面仪、地震仪震源、地震仪接收阵列依次固定设置在所述拖拽缆上；所述海底爬行器内设置有电子舱，所述数据控制芯片设置在所述电子舱内，所述控制芯片与所述海底爬行器的驱动单元、所述重力仪、浅地层剖面仪、地震仪震源、地震仪接收阵列电连接并进行数据交互；所述控制芯片内设置有地球物理探测控制模块，用于设置地震仪震源的参数，以及对接收器采集的数据进行预处理，最终得到地球物理探测数据；所述电子舱内还设置有数据传输设备，所述控制芯片与所述数据传输设备电连接，所述数据传输设备用于将所述地球物理探测数据发送给调查船。
2.根据权利要求1所述的一种基于海底爬行器的地球物理探测系统，其特征在于，还包括自容式地磁日变站，所述自容式地磁日变站由爬行器搭载、布放到海底，完成作业后由爬行器回收。
3.根据权利要求2所述的一种基于海底爬行器的地球物理探测系统，其特征在于，所述海底爬行器采用履带式海底爬行机器人、多足式海底爬行机...
【专利技术属性】
技术研发人员：裴彦良，刘保华，刘晨光，李西双，华清峰，阚光明，
申请(专利权)人：自然资源部第一海洋研究所，
类型：发明
国别省市：
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