海洋中持续泄漏气泡的声学检测

侯 森，胡长青

(1.中国科学院声学研究所东海研究站，上海 201815；2.中国科学院大学，北京 100049)

0 引 言

气体泄漏广泛存在于海洋环境之中，其中海底甲烷水合物自然泄漏及相关开采运输造成的泄漏，往往都具有长时间持续泄漏的特征，不仅会造成经济损失，更容易引发安全和环境问题[1-3]。依据泄漏气泡产生的声学信号作为检测识别方法，具有易于实现、适用性强等特点。

为了实现在实际海洋环境中对气体泄漏的声学检测，很多人对气泡声信号进行了研究。王鑫等[4]对气泡声发射信号进行了分类，并指出当泄漏量较小时，气泡声发射信号以振荡声为主。侯森等[5]基于水合物气泡泄漏时的物理特性，对泄漏气泡振荡特性进行了修正，计算了不同环境下泄漏气泡半径与能量和半径与频率的关系。杜非[6]指出海洋中持续性气泡泄漏具有较强的周期性和重复性，并研究了微量气泡泄漏时的声学特性。吴连军等[7]研究了微弱信号的提取方法，指出频域积累法可以有效提高窄带信号的信噪比。此外，还有很多人对微弱声信号的提取和检测做出了研究[8-10]。

为了解决气泡信号容易被环境噪声遮蔽的问题，本文从气泡振荡特性的研究出发，采用了频域积累的方法进行降噪处理，并针对连续泄漏气泡具有强周期性的特点，通过一种基于时频分析的自适应检测算法，判别有无气泡声信号并对气泡振荡主频率进行检测。通过仿真和实验，验证了本文方法可以在较强干扰的环境中实现对持续泄漏气泡的检测、判别。……