(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210465484.1 (22)申请日 2022.04.26 (71)申请人 南京大学 地址 210023 江苏省南京市栖霞区仙林大 道163号 申请人 南京大学深圳研究院 (72)发明人 张益昕　万一鸣　张旭苹　熊菲　 陈晓红　张驰　王顺　王峰　 (74)专利代理 机构 南京经纬专利商标代理有限 公司 32200 专利代理师 刘莎 (51)Int.Cl. G01D 21/02(2006.01) (54)发明名称 一种基于DAS的海洋光声断层成像方法及系 统 (57)摘要 本发明公开了一种基于DAS的海洋光声断层 成像方法及系统， 该系统包括： 激光器、 飞行器、 特种光缆、 深度可控浮筒、 DAS以及图像重构模 块。 其中飞行器装载的激光器产生脉冲激光， 照 射在设定的海洋区域， 在光声效应的作用下转换 成的超声波； 特种光缆围绕设定海洋区域， 深度 可控浮筒设置在特种光缆上， 控制特种光缆的入 水深度； DAS与特种光缆连接， 通过特种光缆接收 超声信息； 图像重构模块根据DAS处理后的超声 波信息重构出特种光缆所围海洋区域的断层图 像。 本发明通过光声断层成像技术获得海洋中盐 分、 温度和生物群情况， 具有全三维、 高精度的优 点， 此外本发明采用DAS系统探测产生的超声波， 具有探测范围广、 连续测量无盲区、 灵敏度高、 响 应速度快的优点。 权利要求书1页 说明书3页 附图1页 CN 114964361 A 2022.08.30 CN 114964361 A 1.一种基于DAS的海洋光声断层成像系统， 其特征在于， 所述基于分布式声波传感器 DAS的海洋光声断层成像系统包括： 激光器、 飞行器、 特种光缆、 深度可控浮筒、 DAS以及图像 重构模块； 所述激光器产生脉冲激光， 经空气传播后照射在设定的海洋区域， 在光声效应的 作用下产生超声波； 所述 飞行器用于装载激光器； 所述特种光缆围绕设定海洋区域； 所述深 度可控浮筒设置在DAS中的特种 光缆上， 控制特种 光缆的入水深度； 所述DAS包括特种光缆 连接， 通过特种光缆接收超声波信息； 所述图像重构模块根据DAS处理后的超声波信息重构 出特种光缆所围海洋区域的断层图像。 2.根据权利要求1所述的一种基于DAS的海洋光声断层成像系统， 其特征在于， 所述激 光器为Nd:YAG激光器， 波长890nm， 单 脉冲能量 为50J。 3.根据权利要求1所述的一种基于DAS的海洋光声断层成像系统， 其特征在于， 所述飞 行器为运20运输 机， 最大载重量66吨。 4.根据权利要求1所述的一种基于DAS的海洋光声断层成像系统， 其特征在于， 所述特 种光缆密度与海水密度一 致， 特种光 缆长度为6 0km。 5.根据权利要求1所述的一种基于DAS的海洋光声断层成像系统， 其特征在于， 所述深 度可控浮筒密度与海水密度一 致， 装配有动力装置以控制深度可控浮筒的入水深度。 6.根据权利要求1所述的一种基于DAS的海洋光声断层成像系统， 其特征在于， 相邻深 度可控浮筒之间的特种光 缆弧垂长度不超过相邻深度可控浮筒之间特种光 缆长度的5％。 7.根据权利 要求1所述的一种基于DAS的海洋光声断层成像系统， 其特征在于， 所述DAS 为Ada‑5000系列分布式光纤微扰动监测仪， 空间分辨率10m， 空间定位精度5m， 最高测量频 率为50kHz。 8.一种基于DAS的海洋光声断层成像方法， 其特征在于， 基于如权利要求1至7中任一所 述基于DAS的海洋光声断层成像系统进行成像， 所述断层成像方法具体步骤 包括： 步骤一、 激光器产生的脉冲激光与DAS进行授时同步， 脉冲激光经空气传播照射在特种 光缆围绕的设定海洋区域， 在光声效应的作用下产生超声 波； 步骤二、 超声波通过特种光缆传递到DAS， DAS根据接收到的超声波进行处理后得到特 种光缆上任一 位置的超声 波信息； 步骤三、 根据特种光缆上任一位置的超声波信息， 结合图像重构算法重构出特种光缆 所围海洋区域的断层图像。 9.根据权利要求8所述的一种基于DAS的海洋光声断层成像方法， 其特征在于， 所述图 像重构算法为拉东变换算法。 10.一种基于DAS的海洋光声立体成像方法， 其特征在于， 通过调整深度 可控浮筒， 控制 特种光缆的入 水深度， 采用如权利要求8或9所述的基于DAS的海洋光声断层成像方法， 获得 不同深度海洋区域的断层图像， 进 而获得设定海洋区域的立体光声图像。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 114964361 A 2一种基于DAS的海洋 光声断层成像方 法及系统 技术领域 [0001]本发明属于光纤传感和光声断层成像技术领域， 尤其涉及一种基于DAS的海洋光 声断层成像方法及系统。 背景技术 [0002]海洋监测技术作为海洋科学的重要组成部分,在维护海洋权益、 开发海洋 资源、 预 警海洋灾害等方面起着十分重要的作用， 长期以来,国际海洋科学组织和海洋强国一直都 非常重视海洋环境监测技术的研究。 在海洋动力环境要素中,海水温度、 盐度、 深度及生物 群密度是最基础的海洋环境信息， 也是海洋水文观测的基本要素， 利用海水温盐剖面观测 仪器， 可精确测得不同深度海水的温度和电导率参数， 进而能够推算出海水盐度、 密度、 声 速等相关信息， 对于海洋 经济开发、 海 上国防建设等 都具有非常重要的意义， 特别是在军事 应用中， 温盐剖面资料对于潜艇的航行、 通信、 隐蔽以及水面舰艇的反潜行动都起着至 关重 要的作用。 海洋中浮游生物种多、 数量大， 是经济鱼类的饵料基础， 某些浮游生物的种类数 量分布可提示众多鱼类索饵洄游的路线， 有助于寻找渔场位置、 确定渔期； 有的种类本身就 是渔业资源， 如 海蜇、 毛虾和磷虾， 均可供食用。 另外， 海洋中的大型鱼类以及珊瑚群的分布 特点也具有很大的研究价值。 因此对于海洋中生物群密度的监测对渔业生产和海洋科学基 础理论都有重要意 义。 [0003]目前对于海水中温盐深的观测， 主要观测工具利用的是电子型温盐深仪   (conductivity  temperature  depth,CTD)系统， 该系统具有精度高、 实用性广等优点， 但在 某些方面依然存在一些不足， 如存在系统价格通常较高、 体积大、 易受电磁干扰等问题。 此 外为点式传感器， 通过航行过程中的若干测量点来覆盖大面积海洋， 效率低下， 并且数据并 非同一时刻获得， 存在一定误差， 同时为了获得一定深度的海洋盐度和温度数据， 需要在海 试中使用串联CTD， 这大大提高了成本。 因此光纤传感器因其结构紧凑、 灵敏度高、 耐高温、 复用方便、 可现场测量和抗外部电磁干扰等特点受到越来越多的关注。 目前， 国内外文献报 道中基于各种光纤传感原理和结构的CTD传感器被多次提出， 主要包括传统的短周期光纤 布拉格光栅(FB G)、 长周期光纤光栅(LPG)、 多芯光纤、 基于Michelson和  MachZehnder干涉 式、 光纤F ‑P腔干涉式、 超细纤维结/线圈谐振器、 高双折射椭圆光纤Sagnac环、 光学微纤维 耦合器等。 但是这些光纤CTD传感器也存在探测范围小、 无法连续分布式测量、 响应速度慢 的问题。 发明内容 [0004]针对以上问题， 本发明提供一种基于DAS的海洋光声断层成像方法及系统， 可以得 到海洋中探测区域内盐分、 温度以及生物群分布情况的立体光声图像。 [0005]为实现本发明的目的， 本发明所采用的技 术方案是： [0006]一种基于分布式声波传感器DAS的海洋光声断层成像系统， 所述基于DAS  的海洋 光声断层成像系统包括： 激光器、 飞行器、 特种光缆、 深度可控浮筒、  DAS以及图像重构模说　明　书 1/3 页 3 CN 114964361 A 3