利用声相关流速剖面仪观测深水散射层

　　1 引言

　　深水散射层(Deep Scattering Layer，DSL)由栖息在海水中的不同生物组成的复杂群体聚集而成，能够强烈散射声波[1-3]。DSL 中的生物包括甲壳类、挠足类、乌贼以及鱼类等，具有在深度上的昼夜移栖现象，即：DSL 夜晚上升至较浅的海面，白天降沉到较深的地方，在日出和日落时分深度变化最剧烈。DSL研究对于海洋学、生物学和水声学有着重要的意义。 近些年来，随着海洋学、生物学和水声学的发展，DSL方面的研究取得了较大进展[4-6]。目前，利用声学设备观测DSL是DSL研究中的主要手段之一，声学设备包括：回声测深仪[6]、多波束测深仪[4]和声多普勒流速剖面仪(ADCP)[5]等。

　　作为一种声学测速设备，声相关流速剖面仪(Acoustic Correlation Current Profiler，ACCP)同样适用于DSL观测。ACCP的主要功能是进行流剖面的三维速度测量，其基本工作原理是“波形不变性原理”。利用ACCP进行 DSL观测时，除了采用目前通用的回波强度观测外，还可以对DSL运动速度进行测量。本文将重点讨论利用ACCP观测DSL的方法，并将这种方法运用于海试数据中，分析其观测结果。

　　2 利用ACCP观测DSL

　　2.1 回波强度观测法

　　CCP基阵采用平面阵结构，发射阵元垂直向下发射编码调制信号，多个接收阵元进行数据采集[7-9]。采集时利用时间增益控制，补偿声波传播过程中由于球面扩散和海水吸收造成的衰减[1]，从而使ACCP接收的流层回波强度只与相应深度处流层散射强度有关。海洋中对声波散射强度贡献最大的是生物性散射体[1]，因此，DSL中的生物群体会对声波进行强烈的散射。这样，通过流层回波强度可以对DSL进行观测。

　　利用回波强度观测DSL，各种环境噪声是主要干扰源。正确区分回波和噪声是观测的基础。ACCP发射信号具有较好的相关特性，散射回波同样具有这样的相关特性，而噪声一般情况下是不具备的[8]。

　　因此，相关特性可以作为检波依据。ACCP具有多个接收阵元，这些阵元性能相同，具有一致性。在观测过程中，对多个接收阵元采集数据进行统计，以降低个别阵元受干扰引入误差的影响，提高可靠性。统计时，去除差异较大的阵元数据，对有效数据进行平均，统计后的数据用作DSL观测。

　　图1和图2是海试中ACCP观测DSL时采用的2组数据。图1中，水深300m～800m范围内回波强度均较大，且在350m、450m和600m处有3个峰值，如箭头所示。图2中，水深200m以内回波强度明显较大，而其它深度回波强度较小，如箭头所示。图1和图2 表明，ACCP测得的回波强度随时间和水深的变化而变化，这和DSL的变化规律是一致的。