【摘要】为了能够精确地测量海底表层沉积物的声学参数，自主研制了一种新型海底沉积物声学原位测量系统，与国内外传统的声学原位测量系统相比，该系统能够实时显示声波波形，调整测量参数，其工作方式除了站位式测量之外，还实现了拖行式连续测量，极大地提高了工作效率.根据前期海试情况，对海底仪器结构进行了重新设计，使之可以同时测量海底沉积物及海底海水的声学参数，同时建立了双向数字信道，解决了测量过程中系统信号的干扰问题.
该系统的结构分为两部分：甲板控制单元和水下测量单元，整套系统通过主机控制程序进行控制，采用GPS定位系统测定仪器的大地坐标.为了检验系统的稳定性及准确性，分别进行了实验室水槽实验和海上试验.利用水声测量设备对测量系统进行实验室水槽标定分析，实验结果表明系统测量值相对误差仅为0.04%，测量结果具有较高的精度.海上试验在青岛胶州湾和东海海域进行，获得了试验区域海底沉积物声速和声衰减系数的测量数据，将测量数据与他人的研究结果进行对比分析，结果表明测量数据与前人研究结果一致，较为准确.该原位测量系统在站位式测量和拖行式测量中都能够快速准确地测量出沉积物声速和声衰减系数，可以作为海底底质声学测量的调查设备。
一、引言
海洋地球物理中的海底探测技术(主要是声学探测技术)促进了许多重大科学事件的出现，推动了科学的进步(金翔龙，2007)。海底沉积物的声学特性参数(主要指声速和声衰减系数)对于海洋声场分析、工程地质勘探及海洋地球科学研究都具有重要意义.声信号在海底沉积物中传播的声速和声衰减等参数可用Biot-Stoll物理模型(Biot，1956a，1956b;Stoll，1985)或者Hamilton等给出的经验关系来粗略估算.但是，为了精确地得到海底沉积物的声速和声衰减系数，研究者经过大量的试验，发展了多种测量技术，大致可以分为两类：沉积物取样实验室测量和海底原位测量.其中，取样测量的方法相对简单，操作容易，但是取样测量改变了沉积物的原始沉积环境(压力、温度、盐度等)，难以获得准确的沉积物声学参数.海底沉积物声学原位测量技术能够获得海底实际状态下的声学参数，避免了取样和搬运对沉积物造成的扰动，成为获得海底沉积物声学参数最直接有效的手段。
国外相关研究机构相继开发出了海底沉积物声学与土工特性原位测量系统、沉积物声学探针设备、声学长矛、现场沉积物声学测量系统以及原位声速和衰减测量探针，并利用这些系统在不同海区开展了海底沉积物声学特性的原位测量，获得了大量的原始数据。国内对于原位测量系统的研究起步较晚，目前研制成功的主要有中国科学院海洋研究所开发的海底底质声学参数测量系统，国家海洋局一所研制的自容式海底沉积声学原位测量系统。
国内外现有的原位测量系统均采用站位式测量，这种测量方式虽然能够获取原位测量数据，但是效率较低.本文在原有的海底底质声学参数测量系统的基础上，结合实验室水槽实验和海上试验分析，对系统结构进行了重新设计，研制出了一种新型海底沉积物声学原位测量系统.此系统不仅可以实施站位式测量，还首次实现了拖行式连续测量，极大地提高了测量效率.2013年8月，在青岛胶州湾海域利用一艘木质渔船进行了海上站位式试验.2013年10月和11月，在东海海域利用中国科学院海洋研究所的“科学三号”科考船进行了海上站位式和拖行式试验，获取了声速和声衰减系数的原位测量数据。本文将详细介绍该系统的结构及其工作原理，分析青岛胶州湾和东海海域的试验情况。
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