利用啁啾声纳检测共振敲击石器

《Scientific Reports》：Detection of resonant knapped lithics using chirp sonar

　　

摘要

亚底层剖面（Sub-bottom Profiling, SBP）系统已被用于检测海底的岩石碎片。这些岩石碎片的存在是通过剖面中水柱部分的反射信号推断出来的，这种反射信号呈现出凸起状的模式，被称为“草堆”（haystacks）。这些信号原本被认为是由人类敲击岩石所产生的共振效应造成的，但其实际形成的物理机制尚未得到解释。我们通过可控实验和建模来研究这些信号的来源。在无回声池中对岩石碎片进行了实验，发现海底的剥落岩石碎片会在SBP数据中产生水柱信号，其中较强的信号来自较小的碎片群，这可能是因为这些碎片中含有更多共振频率落在信号带宽内的共振体。我们建立了一个理想化的模型，用来描述海底共振物体在SBP中的信号特性，结果表明所谓的“草堆”实际上是一种数据处理过程中的伪影。实验结果和建模结论共同证实：窄带岩石共振效应，结合标准的啁啾信号匹配滤波处理方法，是形成这些反射信号的根本原因。研究结果表明，可以通过优化SBP信号的啁啾参数（尤其是带宽和频率范围）来更有效地检测岩石碎片；同时，对预处理后的数据采用其他处理方法可能会提升探测能力。