側(cè)掃聲吶概述

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1、側(cè)掃聲吶概述側(cè)掃聲吶是由Side-ScanSonar—詞意譯而來,國內(nèi)也叫旁掃聲吶、旁視聲吶。國外從五十年代起開始應用，到七十年代已在海洋開發(fā)等方面得到了廣泛的使用，我國從七十年代開始組織研制側(cè)掃聲吶，經(jīng)歷了單側(cè)懸掛式、雙側(cè)單頻拖曳式、雙側(cè)雙頻拖曳式等發(fā)展過程。由屮科院聲學所研制并定型生產(chǎn)的CS-1型側(cè)掃聲吶，其主要性能指標已達到了世界先進水平。側(cè)掃聲吶冇許多種類型，根據(jù)發(fā)射頻率的不同，可以分為高頻、屮頻和低頻側(cè)掃聲吶；根據(jù)發(fā)射信號形式的不同，可以分為CW脈沖和調(diào)頻脈沖側(cè)掃聲吶；另外，還口J以劃分為舷掛式

2、和拖曳式側(cè)掃聲吶，單頻和雙頻側(cè)掃聲吶，E波束和多波束等。波束平面垂直于航行方向，沿航線方向束寬很窄，開角一般小于2。，以保證冇較高分辨率；垂直于航線方向的束寬較寬，開角約為20°?60°,以保證一定的掃描寬度。工作時發(fā)射出的聲波投射在海底的區(qū)域呈長條形，換能器陣接收來自照射區(qū)各點的反向散射信號，經(jīng)放大、處理和記錄，在記錄條紙上顯示出海底的圖像。回波信號較強的口標圖像較黑，聲波照射不到的影區(qū)圖像色調(diào)很淡，根據(jù)影區(qū)的長度可以估算目標的高度。側(cè)掃聲吶的工作頻率通常為幾十千赫到幾百千赫，聲脈沖持續(xù)時間小于1毫秒，

3、儀器的作用距離一般為300?600米，拖曳體的工作航速3?6節(jié),最高可達16節(jié)。側(cè)掃聲吶近程探測時儀器的分辨率很高,能發(fā)現(xiàn)150米遠處直徑5厘米的電纜。用于深海地質(zhì)調(diào)查的遠程側(cè)掃聲吶工作頻率為數(shù)千赫，探測距離超過20公里。進行快速大面積測量時，儀器使用微處理機對聲速、斜距、拖曳休距海底高度等參數(shù)進行校正，得到無畸變的圖象，拼接后可繪制出準確的海底地形圖。從側(cè)掃聲吶的記錄圖象上，能判讀出泥、沙、巖石等不同底質(zhì)。利用數(shù)字信號處理技術(shù)獲得的小視野放大圖象能分辨目標的細節(jié)。1側(cè)掃聲吶基本工作原理工作原理示意圖如圖

4、1和圖2所示。左、右兩條換能器具有扇形指向性。在航線的垂直平面內(nèi)開角為?V,水平面內(nèi)開角為?H。當換能器發(fā)射一個聲脈沖時,可在換能器左右側(cè)照射一窄梯形海底，如圖左側(cè)為梯形ABCD,可看出梯形的近換能器底邊AB小于遠換能器底邊CD。當聲脈沖發(fā)出之后，聲波以球而波方式向遠方傳播，碰到海底后反射波或反向散射波沿原路線返回到換能器，距離近的回波先到達換能器，距離遠的回波后到達換能器，一般情況下，正下方海底的回波先返回，傾斜方向的冋波后到達。這樣，發(fā)出一個很窄的脈沖之后，收到的冋波是一個時間很氏的脈沖串。碩的、粗糙

5、的、突起的海底冋波強，軟的、平坦的、下凹的海底回波弱。被突起海底遮擋部分的海底沒冇回波，這一部分叫聲影區(qū)。這樣回波脈沖吊各處的幅度就大小不一，回波幅度的高低就包含了海底起伏軟硬的信息。一次發(fā)射口J獲得換能器兩側(cè)一窄條海底的信息，設備顯示成一條線。在工作船向前航行，設備按一定吋間間隔進行發(fā)射/接收操作，設備將每次接收到的一線線數(shù)據(jù)顯示出來,就得到了二維海底地形地貌的聲圖。聲圖以不同顏色（偽彩色）或不同的黑白程度表示海底的特征，操作人員就可以知道海底的地形地貌。圖二、航行方何分看元2側(cè)掃聲吶主要性能指標側(cè)掃聲

6、吶的主要性能指標包扌舌工作頻率、最大作用距離、波束開角、脈沖寬度及分辨率等，這些指標都不是獨立的，它們Z間相互都冇聯(lián)系。側(cè)掃聲吶的工作頻率基木上決定了最大作用距離，在相同的工作頻率情況卞，最大作用距離越遠，其一次掃測覆蓋的范圍就越人，掃測的效率就越高。脈沖寬度直接影響了分辨率，一般來說，寬度越小，其距離分辯率就越高。水平波朿開角直接影響水平分辨率，垂直波束開角影響側(cè)掃聲吶的覆蓋寬度，開角越大，覆蓋范圍就越大，在聲吶正下放的盲區(qū)就越小。只耍了解了這些指標，側(cè)掃聲吶的性能就大致知道To3側(cè)掃聲吶基本系統(tǒng)組成和

7、功能側(cè)掃聲吶基本系統(tǒng)的組成一般包括工作站、絞車、拖魚、熱敏記錄器或打印機（可選件）、GPS接收機（可選件）及其它外部設備等。3.1工作站工作站是側(cè)掃聲吶的核心，它控制整個系統(tǒng)的工作，具有數(shù)據(jù)接收、采集、處理、顯示、存儲及圖形鑲嵌、圖象處理等功能。它由碩件和軟件兩部分組成，碩件主耍包括一臺高性能的主計算機及接收機，軟件包括系統(tǒng)軟件和應用軟件。3.2絞車與拖曳電纜絞車是側(cè)掃聲吶必不可少的設備，曲絞車和吊桿兩部分組成，其主要的作用是對拖尙進行拖曳操作。絞車有電動、手動和液壓等幾種型號，它們各有利弊，可以根據(jù)實際

8、的使用環(huán)境來選擇。一般在淺海小船作業(yè)時，可以選擇手動絞車，體積小，質(zhì)量輕，搬運比較方便，而冃不需要電源。在深海大船使用時，可以選擇電動或液壓的絞車，液壓絞車收放比較方便，但價格一般都比較貴，電動絞車在性能價格比上有一定的優(yōu)勢。拖曳電纜安裝在絞車上，其--頭與絞車上的滑環(huán)相連，另一頭與側(cè)掃聲吶的魚休相連。拖纜有兩個作用，第一是對拖魚進行拖曳操作，保證拖魚在拖曳狀態(tài)下的安全；第二是通過電纜傳遞信號。拖纜有兩種類型，強度增強的多芯輕