旁側聲納探測課件

1、旁側聲納探測旁側聲納探測Side Scan Sonar exploretion一一 旁側聲納探測概述旁側聲納探測概述主要用途主要用途旁側聲納探測屬于高分辨率聲旁側聲納探測屬于高分辨率聲信號海底探測方法，廣泛地應信號海底探測方法，廣泛地應用海底目標探測，國家海洋劃用海底目標探測，國家海洋劃界調查，海洋地質，海洋工程界調查，海洋地質，海洋工程調查，海底地貌調查，港口碼調查，海底地貌調查，港口碼頭調查，海洋通信路由調查頭調查，海洋通信路由調查。 聲納的探測的描述聲納的探測的描述 旁掃聲納在海底不穩(wěn)定性的勘測中，是一個重要旁掃聲納在海底不穩(wěn)定性的勘測中，是一個重要的工具?？捎糜谧R別海底微觀和宏觀的特征

2、，如的工具?？捎糜谧R別海底微觀和宏觀的特征，如海底溝谷、泥火山、沉溺物、沙波沙脊和海底滑海底溝谷、泥火山、沉溺物、沙波沙脊和海底滑坡等，如果能和測深、海底取樣、淺地層剖面進坡等，如果能和測深、海底取樣、淺地層剖面進行綜合解釋時，還可以判別海底沉積的巖性行綜合解釋時，還可以判別海底沉積的巖性 如果在特定的區(qū)加密測線，可以做出旁測聲納鑲如果在特定的區(qū)加密測線，可以做出旁測聲納鑲嵌圖，直觀的了解海底呈現(xiàn)的地貌地質現(xiàn)象。旁嵌圖，直觀的了解海底呈現(xiàn)的地貌地質現(xiàn)象。旁掃聲納由三部分組成：水下拖曳的換能器，即拖掃聲納由三部分組成：水下拖曳的換能器，即拖魚；電纜；和記錄器魚；電纜；和記錄器 聲納的探測的描述聲

3、納的探測的描述 聲納的探測原理和測深相似，它所發(fā)射的波束垂聲納的探測原理和測深相似，它所發(fā)射的波束垂直于船的走向，主波束的軸與海底有一的角度，直于船的走向，主波束的軸與海底有一的角度，向船兩側擴展的寬度隨量程不同可達數(shù)百米。旁向船兩側擴展的寬度隨量程不同可達數(shù)百米。旁掃聲納記錄儀上顯示的圖像與下列因素有關：海掃聲納記錄儀上顯示的圖像與下列因素有關：海底聲學反向散射特性，這些特性隨掠射角也就是底聲學反向散射特性，這些特性隨掠射角也就是主波束的軸與海底所成的角度的變化而變化；反主波束的軸與海底所成的角度的變化而變化；反射回程距離。這兩種因素對記錄圖像的特征會產射回程距離。這兩種因素對記錄圖像的特征

4、會產生很大的影響。因為從平坦海底反射回來的信號生很大的影響。因為從平坦海底反射回來的信號主要是隨沉積物的反射特征不同而變化。一般來主要是隨沉積物的反射特征不同而變化。一般來說粗粒沉積物的反射比細粒沉積物的反射強說粗粒沉積物的反射比細粒沉積物的反射強。 旁側聲納的主要旁側聲納的主要類型類型: 高、中、低頻側掃高、中、低頻側掃聲納聲納 懸掛式、拖扯式側懸掛式、拖扯式側掃聲納掃聲納 單、雙頻式側掃聲單、雙頻式側掃聲納納 單波束與雙波束側單波束與雙波束側掃聲納掃聲納 CW脈沖和調頻脈脈沖和調頻脈沖側掃聲納沖側掃聲納Sand ridgesSeabed pipelineFig.4 Sand ridges

5、and seabed pipeline(surveyed by Simrad EM3000 multibeam echo Sounder)海底管線海底管線沙脊沙脊EM3000 聲納的高清晰海底側掃圖象聲納的高清晰海底側掃圖象二、側掃聲納的工作原理二、側掃聲納的工作原理水平開角垂直開角左換能左換能器陣列器陣列右換能右換能器陣列器陣列旁側聲納側掃工作原理示意圖旁側聲納側掃工作原理示意圖航向航向AABCD掃描區(qū)掃描區(qū)安放在船兩側的左右兩安放在船兩側的左右兩換能器陣列同時向船兩側發(fā)換能器陣列同時向船兩側發(fā)射有一定水平和垂直開角的射有一定水平和垂直開角的波束并分別接收來自海底波束并分別接收來自海底ABC

6、D和和EFGH梯形面積的反梯形面積的反射和散射波束圖象；并在顯射和散射波束圖象；并在顯示設備上分別用不同色度來示設備上分別用不同色度來表示海底不同特征表示海底不同特征一條反映一條反映海底信息且與測線垂直的線海底信息且與測線垂直的線型圖象型圖象，而且船在行進中定，而且船在行進中定時發(fā)射接收和顯示，按周期時發(fā)射接收和顯示，按周期發(fā)射脈沖波束。發(fā)射脈沖波束。EFGH側掃波的與海底形狀關系側掃波的與海底形狀關系無回波陰影區(qū)無回波陰影區(qū)海底海底換能器陣列換能器陣列不規(guī)則海底時的側掃波方向示意圖不規(guī)則海底時的側掃波方向示意圖*由換能器垂直到海底的聲波由換能器垂直到海底的聲波為反射波，而且波束在海底的為反射

7、波，而且波束在海底的投影面積最小投影面積最小*遠離換能器非垂直海底的波遠離換能器非垂直海底的波束投影到海底的面積大，其回束投影到海底的面積大，其回波為散射波；波為散射波；*整個波束在海底的掃描陰影整個波束在海底的掃描陰影呈現(xiàn)梯形狀呈現(xiàn)梯形狀*在不規(guī)則且起伏大的海底，在不規(guī)則且起伏大的海底，由于側掃角度的原因會產生無由于側掃角度的原因會產生無回波的陰影區(qū)回波的陰影區(qū)*回波的強弱與海底結構性質回波的強弱與海底結構性質有關有關側掃聲納的主要技術指標側掃聲納的主要技術指標 工作頻率（與探測深度有關）工作頻率（與探測深度有關） 最大作用距離最大作用距離 波束的開角波束的開角 脈沖寬度脈沖寬度 分辨率分辨

8、率 覆蓋寬度覆蓋寬度CS-1型側掃儀器的技術指標與使用要求型側掃儀器的技術指標與使用要求 工作頻率：工作頻率： 100kHZ 500KHZ 最大作用距離最大作用距離: 2(650-750)m 2(120-150)m 波束的開角波束的開角 水平水平1/垂直垂直40 水平水平0.2/垂直垂直40 脈沖寬度脈沖寬度 0.4ms 0.05ms 技術使用要求：技術使用要求： 最大工作深度最大工作深度 300米米 正常航速正常航速 16kn 適應海況適應海況 4級級 工作溫度工作溫度 0- 40度度 無故障時間無故障時間 600h 平均故障維修時間平均故障維修時間 0.5h 濕度濕度 93%CS-1 聲納

9、系統(tǒng)的基本組成聲納系統(tǒng)的基本組成GPS工作站工作站記錄器記錄器絞車絞車拖魚探頭拖魚探頭控制中心控制中心CS-1聲納系統(tǒng)組成框圖聲納系統(tǒng)組成框圖中心控制器任務中心控制器任務：在軟件的配合下，在軟件的配合下，控制整個系統(tǒng)的工控制整個系統(tǒng)的工作，包括作，包括數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)的的發(fā)發(fā)射控制射控制，回波數(shù)據(jù)回波數(shù)據(jù)的采集接收、處理的采集接收、處理與顯示以及與顯示以及圖象的圖象的處理與鑲嵌處理與鑲嵌，目標，目標的測量等功能。的測量等功能。拖魚拖魚（發(fā)射與接收換能器探頭）（發(fā)射與接收換能器探頭） 結構：由前部和后部兩部分組成結構：由前部和后部兩部分組成 前部：魚頭，換能器艙，拖鉤前部：魚頭，換能器艙，拖鉤 后部：電

10、子槍，魚尾，魚翼后部：電子槍，魚尾，魚翼 功能：由電子槍產生的聲脈沖經驅動后由功能：由電子槍產生的聲脈沖經驅動后由發(fā)射換能器按一定角度向海底發(fā)射，再由發(fā)射換能器按一定角度向海底發(fā)射，再由接收換能器接收海底來得回波并經放大和接收換能器接收海底來得回波并經放大和濾波后輸送給主控制器。濾波后輸送給主控制器。收發(fā)換能器收發(fā)換能器電子槍電子槍頭部頭部尾部尾部拖鉤拖鉤尾尾翼翼聲波聲波聲納探測的定位設備聲納探測的定位設備 船載式差船載式差分分DGPS定位系統(tǒng)定位系統(tǒng)型號為：型號為：TRIMBLE-212H 精度為：精度為：2.0米米Seapath2000型旁測聲納側掃儀型旁測聲納側掃儀挪威Simrad公司生

11、產 技術指標: 測量參數(shù)精度 船首向Heading） 0.075 橫 搖（Roll）0.05 縱 搖（Pitch）0.05 起 伏（Heave）0.05m 位 置（Position）2.0m（95%CEP）聲納的探測方法實施聲納的探測方法實施要求要求 粗測粗測：對目標海區(qū)進行大面積的海底測量，：對目標海區(qū)進行大面積的海底測量， 初步查明初步查明測區(qū)目標的測區(qū)目標的位置、高度、走向位置、高度、走向等等 測線要測線要垂直構造走向，相鄰測線要相互重疊垂直構造走向，相鄰測線要相互重疊 不出現(xiàn)漏測區(qū)。不出現(xiàn)漏測區(qū)。 細測細測：在粗測的基礎上，對已知目標的：在粗測的基礎上，對已知目標的進一進一步的測量步的

12、測量以以確定目標的存在確定目標的存在；對特定目標要；對特定目標要鎖定幾個方向對目標進行確定。鎖定幾個方向對目標進行確定。側掃聲納測量的實施側掃聲納測量的實施 側掃前的準備：側掃前的準備： 1. 調試檢查儀器確保系統(tǒng)正常工作調試檢查儀器確保系統(tǒng)正常工作 2. 進行靜動態(tài)試驗，確定最佳儀器參數(shù)與探測工進行靜動態(tài)試驗，確定最佳儀器參數(shù)與探測工 作參數(shù)。作參數(shù)。 3. 搜集了解測區(qū)概況：搜集了解測區(qū)概況： 水深、地貌、障礙物、潮流、流向、氣象等水深、地貌、障礙物、潮流、流向、氣象等 4. 確定測船的航速、吃水等確定測船的航速、吃水等 5. 設計確定測掃實施方案與測線設計設計確定測掃實施方案與測線設計

13、測掃的海上實施測掃的海上實施 按照設計方案進入測區(qū)沿測線實施測量按照設計方案進入測區(qū)沿測線實施測量 測掃資料的分析整理測掃資料的分析整理 檢查定位與聲圖資料質量檢查定位與聲圖資料質量 對聲圖資料進行綜合分析整理內容：對聲圖資料進行綜合分析整理內容： 水深與海底沉積物的分布特點；水深與海底沉積物的分布特點； 聲圖反映海底地貌特征的可信度；聲圖反映海底地貌特征的可信度； 海底微地貌特征及其分布范圍；海底微地貌特征及其分布范圍； 確定障礙物的性質：位置、高度、確定障礙物的性質：位置、高度、 與海底接觸關系與海底接觸關系 繪制測區(qū)測掃圖繪制測區(qū)測掃圖 編寫測掃報告編寫測掃報告測掃聲圖資料的分析解釋測掃

14、聲圖資料的分析解釋 聲納圖的特點聲納圖的特點：用：用灰度強弱灰度強弱反映物體的反映物體的形狀形狀 人員判度須知人員判度須知：了解聲圖特征和相關知識（照相、：了解聲圖特征和相關知識（照相、定位、地貌、航海、測深等）掌握判度方法。定位、地貌、航海、測深等）掌握判度方法。 聲圖特性分類聲圖特性分類： -目標圖象目標圖象（如沉船、礁石、海底管線等）（如沉船、礁石、海底管線等） -海底地貌圖象海底地貌圖象：海底底質圖象（砂帶巖石等）：海底底質圖象（砂帶巖石等） -海底起伏圖象海底起伏圖象（沙坡，沙洲，溝槽，沙丘等）（沙坡，沙洲，溝槽，沙丘等） -水體圖象水體圖象（水體散射，溫度階層，海面反射等）（水體散

15、射，溫度階層，海面反射等） -干擾圖象干擾圖象（換能器陣列的搖擺，海海底與水體的（換能器陣列的搖擺，海海底與水體的混響，電子儀器的干擾圖象混響，電子儀器的干擾圖象測掃聲圖資料的分析解釋測掃聲圖資料的分析解釋 聲圖判讀特征（分析依據(jù)）聲圖判讀特征（分析依據(jù)） -形狀特征：反映目標性質與地貌類型形狀特征：反映目標性質與地貌類型 -大小特征：反映在聲圖上聲波特征的大小大小特征：反映在聲圖上聲波特征的大小 -色調與顏色特征色調與顏色特征 -陰影特征：無回波區(qū)域，陰影長度反映目標高度陰影特征：無回波區(qū)域，陰影長度反映目標高度 -紋形特征：聲圖上由灰階強度形成的各種形態(tài)的紋形特征：聲圖上由灰階強度形成的各

16、種形態(tài)的點、線、環(huán)、條帶、柵狀的聲圖像。如，沙波為點、線、環(huán)、條帶、柵狀的聲圖像。如，沙波為波狀形態(tài)，魚群為橢圓、燕尾狀。波狀形態(tài)，魚群為橢圓、燕尾狀。 -相關特征：指伴隨某特定圖象同時出現(xiàn)無固定紋相關特征：指伴隨某特定圖象同時出現(xiàn)無固定紋形特征的相關圖象；如：沉船圖象周圍伴隨出現(xiàn)形特征的相關圖象；如：沉船圖象周圍伴隨出現(xiàn)的堆積和溝槽圖象等。的堆積和溝槽圖象等。側掃圖象的的整理解釋側掃圖象的的整理解釋 聲圖象的判讀方法聲圖象的判讀方法 -直讀判讀法：利用聲圖特征直接判讀直讀判讀法：利用聲圖特征直接判讀 -對比判讀法：同測線的對比判讀法：同測線的粗測細測粗測細測兩記錄圖象對比兩記錄圖象對比 -相

17、鄰測線之間的相互對比相鄰測線之間的相互對比 -相交測線之間的相互對比相交測線之間的相互對比 -綜合分析的推理判讀：綜合分析的推理判讀： 根據(jù)各個方面的資料信息進行綜合分析與評判根據(jù)各個方面的資料信息進行綜合分析與評判聲圖資料分析示例聲圖資料分析示例Sand ridgesSeabed pipelineFig.4 Sand ridges and seabed pipeline(surveyed by Simrad EM3000 multibeam echo Sounder)海海底底管管線線示例分析示例分析 海底飛機與沉船圖象海底飛機與沉船圖象北部灣海底沙波沙脊形態(tài)聲納圖象分析北部灣海底沙波沙脊形態(tài)

18、聲納圖象分析 北部灣海岸線區(qū)域的海底屬于沙質海底北部灣海岸線區(qū)域的海底屬于沙質海底,由于該區(qū)域常年受臺風和海流的影響由于該區(qū)域常年受臺風和海流的影響,使使海底地形的形態(tài)各異海底地形的形態(tài)各異,而且形成以沙脊為而且形成以沙脊為主線的沙波沙丘狀海底地形主線的沙波沙丘狀海底地形. 其沙波的形態(tài)時常受風和流及其海底附其沙波的形態(tài)時常受風和流及其海底附著物體的影響使其形態(tài)時常改變著物體的影響使其形態(tài)時常改變,從而也從而也會引起海底環(huán)境的改變會引起海底環(huán)境的改變. 分析聲納圖象資料即可以準確地揭示海分析聲納圖象資料即可以準確地揭示海底的形態(tài)及其海底附著物體底的形態(tài)及其海底附著物體. 北北部部灣灣古古海海岸

19、岸位位置置圖圖沙質海底形態(tài)及其影響描述沙質海底形態(tài)及其影響描述 陸架水流塑造底沙成各種底形，沿主流發(fā)陸架水流塑造底沙成各種底形，沿主流發(fā)育的砂質崗地成為水下沙脊育的砂質崗地成為水下沙脊. 垂直于主水流方向的丘狀底形成為水下沙垂直于主水流方向的丘狀底形成為水下沙丘或沙波。后者是砂質海底最常見的底形丘或沙波。后者是砂質海底最常見的底形地貌地貌. 沙丘或沙波的運移可以掏空或掩埋海底管沙丘或沙波的運移可以掏空或掩埋海底管線與導致建筑物基礎失衡線與導致建筑物基礎失衡. 沙丘或沙波的運移標志著海洋環(huán)境的變化，沙丘或沙波的運移標志著海洋環(huán)境的變化，所以引起了許多的學者的重視。所以引起了許多的學者的重視。 北

20、部灣的淺中深區(qū)域的聲納海底形態(tài)北部灣的淺中深區(qū)域的聲納海底形態(tài) 沙沙波波形形態(tài)態(tài)和和地地形形圖圖深水區(qū)中區(qū)淺水區(qū)東1km北部灣海底沙質地形的聲納圖象北部灣海底沙質地形的聲納圖象 臺臺風風前前后后的的海海底底形形態(tài)態(tài)對對比比沖蝕溝槽b.臺風后臺風后懸跨段臺風后出現(xiàn)沖蝕溝槽的區(qū)域a. 臺風前臺風前光纜懸跨段北部灣海底沙波沙脊形態(tài)聲納圖象北部灣海底沙波沙脊形態(tài)聲納圖象 臺風臺風對次對次一級一級的小的小沙波沙波及其及其海底海底管線管線的影的影響響a.臺風前臺風前b.臺風后海底管線沙波小沙波 臺風前后海底地形變化對比圖臺風前后海底地形變化對比圖 臺風后臺風后海底出海底出現(xiàn)沖蝕現(xiàn)沖蝕凹坑和凹坑和沖蝕溝沖蝕

21、溝槽。并槽。并且造成且造成了兩條了兩條沙波移沙波移動，移動，移動了動了3040米，沙米，沙波的高波的高度也有度也有所增大所增大 原沙波移動并增大的沙波a臺風前b臺風后管線沖蝕溝槽人工沙堆沖蝕凹坑管線處海底的淘蝕圖 a.臺風前臺風前b.臺風后臺風后淘蝕坑 沙波演化對比分析圖， 臺風后沙波消失，海底平坦，管線懸跨消除 a.臺風前臺風前b.臺風后臺風后沙波可能是人工沙堆 沙脊、沙波的移動沙脊、沙波的移動 淺水區(qū)的多波束資料對比沿沙脊的多波束剖面沙脊沙脊水深在20-25m 沙波形狀和移動情況對比圖 臺風前臺風后第一部分第二部分第三部分第一部分第二部分第三部分水深在水深在28-30m的沙波對比圖的沙波對

22、比圖 123臺風前臺風后臺風前后的對照側掃圖解釋臺風前后的對照側掃圖解釋 在水深（在水深（28-30m）可以看到三種不同的沙波，）可以看到三種不同的沙波，第一種是呈彎月形的沙波，波高為第一種是呈彎月形的沙波，波高為2.5m，波長為，波長為50m，在臺風后，仍能辯出，但形狀很不清晰，在，在臺風后，仍能辯出，但形狀很不清晰，在臺風后的多波束圖中也不能清楚看到管線，臺風后的多波束圖中也不能清楚看到管線， 第二種是較大的沙波，它的波高在第二種是較大的沙波，它的波高在5m左右，波左右，波長為長為126m，臺風后波長為，臺風后波長為4-5m，波長大于，波長大于100m，臺風對其影響不是很大，走向仍是臺風對其影響不是很大，走向仍是NE-SW向；向； 第三種呈群體出現(xiàn)，波長和波高較小，波高在第三種呈群體出現(xiàn)，波長和波高較小，波高在1m左右，波長左右，波長30-50m臺風對它們影響較大，臺風后，臺風對它們影響較大，臺風后，沙波群中較小的消