旁側(cè)聲納探測

旁側(cè)聲納探測SideScanSonarexploretion一

旁側(cè)聲納探測概述主要用途旁側(cè)聲納探測屬于高分辨率聲信號海底探測方法，廣泛地應(yīng)用海底目標(biāo)探測，國家海洋劃界調(diào)查，海洋地質(zhì)，海洋工程調(diào)查，海底地貌調(diào)查，港口碼頭調(diào)查，海洋通信路由調(diào)查。

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、沙波沙脊和海底滑坡等，如果能和測深、海底取樣、淺地層剖面進(jìn)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嵌圖，直觀的了解海底呈現(xiàn)的地貌地質(zhì)現(xiàn)象。旁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

聲納的探測的描述聲納的探測原理和測深相似，它所發(fā)射的波束垂直于船的走向，主波束的軸與海底有一的角度，向船兩側(cè)擴(kuò)展的寬度隨量程不同可達(dá)數(shù)百米。旁掃聲納記錄儀上顯示的圖像與下列因素有關(guān)：海底聲學(xué)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；反射回程距離。這兩種因素對記錄圖像的特征會產(chǎn)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。一般來說粗粒沉積物的反射比細(xì)粒沉積物的反射強(qiáng)。旁側(cè)聲納的主要類型:高、中、低頻側(cè)掃聲納懸掛式、拖扯式側(cè)掃聲納單、雙頻式側(cè)掃聲納單波束與雙波束側(cè)掃聲納CW脈沖和調(diào)頻脈沖側(cè)掃聲納SandridgesSeabedpipelineFig.4Sandridgesandseabedpipeline(surveyedbySimradEM3000multibeamechoSounder)海底管線沙脊EM3000聲納的高清晰海底側(cè)掃圖象二、側(cè)掃聲納的工作原理水平開角垂直開角左換能器陣列右換能器陣列旁側(cè)聲納側(cè)掃工作原理示意圖航向AABCD掃描區(qū)安放在船兩側(cè)的左右兩換能器陣列同時向船兩側(cè)發(fā)射有一定水平和垂直開角的波束并分別接收來自海底ABCD和EFGH梯形面積的反射和散射波束圖象；并在顯示設(shè)備上分別用不同色度來表示海底不同特征一條反映海底信息且與測線垂直的線型圖象，而且船在行進(jìn)中定時發(fā)射接收和顯示，按周期發(fā)射脈沖波束。EFGH側(cè)掃波的與海底形狀關(guān)系無回波陰影區(qū)海底換能器陣列不規(guī)則海底時的側(cè)掃波方向示意圖*由換能器垂直到海底的聲波為反射波，而且波束在海底的投影面積最小*遠(yuǎn)離換能器非垂直海底的波束投影到海底的面積大，其回波為散射波；*整個波束在海底的掃描陰影呈現(xiàn)梯形狀*在不規(guī)則且起伏大的海底，由于側(cè)掃角度的原因會產(chǎn)生無回波的陰影區(qū)*回波的強(qiáng)弱與海底結(jié)構(gòu)性質(zhì)有關(guān)側(cè)掃聲納的主要技術(shù)指標(biāo)工作頻率（與探測深度有關(guān)）最大作用距離波束的開角脈沖寬度分辨率覆蓋寬度CS-1型側(cè)掃儀器的技術(shù)指標(biāo)與使用要求工作頻率：100kHZ500KHZ最大作用距離:2×(650-750)m2×(120-150)m波束的開角水平1°/垂直40°水平0.2°/垂直40°脈沖寬度0.4ms0.05ms技術(shù)使用要求：最大工作深度300米正常航速1－6kn適應(yīng)海況4級工作溫度0-40度無故障時間>600h平均故障維修時間<0.5h濕度≤93%CS-1聲納系統(tǒng)的基本組成GPS工作站記錄器絞車拖魚探頭控制中心CS-1聲納系統(tǒng)組成框圖中心控制器任務(wù)：在軟件的配合下，控制整個系統(tǒng)的工作，包括數(shù)據(jù)的發(fā)射控制，回波數(shù)據(jù)的采集接收、處理與顯示以及圖象的處理與鑲嵌，目標(biāo)的測量等功能。拖魚（發(fā)射與接收換能器探頭）結(jié)構(gòu)：由前部和后部兩部分組成前部：魚頭，換能器艙，拖鉤后部：電子槍，魚尾，魚翼功能：由電子槍產(chǎn)生的聲脈沖經(jīng)驅(qū)動后由發(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(jīng)放大和濾波后輸送給主控制器。收發(fā)換能器電子槍頭部尾部拖鉤尾翼聲波聲納探測的定位設(shè)備船載式差分DGPS定位系統(tǒng)型號為：TRIMBLE--212H精度為：±2.0米Seapath2000型旁測聲納側(cè)掃儀

挪威Simrad公司生產(chǎn)技術(shù)指標(biāo):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要求粗測：對目標(biāo)海區(qū)進(jìn)行大面積的海底測量，

初步查明測區(qū)目標(biāo)的位置、高度、走向等

測線要垂直構(gòu)造走向，相鄰測線要相互重疊不出現(xiàn)漏測區(qū)。細(xì)測：在粗測的基礎(chǔ)上，對已知目標(biāo)的進(jìn)一步的測量以確定目標(biāo)的存在；對特定目標(biāo)要鎖定幾個方向?qū)δ繕?biāo)進(jìn)行確定。側(cè)掃聲納測量的實施側(cè)掃前的準(zhǔn)備：

1.調(diào)試檢查儀器確保系統(tǒng)正常工作

2.進(jìn)行靜動態(tài)試驗，確定最佳儀器參數(shù)與探測工作參數(shù)。

3.搜集了解測區(qū)概況：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

5.設(shè)計確定測掃實施方案與測線設(shè)計測掃的海上實施按照設(shè)計方案進(jìn)入測區(qū)沿測線實施測量測掃資料的分析整理檢查定位與聲圖資料質(zhì)量對聲圖資料進(jìn)行綜合分析整理內(nèi)容：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；海底微地貌特征及其分布范圍；確定障礙物的性質(zhì)：位置、高度、與海底接觸關(guān)系繪制測區(qū)測掃圖編寫測掃報告測掃聲圖資料的分析解釋聲納圖的特點：用灰度強(qiáng)弱反映物體的形狀人員判度須知：了解聲圖特征和相關(guān)知識（照相、定位、地貌、航海、測深等）掌握判度方法。聲圖特性分類：

--目標(biāo)圖象（如沉船、礁石、海底管線等）

--海底地貌圖象：海底底質(zhì)圖象（砂帶巖石等）

--海底起伏圖象（沙坡，沙洲，溝槽，沙丘等）

--水體圖象（水體散射，溫度階層，海面反射等）

--干擾圖象（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測掃聲圖資料的分析解釋聲圖判讀特征（分析依據(jù)）

--形狀特征：反映目標(biāo)性質(zhì)與地貌類型

--大小特征：反映在聲圖上聲波特征的大小

--色調(diào)與顏色特征

--陰影特征：無回波區(qū)域，陰影長度反映目標(biāo)高度

--紋形特征：聲圖上由灰階強(qiáng)度形成的各種形態(tài)的點、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。

--相關(guān)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(guān)圖象；如：沉船圖象周圍伴隨出現(xiàn)的堆積和溝槽圖象等。側(cè)掃圖象的的整理解釋聲圖象的判讀方法

--直讀判讀法：利用聲圖特征直接判讀

--對比判讀法：同測線的粗測細(xì)測兩記錄圖象對比

--相鄰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：根據(jù)各個方面的資料信息進(jìn)行綜合分析與評判聲圖資料分析示例SandridgesSeabedpipelineFig.4Sandridgesandseabedpipeline(surveyedbySimradEM3000multibeamechoSounder)海底管線示例分析海底飛機(jī)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岸線區(qū)域的海底屬于沙質(zhì)海底,由于該區(qū)域常年受臺風(fēng)和海流的影響,使海底地形的形態(tài)各異,而且形成以沙脊為主線的沙波沙丘狀海底地形.其沙波的形態(tài)時常受風(fēng)和流及其海底附著物體的影響使其形態(tài)時常改變,從而也會引起海底環(huán)境的改變.分析聲納圖象資料即可以準(zhǔn)確地揭示海底的形態(tài)及其海底附著物體.北部灣古海岸位置圖沙質(zhì)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)育的砂質(zhì)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丘或沙波。后者是砂質(zhì)海底最常見的底形地貌.沙丘或沙波的運移可以掏空或掩埋海底管線與導(dǎo)致建筑物基礎(chǔ)失衡.沙丘或沙波的運移標(biāo)志著海洋環(huán)境的變化，所以引起了許多的學(xué)者的重視。北部灣的淺中深區(qū)域的聲納海底形態(tài)沙波形態(tài)和地形圖深水區(qū)中區(qū)淺水區(qū)東1km北部灣海底沙質(zhì)地形的聲納圖象臺風(fēng)前后的海底形態(tài)對比沖蝕溝槽b.臺風(fēng)后懸跨段臺風(fēng)后出現(xiàn)沖蝕溝槽的區(qū)域a.臺風(fēng)前光纜懸跨段北部灣海底沙波沙脊形態(tài)聲納圖象

臺風(fēng)對次一級的小沙波及其海底管線的影響a.臺風(fēng)前b.臺風(fēng)后海底管線沙波小沙波

臺風(fēng)前后海底地形變化對比圖

臺風(fēng)后海底出現(xiàn)沖蝕凹坑和沖蝕溝槽。并且造成了兩條沙波移動，移動了30～40米，沙波的高度也有所增大

原沙波移動并增大的沙波a臺風(fēng)前b臺風(fēng)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(fēng)前b.臺風(fēng)后淘蝕坑沙波演化對比分析圖，臺風(fēng)后沙波消失，海底平坦，管線懸跨消除a.臺風(fēng)前b.臺風(fēng)后沙波可能是人工沙堆沙脊、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水深在20-25m沙波形狀和移動情況對比圖臺風(fēng)前臺風(fēng)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28-30m的沙波對比圖

123臺風(fēng)前臺風(fēng)后臺風(fēng)前后的對照側(cè)掃圖解釋在水深（28-30m）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2.5m，波長為50m，在臺風(fēng)后，仍能辯出，但形狀很不清晰，在臺風(fēng)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5m左右，波長為126m，臺風(fēng)后波長為4-5m，波長大于100m，臺風(fēng)對其影響不是很大，走向仍是NE-SW向；第三種呈群體出現(xiàn)，波長和波高較小，波高在1m左右，波長30-50m臺風(fēng)對它們影響較大，臺風(fēng)后，沙波群中較小的消失，沙波的數(shù)量減少，并且能夠保存下來的沙波其波高變?yōu)?m，波長大于50m，呈現(xiàn)出增大的趨勢。水深在30-34m處沙波變化情況

在水深30-34m處，沙波發(fā)育良好，中等沙波（相對于小沙波而言）呈線形，沙波走向呈東北-西南向，波高為3米左右，波長為50-70m，小沙波為呈枝形，沙波走向近東西向，小沙波波高為1m左右，大部分<1m，臺風(fēng)過后小沙波消失或者減小（如圖）。中等沙波變化趨勢是沙波數(shù)量減少，高度增加波高在3-3.5m之間，增大的幅度不大，臺風(fēng)后向東南方向移動的距離為30-50m。小沙波小沙波消失中等沙波發(fā)育地區(qū)中等沙波發(fā)育地區(qū)小沙波區(qū)小沙波區(qū)臺風(fēng)前臺風(fēng)后水深34-37m臺風(fēng)前后沙波形狀對比圖

在水深35-40m處均可看見沙波的存在，圖中表示的長度為1200m的距離，此處的沙波較小，臺風(fēng)前，波高為1-2m，波長為40-70m，走向為由西北-東南向東-西變化；在小沙波區(qū)，波高0.3-0.7m，波長為2