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26

2024

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08

海底測(cè)繪成像中可以用到的聲納方法

作者：

天津智匯海洋

海底測(cè)繪成像中可以用到的聲納方法

 

在海洋科學(xué)、海洋工程和海洋資源開(kāi)發(fā)利用等領(lǐng)域，海底測(cè)繪成像是一項(xiàng)至關(guān)重要的基礎(chǔ)性工作。聲納技術(shù)，作為水下探測(cè)和成像的重要手段，憑借其良好的優(yōu)勢(shì)在海底測(cè)繪中發(fā)揮著不可替代的作用。

 

側(cè)掃聲納成像
側(cè)掃聲納成像是一種通過(guò)發(fā)射水平方向的聲波束，對(duì)海底進(jìn)行側(cè)向掃描的聲學(xué)測(cè)量技術(shù)。該技術(shù)利用回聲測(cè)距原理，通過(guò)拖曳式設(shè)備在海水中航行，并在拖魚(yú)的兩側(cè)各產(chǎn)生一束與航向垂直的扇形波束。當(dāng)聲波遇到海底地形或水下物體時(shí)，會(huì)發(fā)生反射，反射回來(lái)的聲波被換能器接收并轉(zhuǎn)化為電信號(hào)進(jìn)行處理。通過(guò)分析這些電信號(hào)，可以繪制出海底的二維圖像，揭示海底地形的起伏、底質(zhì)類(lèi)型等特征。

 

側(cè)掃聲納成像廣泛應(yīng)用于海底地貌調(diào)查、沉船搜索、海底管道鋪設(shè)等領(lǐng)域。其優(yōu)點(diǎn)在于能夠直觀、大范圍地探測(cè)海底信息，且作業(yè)效率較高。然而，由于航速不穩(wěn)定或海洋環(huán)境因素的影響，圖像可能會(huì)出現(xiàn)變形失真，需要通過(guò)圖像插值、姿態(tài)矯正和拼接等技術(shù)進(jìn)行處理，以提高圖像的清晰度和準(zhǔn)確性。

 

 

多波束聲納成像
多波束聲納成像是一種近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的聲納成像方法，相比于側(cè)掃聲納成像，它具有更高的分辨率和更準(zhǔn)確的成像能力。該技術(shù)通過(guò)船舶上的聲納設(shè)備，同時(shí)發(fā)射多個(gè)波束的聲波信號(hào)，并接收反射回來(lái)的聲波信號(hào)。這些信號(hào)經(jīng)過(guò)處理后，可以合成一幅高分辨率的海底地形圖，展現(xiàn)海底的詳細(xì)形態(tài)和細(xì)節(jié)。

 

多波束聲納成像技術(shù)具有測(cè)量速度快、覆蓋范圍廣、數(shù)據(jù)量大等優(yōu)點(diǎn)，是海洋測(cè)繪領(lǐng)域的重要技術(shù)手段。其寬覆蓋高分辨的特點(diǎn)使得該技術(shù)在大范圍海底地形測(cè)繪中表現(xiàn)出色。此外，Multi-Ping技術(shù)和橫搖穩(wěn)定技術(shù)的應(yīng)用，進(jìn)一步提高了多波束聲納成像的精度和穩(wěn)定性。

 

合成孔徑聲吶
合成孔徑聲吶，也稱為“虛擬孔徑側(cè)掃聲吶”，是在側(cè)掃聲吶基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的高分辨成像聲吶。其基本原理是通過(guò)小孔徑聲吶基陣在航跡向上的移動(dòng)，通過(guò)對(duì)照射信號(hào)的不斷相干累加處理，得到一個(gè)等效的虛擬大孔徑基陣，以獲得相對(duì)較高的分辨率。

 

合成孔徑聲吶的成像分辨率遠(yuǎn)高于側(cè)掃聲吶，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)目標(biāo)的精細(xì)化測(cè)量。然而，其技術(shù)實(shí)現(xiàn)較為復(fù)雜，需要高精度的成像算法和運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償技術(shù)來(lái)確保成像質(zhì)量。目前，該技術(shù)已經(jīng)從原理驗(yàn)證階段走向了工程化、產(chǎn)品化階段，并在海洋測(cè)繪、海洋地質(zhì)調(diào)查等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。

 

聲納成像技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)
隨著科技的進(jìn)步和海洋測(cè)繪需求的不斷增加，聲納成像技術(shù)正朝著更高分辨率、更深探測(cè)能力和更智能化方向發(fā)展。未來(lái)，聲納成像技術(shù)將更加注重高精度、高效率的測(cè)量需求，不斷提高測(cè)量精度和數(shù)據(jù)處理能力。同時(shí)，隨著多源數(shù)據(jù)融合技術(shù)和人工智能技術(shù)的發(fā)展，聲納成像技術(shù)將與其他測(cè)量手段相結(jié)合，形成更加完善的海洋測(cè)繪體系，為科學(xué)研究、資源開(kāi)發(fā)和海洋工程建設(shè)提供更加全面和準(zhǔn)確的信息支持。


聲納技術(shù)在海底測(cè)繪成像中發(fā)揮著不可替代的作用。通過(guò)側(cè)掃聲納成像、多波束聲納成像和合成孔徑聲吶等技術(shù)的應(yīng)用，我們可以高效、準(zhǔn)確地獲取海底地形地貌數(shù)據(jù)，繪制出精細(xì)的海底地形圖。隨著技術(shù)的不斷發(fā)展和完善，聲納成像技術(shù)將在海洋測(cè)繪領(lǐng)域發(fā)揮更加重要的作用，為人類(lèi)的海洋活動(dòng)提供更加準(zhǔn)確和全面的信息支持。
 

聲吶技術(shù),側(cè)掃聲吶