旁侧声纳探测课件

1、旁侧声纳探测旁侧声纳探测Side Scan Sonar exploretion一一 旁侧声纳探测概述旁侧声纳探测概述主要用途主要用途旁侧声纳探测属于高分辨率声旁侧声纳探测属于高分辨率声信号海底探测方法，广泛地应信号海底探测方法，广泛地应用海底目标探测，国家海洋划用海底目标探测，国家海洋划界调查，海洋地质，海洋工程界调查，海洋地质，海洋工程调查，海底地貌调查，港口码调查，海底地貌调查，港口码头调查，海洋通信路由调查头调查，海洋通信路由调查。 声纳的探测的描述声纳的探测的描述 旁扫声纳在海底不稳定性的勘测中，是一个重要旁扫声纳在海底不稳定性的勘测中，是一个重要的工具。可用于识别海底微观和宏观的特征

2、，如的工具。可用于识别海底微观和宏观的特征，如海底沟谷、泥火山、沉溺物、沙波沙脊和海底滑海底沟谷、泥火山、沉溺物、沙波沙脊和海底滑坡等，如果能和测深、海底取样、浅地层剖面进坡等，如果能和测深、海底取样、浅地层剖面进行综合解释时，还可以判别海底沉积的岩性行综合解释时，还可以判别海底沉积的岩性 如果在特定的区加密测线，可以做出旁测声纳镶如果在特定的区加密测线，可以做出旁测声纳镶嵌图，直观的了解海底呈现的地貌地质现象。旁嵌图，直观的了解海底呈现的地貌地质现象。旁扫声纳由三部分组成：水下拖曳的换能器，即拖扫声纳由三部分组成：水下拖曳的换能器，即拖鱼；电缆；和记录器鱼；电缆；和记录器 声纳的探测的描述声

3、纳的探测的描述 声纳的探测原理和测深相似，它所发射的波束垂声纳的探测原理和测深相似，它所发射的波束垂直于船的走向，主波束的轴与海底有一的角度，直于船的走向，主波束的轴与海底有一的角度，向船两侧扩展的宽度随量程不同可达数百米。旁向船两侧扩展的宽度随量程不同可达数百米。旁扫声纳记录仪上显示的图像与下列因素有关：海扫声纳记录仪上显示的图像与下列因素有关：海底声学反向散射特性，这些特性随掠射角也就是底声学反向散射特性，这些特性随掠射角也就是主波束的轴与海底所成的角度的变化而变化；反主波束的轴与海底所成的角度的变化而变化；反射回程距离。这两种因素对记录图像的特征会产射回程距离。这两种因素对记录图像的特征

4、会产生很大的影响。因为从平坦海底反射回来的信号生很大的影响。因为从平坦海底反射回来的信号主要是随沉积物的反射特征不同而变化。一般来主要是随沉积物的反射特征不同而变化。一般来说粗粒沉积物的反射比细粒沉积物的反射强说粗粒沉积物的反射比细粒沉积物的反射强。 旁侧声纳的主要旁侧声纳的主要类型类型: 高、中、低频侧扫高、中、低频侧扫声纳声纳 悬挂式、拖扯式侧悬挂式、拖扯式侧扫声纳扫声纳 单、双频式侧扫声单、双频式侧扫声纳纳 单波束与双波束侧单波束与双波束侧扫声纳扫声纳 CW脉冲和调频脉脉冲和调频脉冲侧扫声纳冲侧扫声纳Sand ridgesSeabed pipelineFig.4 Sand ridges

5、and seabed pipeline(surveyed by Simrad EM3000 multibeam echo Sounder)海底管线海底管线沙脊沙脊EM3000 声纳的高清晰海底侧扫图象声纳的高清晰海底侧扫图象二、侧扫声纳的工作原理二、侧扫声纳的工作原理水平开角垂直开角左换能左换能器阵列器阵列右换能右换能器阵列器阵列旁侧声纳侧扫工作原理示意图旁侧声纳侧扫工作原理示意图航向航向AABCD扫描区扫描区安放在船两侧的左右两安放在船两侧的左右两换能器阵列同时向船两侧发换能器阵列同时向船两侧发射有一定水平和垂直开角的射有一定水平和垂直开角的波束并分别接收来自海底波束并分别接收来自海底ABC

6、D和和EFGH梯形面积的反梯形面积的反射和散射波束图象；并在显射和散射波束图象；并在显示设备上分别用不同色度来示设备上分别用不同色度来表示海底不同特征表示海底不同特征一条反映一条反映海底信息且与测线垂直的线海底信息且与测线垂直的线型图象型图象，而且船在行进中定，而且船在行进中定时发射接收和显示，按周期时发射接收和显示，按周期发射脉冲波束。发射脉冲波束。EFGH侧扫波的与海底形状关系侧扫波的与海底形状关系无回波阴影区无回波阴影区海底海底换能器阵列换能器阵列不规则海底时的侧扫波方向示意图不规则海底时的侧扫波方向示意图*由换能器垂直到海底的声波由换能器垂直到海底的声波为反射波，而且波束在海底的为反射

7、波，而且波束在海底的投影面积最小投影面积最小*远离换能器非垂直海底的波远离换能器非垂直海底的波束投影到海底的面积大，其回束投影到海底的面积大，其回波为散射波；波为散射波；*整个波束在海底的扫描阴影整个波束在海底的扫描阴影呈现梯形状呈现梯形状*在不规则且起伏大的海底，在不规则且起伏大的海底，由于侧扫角度的原因会产生无由于侧扫角度的原因会产生无回波的阴影区回波的阴影区*回波的强弱与海底结构性质回波的强弱与海底结构性质有关有关侧扫声纳的主要技术指标侧扫声纳的主要技术指标 工作频率（与探测深度有关）工作频率（与探测深度有关） 最大作用距离最大作用距离 波束的开角波束的开角 脉冲宽度脉冲宽度 分辨率分辨

8、率 覆盖宽度覆盖宽度CS-1型侧扫仪器的技术指标与使用要求型侧扫仪器的技术指标与使用要求 工作频率：工作频率： 100kHZ 500KHZ 最大作用距离最大作用距离: 2(650-750)m 2(120-150)m 波束的开角波束的开角 水平水平1/垂直垂直40 水平水平0.2/垂直垂直40 脉冲宽度脉冲宽度 0.4ms 0.05ms 技术使用要求：技术使用要求： 最大工作深度最大工作深度 300米米 正常航速正常航速 16kn 适应海况适应海况 4级级 工作温度工作温度 0- 40度度 无故障时间无故障时间 600h 平均故障维修时间平均故障维修时间 0.5h 湿度湿度 93%CS-1 声纳

9、系统的基本组成声纳系统的基本组成GPS工作站工作站记录器记录器绞车绞车拖鱼探头拖鱼探头控制中心控制中心CS-1声纳系统组成框图声纳系统组成框图中心控制器任务中心控制器任务：在软件的配合下，在软件的配合下，控制整个系统的工控制整个系统的工作，包括作，包括数据数据的的发发射控制射控制，回波数据回波数据的采集接收、处理的采集接收、处理与显示以及与显示以及图象的图象的处理与镶嵌处理与镶嵌，目标，目标的测量等功能。的测量等功能。拖鱼拖鱼（发射与接收换能器探头）（发射与接收换能器探头） 结构：由前部和后部两部分组成结构：由前部和后部两部分组成 前部：鱼头，换能器舱，拖钩前部：鱼头，换能器舱，拖钩 后部：电

10、子枪，鱼尾，鱼翼后部：电子枪，鱼尾，鱼翼 功能：由电子枪产生的声脉冲经驱动后由功能：由电子枪产生的声脉冲经驱动后由发射换能器按一定角度向海底发射，再由发射换能器按一定角度向海底发射，再由接收换能器接收海底来得回波并经放大和接收换能器接收海底来得回波并经放大和滤波后输送给主控制器。滤波后输送给主控制器。收发换能器收发换能器电子枪电子枪头部头部尾部尾部拖钩拖钩尾尾翼翼声波声波声纳探测的定位设备声纳探测的定位设备 船载式差船载式差分分DGPS定位系统定位系统型号为：型号为：TRIMBLE-212H 精度为：精度为：2.0米米Seapath2000型旁测声纳侧扫仪型旁测声纳侧扫仪挪威Simrad公司生

11、产 技术指标: 测量参数精度 船首向Heading） 0.075 横 摇（Roll）0.05 纵 摇（Pitch）0.05 起 伏（Heave）0.05m 位 置（Position）2.0m（95%CEP）声纳的探测方法实施声纳的探测方法实施要求要求 粗测粗测：对目标海区进行大面积的海底测量，：对目标海区进行大面积的海底测量， 初步查明初步查明测区目标的测区目标的位置、高度、走向位置、高度、走向等等 测线要测线要垂直构造走向，相邻测线要相互重叠垂直构造走向，相邻测线要相互重叠 不出现漏测区。不出现漏测区。 细测细测：在粗测的基础上，对已知目标的：在粗测的基础上，对已知目标的进一进一步的测量步的

12、测量以以确定目标的存在确定目标的存在；对特定目标要；对特定目标要锁定几个方向对目标进行确定。锁定几个方向对目标进行确定。侧扫声纳测量的实施侧扫声纳测量的实施 侧扫前的准备：侧扫前的准备： 1. 调试检查仪器确保系统正常工作调试检查仪器确保系统正常工作 2. 进行静动态试验，确定最佳仪器参数与探测工进行静动态试验，确定最佳仪器参数与探测工 作参数。作参数。 3. 搜集了解测区概况：搜集了解测区概况： 水深、地貌、障碍物、潮流、流向、气象等水深、地貌、障碍物、潮流、流向、气象等 4. 确定测船的航速、吃水等确定测船的航速、吃水等 5. 设计确定测扫实施方案与测线设计设计确定测扫实施方案与测线设计

13、测扫的海上实施测扫的海上实施 按照设计方案进入测区沿测线实施测量按照设计方案进入测区沿测线实施测量 测扫资料的分析整理测扫资料的分析整理 检查定位与声图资料质量检查定位与声图资料质量 对声图资料进行综合分析整理内容：对声图资料进行综合分析整理内容： 水深与海底沉积物的分布特点；水深与海底沉积物的分布特点； 声图反映海底地貌特征的可信度；声图反映海底地貌特征的可信度； 海底微地貌特征及其分布范围；海底微地貌特征及其分布范围； 确定障碍物的性质：位置、高度、确定障碍物的性质：位置、高度、 与海底接触关系与海底接触关系 绘制测区测扫图绘制测区测扫图 编写测扫报告编写测扫报告测扫声图资料的分析解释测扫

14、声图资料的分析解释 声纳图的特点声纳图的特点：用：用灰度强弱灰度强弱反映物体的反映物体的形状形状 人员判度须知人员判度须知：了解声图特征和相关知识（照相、：了解声图特征和相关知识（照相、定位、地貌、航海、测深等）掌握判度方法。定位、地貌、航海、测深等）掌握判度方法。 声图特性分类声图特性分类： -目标图象目标图象（如沉船、礁石、海底管线等）（如沉船、礁石、海底管线等） -海底地貌图象海底地貌图象：海底底质图象（砂带岩石等）：海底底质图象（砂带岩石等） -海底起伏图象海底起伏图象（沙坡，沙洲，沟槽，沙丘等）（沙坡，沙洲，沟槽，沙丘等） -水体图象水体图象（水体散射，温度阶层，海面反射等）（水体散

15、射，温度阶层，海面反射等） -干扰图象干扰图象（换能器阵列的摇摆，海海底与水体的（换能器阵列的摇摆，海海底与水体的混响，电子仪器的干扰图象混响，电子仪器的干扰图象测扫声图资料的分析解释测扫声图资料的分析解释 声图判读特征（分析依据）声图判读特征（分析依据） -形状特征：反映目标性质与地貌类型形状特征：反映目标性质与地貌类型 -大小特征：反映在声图上声波特征的大小大小特征：反映在声图上声波特征的大小 -色调与颜色特征色调与颜色特征 -阴影特征：无回波区域，阴影长度反映目标高度阴影特征：无回波区域，阴影长度反映目标高度 -纹形特征：声图上由灰阶强度形成的各种形态的纹形特征：声图上由灰阶强度形成的各

16、种形态的点、线、环、条带、栅状的声图像。如，沙波为点、线、环、条带、栅状的声图像。如，沙波为波状形态，鱼群为椭圆、燕尾状。波状形态，鱼群为椭圆、燕尾状。 -相关特征：指伴随某特定图象同时出现无固定纹相关特征：指伴随某特定图象同时出现无固定纹形特征的相关图象；如：沉船图象周围伴随出现形特征的相关图象；如：沉船图象周围伴随出现的堆积和沟槽图象等。的堆积和沟槽图象等。侧扫图象的的整理解释侧扫图象的的整理解释 声图象的判读方法声图象的判读方法 -直读判读法：利用声图特征直接判读直读判读法：利用声图特征直接判读 -对比判读法：同测线的对比判读法：同测线的粗测细测粗测细测两记录图象对比两记录图象对比 -相

17、邻测线之间的相互对比相邻测线之间的相互对比 -相交测线之间的相互对比相交测线之间的相互对比 -综合分析的推理判读：综合分析的推理判读： 根据各个方面的资料信息进行综合分析与评判根据各个方面的资料信息进行综合分析与评判声图资料分析示例声图资料分析示例Sand ridgesSeabed pipelineFig.4 Sand ridges and seabed pipeline(surveyed by Simrad EM3000 multibeam echo Sounder)海海底底管管线线示例分析示例分析 海底飞机与沉船图象海底飞机与沉船图象北部湾海底沙波沙脊形态声纳图象分析北部湾海底沙波沙脊形态

18、声纳图象分析 北部湾海岸线区域的海底属于沙质海底北部湾海岸线区域的海底属于沙质海底,由于该区域常年受台风和海流的影响由于该区域常年受台风和海流的影响,使使海底地形的形态各异海底地形的形态各异,而且形成以沙脊为而且形成以沙脊为主线的沙波沙丘状海底地形主线的沙波沙丘状海底地形. 其沙波的形态时常受风和流及其海底附其沙波的形态时常受风和流及其海底附着物体的影响使其形态时常改变着物体的影响使其形态时常改变,从而也从而也会引起海底环境的改变会引起海底环境的改变. 分析声纳图象资料即可以准确地揭示海分析声纳图象资料即可以准确地揭示海底的形态及其海底附着物体底的形态及其海底附着物体. 北北部部湾湾古古海海岸

19、岸位位置置图图沙质海底形态及其影响描述沙质海底形态及其影响描述 陆架水流塑造底沙成各种底形，沿主流发陆架水流塑造底沙成各种底形，沿主流发育的砂质岗地成为水下沙脊育的砂质岗地成为水下沙脊. 垂直于主水流方向的丘状底形成为水下沙垂直于主水流方向的丘状底形成为水下沙丘或沙波。后者是砂质海底最常见的底形丘或沙波。后者是砂质海底最常见的底形地貌地貌. 沙丘或沙波的运移可以掏空或掩埋海底管沙丘或沙波的运移可以掏空或掩埋海底管线与导致建筑物基础失衡线与导致建筑物基础失衡. 沙丘或沙波的运移标志着海洋环境的变化，沙丘或沙波的运移标志着海洋环境的变化，所以引起了许多的学者的重视。所以引起了许多的学者的重视。 北

20、部湾的浅中深区域的声纳海底形态北部湾的浅中深区域的声纳海底形态 沙沙波波形形态态和和地地形形图图深水区中区浅水区东1km北部湾海底沙质地形的声纳图象北部湾海底沙质地形的声纳图象 台台风风前前后后的的海海底底形形态态对对比比冲蚀沟槽b.台风后台风后悬跨段台风后出现冲蚀沟槽的区域a. 台风前台风前光缆悬跨段北部湾海底沙波沙脊形态声纳图象北部湾海底沙波沙脊形态声纳图象 台风台风对次对次一级一级的小的小沙波沙波及其及其海底海底管线管线的影的影响响a.台风前台风前b.台风后海底管线沙波小沙波 台风前后海底地形变化对比图台风前后海底地形变化对比图 台风后台风后海底出海底出现冲蚀现冲蚀凹坑和凹坑和冲蚀沟冲蚀

21、沟槽。并槽。并且造成且造成了两条了两条沙波移沙波移动，移动，移动了动了3040米，沙米，沙波的高波的高度也有度也有所增大所增大 原沙波移动并增大的沙波a台风前b台风后管线冲蚀沟槽人工沙堆冲蚀凹坑管线处海底的淘蚀图 a.台风前台风前b.台风后台风后淘蚀坑 沙波演化对比分析图， 台风后沙波消失，海底平坦，管线悬跨消除 a.台风前台风前b.台风后台风后沙波可能是人工沙堆 沙脊、沙波的移动沙脊、沙波的移动 浅水区的多波束资料对比沿沙脊的多波束剖面沙脊沙脊水深在20-25m 沙波形状和移动情况对比图 台风前台风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的沙波对比图的沙波对

22、比图 123台风前台风后台风前后的对照侧扫图解释台风前后的对照侧扫图解释 在水深（在水深（28-30m）可以看到三种不同的沙波，）可以看到三种不同的沙波，第一种是呈弯月形的沙波，波高为第一种是呈弯月形的沙波，波高为2.5m，波长为，波长为50m，在台风后，仍能辩出，但形状很不清晰，在，在台风后，仍能辩出，但形状很不清晰，在台风后的多波束图中也不能清楚看到管线，台风后的多波束图中也不能清楚看到管线， 第二种是较大的沙波，它的波高在第二种是较大的沙波，它的波高在5m左右，波左右，波长为长为126m，台风后波长为，台风后波长为4-5m，波长大于，波长大于100m，台风对其影响不是很大，走向仍是台风对其影响不是很大，走向仍是NE-SW向；向； 第三种呈群体出现，波长和波高较小，波高在第三种呈群体出现，波长和波高较小，波高在1m左右，波长左右，波长30-50m台风对它们影响较大，台风后，台风对它们影响较大，台风后，沙波群中较小的消