旁侧声纳探测概念

旁侧声纳探测SideScan

Sonarexploretion一旁侧声纳探测概述主要用途旁侧声纳探测属于高分辨率声信号海底探测方法,广泛地应用海底目标探测,国家海洋划界调查,海洋地质,海洋工程调查,海底地貌调查,港口码头调查,海洋通信路由调查。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•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；和记录器声纳的探测的描述•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

类型

:•高

、

中

、低频侧扫

声纳•悬挂式

、拖扯式侧

扫声纳•单

、双频式侧扫声

纳•单波束与双波束侧

扫声纳•CW脉冲和调频脉冲侧扫声纳Fig.4Sandridgesandseabedpipeline(surveyed

by

Simrad

EM3000multibeam

echo

Sounder)EM3000

声纳的高清晰海底侧扫图象Seabedpipeline海底管线沙脊Sandridges安放在船两侧的左右两换能器阵列同时向船两侧发射有一定水平和垂直开角的波束并分别接收来自海底ABCD和EFGH梯形面积的反射和散射波束图象；并在显示设备上分别用不同色度来表示海底不同特征一条反映海底信息且与测线垂直的线型图象,而且船在行进中定时发射接收和显示,按周期发射脉冲波束。二

、侧扫声纳的工作原理A旁侧声纳侧扫工作原理示意图B

F扫描区右换能

器阵列左换能

器阵列垂直

开角水平开角航向DCGHEA*由换能器垂直到海底的声波为反射波,而且波束在海底的投影面积最小*远离换能器非垂直海底的波束投影到海底的面积大,其回波为散射波；*整个波束在海底的扫描阴影呈现梯形状*在不规则且起伏大的海底,由于侧扫角度的原因会产生无回波的阴影区*回波的强弱与海底结构性质有关侧扫波的与海底形状关系海底无回波阴影区

不规则海底时的侧扫波方向示意图换能器阵列侧扫声纳的主要技术指标•

工作频率（与探测深度有关）•

最大作用距离•

波束的开角•

脉冲宽度•

分辨率•

覆盖宽度•

最大工作深度300米•

正常航速1

－6kn•

适应海况4级0-

40度>600h•

工作温度•

无故障时间•

平均故障维修时间<0

.5h•

湿度≤93%m40

°•工作频率:•工作频率:•工作频率:•工作频率:•工作频率:•工作频率:•工作频率:•工作频率:•工作频率:•工作频率:•工作频率:•工作频率:CS-

1型侧扫仪器的技术指标与使用要求•技术使用要求:中心控制器任务:在软件的配合下，控制整个系统的工作，包括数据的发射控制，回波数据的采集接收、处理与显示以及图象的处理与镶嵌，目标的测量等功能。一

一GPS记录器

工作站CS-

1声纳系统的基本组成CS-

1声纳系统组成框图控制中心拖鱼探头绞车拖鱼（发射与接收换能器探头）•结构:由前部和后部两部分组成•前部:鱼头，换能器舱，拖钩•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滤波后输送给主控制器。收发换能器电子枪尾

翼尾部拖钩头部声波•船载式差分DGPS定位系统型号为:TRIMBLE--212H•精度为:±2.0米声纳探测的定位设备Seapath2000型旁测声纳侧扫仪

挪威Simrad公司生产•

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要求•粗测:对目标海区进行大面积的海底测量，初步查明测区目标的位置、高度、走向等测线要垂直构造走向，相邻测线要相互重叠不出现漏测区。细测:在粗测的基础上，对已知目标的进一步的测量以确定目标的存在；对特定目标要锁定几个方向对目标进行确定。侧扫声纳测量的实施•侧扫前的准备:1.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作参数。3.搜集了解测区概况: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5.设计确定测扫实施方案与测线设计•测扫的海上实施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•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: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；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、与海底接触关系绘制测区测扫图编写测扫报告测扫声图资料的分析解释•声纳图的特点:用灰度强弱反映物体的形状•人员判度须知: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。•声图特性分类:--目标图象（如沉船、礁石、海底管线等）--海底地貌图象:海底底质图象（砂带岩石等）--海底起伏图象（沙坡，沙洲，沟槽，沙丘等）--水体图象（水体散射，温度阶层，海面反射等）--干扰图象（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测扫声图资料的分析解释•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--大小特征:反映在声图上声波特征的大小--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--纹形特征:声图上由灰阶强度形成的各种形态的点、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。--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的堆积和沟槽图象等。侧扫图象的的整理解释•声图象的判读方法--直读判读法:利用声图特征直接判读--对比判读法:同测线的粗测细测两记录图象对比--相邻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: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Sandridge

sSeabedpipeline海底管线Fig.4Sandridge

sandseabedpipeline(

surveyedbySimradEM3000multibeamechoSounder)示例分析•

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,使

海底地形的形态各异,而且形成以沙脊为

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着物体的影响使其形态时常改变,从而也

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底的形态及其海底附着物体.北部湾古海岸位置图•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.•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地貌.•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.•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。沙质海底形态及其影响描述北部湾的浅中深区域的声纳海底形态沙波形态和地形图深水区东•浅水区中区1km

a

.

台风前

沙波海底管线北部湾海底沙波沙脊形态声纳图象台风对次

一级

的小

沙波

及其

海底

管线

的影

响b.台风后小沙波•台风后海底出现冲蚀凹坑和冲蚀沟槽。并且造成了两条沙波移动,移动了30~40米,沙波的高度也有所增大台风前后海底地形变化对比图a

台风前移动并增

大的沙波冲蚀凹

坑人工沙

堆冲蚀沟槽b台风后管

线原沙波管线处海底的淘蚀图a

.

台风前b

.

台风后淘蚀坑浅水区的多波束资料对比沿沙脊的多波束剖面沙脊水深在20-25m沙波形状和移动情况

对比图第二部分第一部分第一部分第三部分台风后台风前第二部分第三部分水深在28-30m的沙波对比图3台风后1台风前2台风前后的对照侧扫图解释在水深（28-30m）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2.5m,波长为50m,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,第二种是较大的沙波,它的波高在5m左右,波长为126m,台风后波长为4-5m,波长大于100m,台风对其影响不是很大,走向仍是NE-SW向；第三种呈群体出现,波长和波高较小,波高在1m左右,波长30-50m台风对它们影响较大,台风后,沙波群中较小的消失,沙波的数量减少,并且能够保存下来的沙波其波高变为2m,波长大于50m,呈现出增大的趋势。小沙波中等沙波发育地区台风前小沙波消

失中等沙波发育地区小沙波区

台风后•在水深30-34m处,沙波发育良好,中等沙波（相对于小沙波而言）呈线形,沙波走向呈东北-西南向,波高为3米左右,波长为50-70m,小沙波为呈枝形,沙波走向近东西向,小沙波波高为1m左右,大部分<1m,台风过后小沙波消失或者减小（如图）。中等沙波变化趋势是沙波数量减少,高度增加波高在3-3.5m之间,增大的幅度不大,台风后向东南方向移动的距离为30-50m。水深在30-34m处沙波变化情况小沙波区•在水深35-40m处均可看见沙波的存在,图中表示的长度为1200m的距离,此处的沙波较小,台风前,波高为1-2m,波长为40-70m,走向为由西北-东南向东-西变化；在小沙波区,波高0.3-0.7m,波长为20-35m,走向较凌乱。台风后沙波的波高变化不大,波长为40-60m,小沙波消失,如图所示区域。依据台风前后管线的位置不变,对其进行位置的量测,沙波移动的距离