側(cè)掃聲吶概述

1、側(cè)掃聲吶概述側(cè)掃聲吶是由Side-Scan Sonar 一詞意譯而來，國內(nèi)也叫旁掃聲吶、旁視聲吶。國外從五十年代起開始應(yīng)用， 到七十年代已在海洋開發(fā)等方面得到了廣泛的使用， 我國從七十年代開始組織研制側(cè)掃聲吶，經(jīng)歷了單側(cè)懸掛式、雙側(cè)單頻拖曳式、雙側(cè)雙頻拖曳式等發(fā)展過程。由中科院聲學(xué)所研制并定型生產(chǎn)的 CS-1 型側(cè)掃聲吶，其主要性能指標(biāo)已達(dá)到了世界先進(jìn)水平。側(cè)掃聲吶有許多種類型，根據(jù)發(fā)射頻率的不同，可以分為高頻、中頻和低頻側(cè)掃聲吶；根據(jù)發(fā)射信號形式的不同，可以分為 CW 脈沖和調(diào)頻脈沖側(cè)掃聲吶；另外，還可以劃分為舷掛式和拖曳式側(cè)掃聲吶，單頻和雙頻側(cè)掃聲吶，單波束和多波束等。一、側(cè)掃聲吶基本工作

2、原理工作原理示意圖如圖 1 和圖 2 所示。左、右兩條換能器具有扇形指向性。在航線的垂直平面內(nèi)開角為 V ，水平面內(nèi)開角為 H 。當(dāng)換能器發(fā)射一個(gè)聲脈沖時(shí)，可在換能器左右側(cè)照射一窄梯形海底， 如圖左側(cè)為梯形ABCD ，可看出梯形的近換能器底邊AB 小于遠(yuǎn)換能器底邊 CD。當(dāng)聲脈沖發(fā)出之后，聲波以球面波方式向遠(yuǎn)方傳播，碰到海底后反射波或反向散射波沿原路線返回到換能器， 距離近的回波先到達(dá)換能器， 距離遠(yuǎn)的回波后到達(dá)換能器，一般情況下，正下方海底的回波先返回，傾斜方向的回波后到達(dá)。這樣，發(fā)出一個(gè)很窄的脈沖之后，收到的回波是一個(gè)時(shí)間很長的脈沖串。硬的、粗糙的、突起的海底回波強(qiáng)，軟的、平坦的、下凹的海

3、底回波弱。被突起海底遮擋部分的海底沒有回波，這一部分叫聲影區(qū)。這樣回波脈沖串各處的幅度就大小不一，回波幅度的高低就包含了海底起伏軟硬的信息。一次發(fā)射可獲得換能器兩側(cè)一窄條海底的信息，設(shè)備顯示成一條線。 在工作船向前航行，設(shè)備按一定時(shí)間間隔進(jìn)行發(fā)射 /接收操作，設(shè)備將每次接收到的一線線數(shù)據(jù)顯示出來，就得到了二維海底地形地貌的聲圖。聲圖以不同顏色（偽彩色）或不同的黑白程度表示海底的特征，操作人員就可以知道海底的地形地貌。二、側(cè)掃聲吶主要性能指標(biāo)側(cè)掃聲吶的主要性能指標(biāo)包括工作頻率、最大作用距離、波束開角、脈沖寬度及分辨率等，這些指標(biāo)都不是獨(dú)立的， 它們之間相互都有聯(lián)系。 側(cè)掃聲吶的工作頻率基本上決定

4、了最大作用距離， 在相同的工作頻率情況下， 最大作用距離越遠(yuǎn)， 其一次掃測覆蓋的范圍就越大，掃測的效率就越高。脈沖寬度直接影響了分辨率，一般來說，寬度越小，其距離分辯率就越高。水平波束開角直接影響水平分辨率， 垂直波束開角影響側(cè)掃聲吶的覆蓋寬度， 開角越大，覆蓋范圍就越大， 在聲吶正下放的盲區(qū)就越小。 只要了解了這些指標(biāo)， 側(cè)掃聲吶的性能就大致知道了。三、側(cè)掃聲吶基本系統(tǒng)組成和功能側(cè)掃聲吶基本系統(tǒng)的組成一般包括工作站、 絞車、拖魚、熱敏記錄器或打印機(jī) （可選件）、 GPS 接收機(jī)（可選件）及其它外部設(shè)備等。3.1 工作站工作站是側(cè)掃聲吶的核心， 它控制整個(gè)系統(tǒng)的工作， 具有數(shù)據(jù)接收、 采集、處

5、理、顯示、存儲及圖形鑲嵌、 圖象處理等功能。 它由硬件和軟件兩部分組成， 硬件主要包括一臺高性能的主計(jì)算機(jī)及接收機(jī)，軟件包括系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件。3.2 絞車與拖曳電纜絞車是側(cè)掃聲吶必不可少的設(shè)備， 由絞車和吊桿兩部分組成， 其主要的作用是對拖魚進(jìn)行拖曳操作。絞車有電動(dòng)、手動(dòng)和液壓等幾種型號，它們各有利弊，可以根據(jù)實(shí)際的使用環(huán)境來選擇。一般在淺海小船作業(yè)時(shí)，可以選擇手動(dòng)絞車，體積小，質(zhì)量輕，搬運(yùn)比較方便，而且不需要電源。 在深海大船使用時(shí)， 可以選擇電動(dòng)或液壓的絞車，液壓絞車收放比較方便，但價(jià)格一般都比較貴，電動(dòng)絞車在性能價(jià)格比上有一定的優(yōu)勢。拖曳電纜安裝在絞車上,其一頭與絞車上的滑環(huán)相連,另一

6、頭與側(cè)掃聲吶的魚體相連。拖纜有兩個(gè)作用， 第一是對拖魚進(jìn)行拖曳操作，保證拖魚在拖曳狀態(tài)下的安全；第二是通過電纜傳遞信號。拖纜有兩種類型，強(qiáng)度增強(qiáng)的多芯輕型電纜和鎧裝電纜。沿岸比較淺的海區(qū)，一般使用輕型電纜，其長度從幾十米到一百多米左右。輕型電纜便于甲板上的操作，可由一個(gè)人搬動(dòng)。其負(fù)荷一般在400 1000 Kg 之間，取決于內(nèi)部增強(qiáng)芯的尺寸。鎧裝電纜用于較深的海區(qū)，大部分側(cè)掃聲吶鎧裝電纜是“力矩平衡”的“雙層鎧裝”，這意味著鎧裝電纜具有兩層反方向螺旋繞成的金屬套，鎧裝層可以水密，也可以不水密，由鎧裝的材料來決定。不管鎧裝層水不水密，導(dǎo)線還得由絕緣層來水密。3.3 拖魚側(cè)掃聲吶的拖魚是一個(gè)流線型穩(wěn)定拖曳體，它由魚前部和魚后部組成。魚前部由魚頭、換能器艙和拖曳鉤等部分組成；魚后部由電子艙、魚尾、尾翼等部分組成。尾翼用來穩(wěn)定拖魚，當(dāng)它被魚網(wǎng)或障礙物掛住時(shí)可脫離魚體， 收回魚體后可重新安裝尾翼。 拖曳鉤用于連接拖纜和魚體的機(jī)械連接和電連接。 根據(jù)不同的航速和拖纜長度， 把拖魚放置在最佳工作深度。3.4 GPS