多波束和侧扫声纳系统在海底目标探测中的应用

介绍了多波束测深系统和侧扫声纳系统的工作原理,通过实例说明了多波束测深系统和侧扫声纳系统在海底目标探测的工作流程,总结出两种探测系统在探测海底目标上的优缺点,说明了多种探测手段的综合应用是海底目标探测技术的发展方向。     

侧扫声纳和多波束测深系统在海洋调查中的综合应用

介绍了利用多波束进行全覆盖水深测量和利用侧扫声纳进行海底、水体目标的探测技术。综合利用多波束水深数据和侧扫声纳声图，可有效增强不同观测数据的互补性和提高工程质量。     

水深测量与海底面状况声探测技术的进展

水探测量与海底面状况探测是海洋调查中最基础性项目之一,声学技术为此提供了有效的手段。近二三十年来回声测深与海底面状况声探测技术有了革命性的发展,新方法新设备不断出现。单波束测深仪与传统侧扫声纳技术在精度、分辨率与海底声学图象质量上有了大幅度提高。多波束测深系统和测深/海底成象一体化侧扫声纳系统的开发,使海底条带状探测填图成为现实。合成孔径声纳等技术在理论研究与应用开发有了较大提高。本文在对各项技术发展历史进行简要回顾的基础上,分析国内外发展现状,较全面反映新的进展,并对未来进一步发展作展望。     

侧扫声纳系统在海底障碍物扫测中的应用

针对海道测量中侧扫声纳位置精度低的问题,利用GPS定位数据、单波束水深数据和侧扫数据,研究侧扫声纳扫海测量中海底障碍物信息精化问题。海上试验数据表明：文中提出的多源水声测量信息联合扫测海底障碍物的方法,可改善单一侧扫系统目标探测的精度,对海底目标物扫测具有较好的适用性。     

深水声学拖曳系统

介绍了我国自主设计和研制的深水声学拖曳系统,它的最大工作水深4000m,安装有高分辨率测深侧扫声纳,可在近海底工作获得高分辨率的海底地形地貌和温盐深等数据.它的测深覆盖范围600m,侧扫覆盖范围800m,垂直航迹分辨率5cm,最小可检测高度10cm,测深分辨率高于目前的多波束测深系统.该系统已进行了湖试和海上锚泊试验.该系统的研制成功将对开展大陆架勘查,探测和开发国际海底资源发挥重要作用,拖曳系统中高分辨率测深侧扫声纳还可装船安装,在大陆架水域进行高分辨率海底地形地貌测绘.     

大深度近海底精细地形地貌探测技术

船载低频多波束测深声纳、侧扫声纳可以对深海海底地形地貌进行快速、高效、大面积探测,但其测量精度有限,难以满足深海科学考察、资源勘探开发对高精度海底地形地貌的需求。随着各类大深度水下移动载体(如深海拖体、水下机器人、遥控潜器和载人潜水器)的涌现,特别是各类耐高压测绘声纳的商业化,使大深度近海底精细地形地貌探测成为可能。首先分析了多波束测深声纳、侧扫声纳和测深侧扫声纳等3种测绘声纳的基本原理,然后分别介绍了各类测绘声纳的国内外典型商业化产品,并通过典型实例分析了其在大深度近海底精细测绘中的应用情况。     

侧扫声纳和多波束测深系统组合探测海底目标

介绍了侧扫声纳和多波束测深系统的特点,通过实例说明了侧扫声纳和多波束测深系统在海洋目标探测中的综合应用。综合利用多波束测深系统测量数据和侧扫声纳声像图,可有效增强不同观测数据的互补性,提高工程质量。     

障碍物探测方法探讨

介绍了侧扫声纳、多波束测深系统、磁力仪的工作原理,提出了障碍物探测的相关技术要求。实例分析了综合利用侧扫声纳、多波束进行沉船探测的方法,结合侧扫声图和多波束水深探明障碍物的精确位置,测得最浅点水深,全面获得障碍物信息,大大提高了探测质量。对铁磁性小目标探测能力进行评估,并用实例加以分析和佐证。     

一种海底浅层声学探测数据综合可视化方法

提出了一种基于Open GL可编程管线的海底浅层声学探测数据三维综合可视化方法。通过处理,将侧扫声呐影像、多波束数据和浅地层剖面在同一视图下显示,可以方便的对海底地质环境多种信息进行综合判读并进行多维数据的交互式提取。利用纹理缓冲区处理侧扫声呐影像数据,具有数据加载量大的优点,避免了实际应用中纹理数据反复切换带来的延迟;并且探讨了侧扫声呐影像和多波束数据分辨率不一致引起的纹理贴图问题。该方法在南海海底峡谷区域的海底地质环境综合显示和分析中进行了应用,结果表明,该方法能处理多种格式的侧扫声呐影像,不受侧扫声呐影像和多波束测深数据分辨率不一致的限制,数据加载量大、绘制速度快。     

侧扫声纳探测的若干问题

根据侧扫声纳换能器的波柬分布特点,论述侧扫声纳拖鱼离海底高度与扫描范围之间的关系,从而掌握了一个简单易行的计算公式;高频与中频侧扫声纳的波束分布特征不同,导致横向分辨率的差异。文中还介绍精确确定拖鱼位置的方法和根据阴影计算海底物体高度的方法。     

侧扫声纳探测中物标相关信息的研究

在侧扫声纳作业过程中,充分利用探测目标及其周围环境的相关信息,合理制订扫测方案,可以大大提高扫测搜寻效率,充分降低误判、漏判现象的发生。通过作者在多年实际工作中遇到的问题和取得的经验,阐述作者的上述观点,为以后工作提供一些经验和借鉴。     

基于CAATI技术的条带测深/侧扫声纳系统C3D-LPM

侧扫声纳及多波束测深仪是应用非常广泛的海底地形地貌调查仪器。通过对侧扫声纳和多波束测深优缺点的对比分析,介绍了基于CAATI技术将高分辨率的侧扫图像和高质量的测深数据完美结合,生成高质量的三维图像的条带测深/侧扫声纳系统C3D-LPM,特别介绍了条带测深/侧扫声纳系统C3D-LPM的构造和技术规格。仪器实地使用结果表明,该仪器完全能够满足海洋工程和研究的需求,并具有其独特的技术特点和使用优势。     

可变尺度区域拟合模型的侧扫声纳分割方法

为解决现有侧扫声纳图像目标分割准确度不高的问题,提出一种联合最大熵去噪和可变尺度区域拟合模型的侧扫声纳图像分割方法。首先,计算图像一维熵,基于最大熵原则对侧扫图像进行降噪处理,提高图像质量,并根据峰值信噪比评判降噪效果;然后基于可变尺度区域拟合模型,采用高斯核函数对分割活动轮廓进行约束,分割降噪后的侧扫声纳图像。通过对含有不同目标物的侧扫声纳图像进行分割实验,验证了联合最大熵去噪和可变尺度区域拟合模型的有效性。     

基于Kongsberg EM多波束的Snippet数据处理方法

多波束声呐记录的海底后向散射片段(Snippet)数据处理成角度响应曲线和地理编码(Mosaic)图像可以 帮助识别海底底质类型和反映地貌形态,这一过程包括辐射校正、角度响应改正(AVG)和几何地理编码,但不同的多波束系统硬件在辐射校正和角度响应改正方法上存在差异且传统处理方法忽略了声呐系统本身的指向性模型随时间变化的事实。以声呐方程为基础,针对Kongsberg EM 多波束系统提出了一套完整的Snippet数据处理流程,并分析了各步骤中存在的可变性,给出了每一步的处理建议,最后将此方法应用于EM2040浅水多波束实测数据,并验证了该方法的有效性和实用性。     

基于“发现”号ROV的近海底综合声学调查系统及其在台西南冷泉调查中的应用

随着海洋调查技术的发展和海洋研究的深入,基于深潜器平台的近海底调查在海洋调查与研究中的综合应用日趋常态。基于这一背景,本文介绍了搭载于"发现"号缆控水下机器人(remotely operatedvehicle,ROV)的近海底综合声学调查系统及其在台西南冷泉区的应用实例。基于"发现"号ROV平台的近海底综合声学调查系统主要由R2Sonic2024多波束测深系统,模块一体化的侧扫声纳-浅地层剖面系统和水下综合定位与导航系统构成。该系统的配置极大地扩展和完善了"发现"号ROV的近海底调查能力,实现了近海底多波束、侧扫和浅剖等声学数据的同步采集和快速融合处理。基于本套系统在南海冷泉区的综合应用,本文对其工作流程进行了介绍,并对所获得一系列成果进行了初步分析。结果表明,近海底综合探测系统的应用为南海冷泉区的识别、海底地形地貌特征分析以及空间规模量化研究等内容提供了不可或缺的基础资料。本套系统的配置和成功应用,有效地提高了我国的近海底调查和作业能力。     

GeoSwath与Klein 3000的综合对比及实验分析

GeoSwath Plus系统利用相干原理能同时得到水深数据和声纳图,与传统侧扫声纳存在一定差异。本文对GeoSwath Plus 125 kHZ系统和Klein 3000系统从工作原理、技术参数、数据采集和后处理平台以及实测数据等方面进行了对比。结果表明:二者接收数据存在差异,导致两者的用途也存在差异;GeoSwath Plus系统相比Klein 3000更加复杂,但适用水深范围较小;GeoSwath Plus采集软件较少,对后处理软件的要求更高,而Klein 3000数据采集和后处理软件都有多种选择;通过实测数据的比较发现,GeoSwath Plus的定位精度更高,但由于发射波束水平开角大于Klein 3000,加之采用悬挂式安装,导致得到的声纳图像对比度和分辨率比传统侧扫声纳Klein 3000要差一些。     

A framework to quantify uncertainties of seafloor backscatter from swath mapping echosounders

Multibeam echosounders (MBES) have become a widely used acoustic remote sensing tool to map and study the seafloor, providing co-located bathymetry and seafloor backscatter. Although the uncertainty associated with MBES-derived bathymetric data has been studied extensively, the question of backscatter uncertainty has been addressed only minimally and hinders the quantitative use of MBES seafloor backscatter. This paper explores approaches to identifying uncertainty sources associated with MBES-derived backscatter measurements. The major sources of uncertainty are catalogued and the magnitudes of their relative contributions to the backscatter uncertainty budget are evaluated. These major uncertainty sources include seafloor insonified area (1–3 dB), absorption coefficient (up to >?6 dB), random fluctuations in echo level (5.5 dB for a Rayleigh distribution), and sonar calibration (device dependent). The magnitudes of these uncertainty sources vary based on how these effects are compensated for during data acquisition and processing. Various cases (no compensation, partial compensation and full compensation) for seafloor insonified area, transmission losses and random fluctuations were modeled to estimate their uncertainties in different scenarios. Uncertainty related to the seafloor insonified area can be reduced significantly by accounting for seafloor slope during backscatter processing while transmission losses can be constrained by collecting full water column absorption coefficient profiles (temperature and salinity profiles). To reduce random fluctuations to below 1 dB, at least 20 samples are recommended to be used while computing mean values. The estimation of uncertainty in backscatter measurements is constrained by the fact that not all instrumental components are characterized and documented sufficiently for commercially available MBES. Further involvement from manufacturers in providing this essential information is critically required.     

侧扫声纳在护底工程软体排检测中的应用

介绍了Edge Tech 4100-P型侧扫声纳系统的技术指标和工作原理。根据水下潜堤护底工程软体排的铺排特点,侧扫声纳系统可以高效地探测出海底面以上相邻的软体排结构物的拼接和叠加情况,同时还可以根据侧扫声纳图像判断软体排有无破损及破损后填充物流失情况,评估水下潜堤护底工程的安全系数。通过实例说明了侧扫声纳在软体排检测的外业工作流程,以及内业图像识别与分析,探讨侧扫声纳系统在水下水工结构物探测的应用前景。