浅水多波束换能器声学性能检测方法研究

浅水多波束换能器主要声学指标能够直接或间接地反映系统性能指标,因此利用水池试验对系统换能器声学性能指标进行检测,不但能够初步掌握系统的性能,而且可以降低湖试或海试的风险。通过概括多波束测深系统核心性能与换能器声学指标的对应关系,按照水声计量检定规程和方法,论述了主要声学指标的计算方法,研究了自由场条件下声学指标的检测方法和注意事项,并结合国产多波束系统水池试验,验证了方法的可行性。     

一种基于FFT波束形成的BDI算法分析研究

多波束条带测深你是进行海底地形测绘的主要设备，该设备的信号处理部分所要完成的主要任务就是精确测量深点目标回波的DOA（Direction of Arrival）和TOA（Time of Arrival）。研究了基于FFT波束形成技术的BDI（Bearing Diviation Indicator）算法，算法可完成对海底回波信号的时间和方向的联合估计。通过计算机仿真工作和海试数据的处理，得出结论：FFT波束形成技术可以有效地提高波束形成的数目：BDI可以精确地海底回波信号进行回波时延估计和方向估计，尤其是BDI算法可以提高镜向海底区域的边缘波束的测量精度。     

多波束测深系统声速校正

海水声速是多波束测深系统进行水深测量的基本参数之一,声速剖面正确与否直接影响测量结果的精度和可靠性,本文阐述了声对多波束水深测量的影响机理,并通过对南海ＳＡ１２试验区采集的声速资料的分析,以ＳｅａＢｅａｍ２１００多波束测深系统为例,对声速校正的技术方法进行了探讨。     

顾及波束重叠的多波束横向分辨率估计模型

针对当前多波束分辨率模型未考虑波束横向覆盖的重叠,导致横向分辨率估计不准确的问题,提出了一种顾及波束重叠的多波束横向分辨率估计模型。结合多波束等角与等距模式的工作原理,分析了两种模式下测深空间的几何关系,在顾及波束重叠影响基础上推导了两种模式的多波束横向分辨率计算公式。结合算例,研究了不同水深下横向分辨率随波束入射角的变化规律及量级大小。最后从分辨率角度分析了两种模式的优缺点,为多波束测量技术设计及系统技术性能的评估提供参考。     

多波束条带测深仪研究发展动态

多波束条带测深仪是一种近年发展起来的具有高测量效率、高测量精度、高分辨率的海洋海底地形测量设备,特别适合于大面积的扫海测绘作业。本文较详细地总结了这种水声测量仪器目前在国内、外研究发展的概况,并分析了其未来研究发展的可能方向     

浅水多波束测深仪高分辨率波束形成方法研究

常规波束形成技术以其稳健性好、计算量低等特点得到广泛应用,但其空间分辨率受阵元个数限制,不能突破瑞利限。因此,常规波束形成技术应用于高精度浅水多波束测深仪时,存在空间分辨率不足和旁瓣干扰等问题。对比研究了最小方差无失真(MVDR)及多重信号分类(MUSIC)波束形成在浅水多波束测深仪中的应用,给出了浅水多波束测深仪的常规波束形成、MVDR和MUSIC处理方法,并结合能量法和相位法两种底检测测深算法,处理了iBeam8120浅水多波束测深仪外场数据,验证了本文方法的性能。     

多波束测深仪有效扇面宽度估计方法

根据多波束测深仪的声纳方程,提出多波束测深仪有效扇面宽度概算方法。通过多波束测深仪声学设计原理估计多波束测深仪的声学参数。分别对各波束的目标强度和声源级进行估算,给出了不同工作深度和工作脉宽情况下的各波束声源级分布,通过检索各波束的声源级确定多波束测深仪的有效扇面宽度,并对测船的选择提出建议。     

单波束测深仪声学指标的检测方法

简要概括了单波束测深仪声学指标检测的国内外现状及其检定校准工作的必要性。利用精密回旋装置平台,在消声水池中完成了对单波束测深仪声源级、频率和波束角指向性的检测。重点介绍了其检测系统的组成,指标测试方案以及数据处理过程。实际测得被检换能器声源级为211.545d B,频率为200.0025kHz,波束角为6.12°,满足常用海底声纳测量仪器计量检测研究与应用的精度要求,对规范水下声纳设备声学指标的检测方法具有实际意义。     

多波束条带测深仪的增益控制方案

分析了海底混响的特点以及多波束条带测深仪的工作原理，提出了信号幅度归一化方法－滑动窗TVG方法和自动增益控制方法。     

多波束测深系统各误差的传播影响规律分析

系统总结了多波束测深点的误差源,给出了测深点误差估计模型。通过对Seabat 8101型多波束测深仪单呯测深点的误差影响估计,得出了各误差的传播影响规律及其影响量级,对多波束数据处理和测量成果质量评估具有一定的参考价值。     

多波束探测分辨率估计模型研究

多波束探测分辨率是衡量多波束探测能力的重要指标,针对如何确定多波束探测分辨率这一问题,通过原理分析,阐述了多波束探测分辨率的含义,在几何空间上推导了纵向、横向和垂向分辨率估计模型,提出了多波束目标探测分辨率模型,并以Reson 8101多波束测深仪为例进行了计算。计算结果表明,该模型能较直接地估计多波束探测分辨率,可作为多波束测量技术设计的重要依据,同时发现多波束探测横向分辨率是多波束目标探测分辨率的主要决定因素。     

长江口航道疏浚的多波束监测

在长江口深水航道整治工程中 ,用SimradEM30 0 0D多波束测深声纳系统对一段约 5 0 0 0m× 90 0m的疏浚航道试验段做了 5次重复水深地形测量 ,目的是为研究该工程的疏浚效果、边坡稳定性及泥沙冲淤等问题。讨论了在多波束系统需要临时安装的重复测量中 ,系统的安装校准及质量控制问题 ;分析了测量中主要误差源及由交叉测线获得的精度评估。通过对测量结果的分析表明 ,多波束测量的水深数据在反映水下微地形和分析局部沉积物运移趋势中 ,具有传统单波束测深不可比拟的优势。     

多波束系统搜救水下目标的探测深度计算

针对多波束测深系统种类、探测模式等因素影响水下目标搜索效能的问题,提出了一种面向水下目标搜索的多波束系统探测深度计算方法。分别对多波束系统等角与等距模式进行探讨,考虑波束间重叠角的影响,由多波束横向分辨率计算公式推导了 2 种模式的探测深度公式,并将不同波束角度的探测深度进行计算。经过结果比对,总结出等角模式搜索水下目标的探测能力要优于等距模式。最后结合算例,得出多波束探测能力与目标尺寸、海水深度、波束开角有关。     

不确定度在多波束测深数据质量评估中的应用

在海道测量中,由于无法对测量数据进行多余和重复观测,因而不能精确测定各种误差,同时也几乎没有测量成果质量的控制指标,这正是多波束测深数据质量评估所面临的现实且急需解决的难题。基于国际海道测量规范S-44(5th)的要求,研究了不确定度在多波束数测深数据质量评估中的应用。通过实例分析可知,测量结果的可用性在很大程度上取决于其不确定度的大小,不确定度越小,说明测量结果质量越高,越具有可靠性。因此,将不确定度充分合理地应用于多波束测深数据处理和评估是一种最为理想的途径。     

基于等效声速剖面法的多波束测深系统声线折射改正技术

多波束测深技术是近几年比较流行的海洋勘测手段之一,其具有全覆盖、无遗漏、高精度和高效率等特点。多波束测深系统的声学原理和海水的不均匀性,使得声波在传播过程中发生声线的折射现象,对波束测点的最终位置的归算带来较大的误差。针对多波束数据后处理方法,介绍了利用等效声速剖面法对多波束测深系统的声线折射进行改正的一种新方法,并通过试验对比,证明了该方法可以提高多波束测深系统的整体测量精度。     

基于多波束数据的网格水深模型内插方法精度分析

以多波束水深数据作为源数据,分析了网格水深建模中的数据内插,介绍了网格水深建模所用的常用内插方法,并从水深建模的精度和效率出发,计算分析了网格水深建模过程中内插方法的应用效果。实验结果表明:在当前网格水深建模常用的内插方法中,加权平均法是较适合多波束水深源数据内插网格水深模型点的方法,双线性曲面法是较适合网格水深模型点推估模型表面任意点水深的方法。     

Qualitative and Quantitative Description of Multibeam Echosounder Systematic Errors on Rocky Areas

This paper deals with the problem of systematic depth errors made in surveying dumped rocks with multibeam echosounder. These errors may induce dangers for navigation in very shallow water areas or huge costs for coastal engineering contractors who perform rock dumping operation and surveying. We analyze results from four different multibeam echosounder systems and compare those data to a reference digital terrain model of a dumped rocks area obtained from a 3D terrestrial laser scanner. The systematic depth errors are statistically described and analysed on local areas. Finally, we propose a look-up table linking the error amplitude with the rock size, resulting from our error analysis.     

多波束成像声纳系统低功耗设计

针对多波束成像声纳系统降低系统功耗提高续航能力的要求,从硬件和算法两个方面展开了对系统的低功耗设计。硬件方面通过采用单电源运算放大器(OPA)电路架构对系统调理模块的放大、滤波链路进行了重新设计,实际测试结果表明实现了14.37W的系统功耗降低。算法方面通过提出一种基于圆阵的旋转多波束形成方法,在完成系统多波束设计的基础上实现了85倍的资源优化效果,为信号处理模块的FPGA芯片低功耗选型提供了技术支撑。     

多波束数据处理系统技术研究

针对当前多波束测深数据成果现状,探讨以Oracle 9i数据库为基础,搭建ArcGIS 8.3的SDE为空间数据引擎的多波束水深空间数据库,结合ComGIS技术开发多波束数据处理系统。系统功能包括测深数据的输入、管理、分析、显示、制图和绘图输出,改变了一般基于文件方式的多波束水深数据处理方式,成功的将空间数据库技术融入系统中,并有效运用了ComGIS开发系统前端平台,丰富了系统功能,具有一定的参考价值。