高分辨率波束形成器在多波束测深系统中的应用

对于海底地形测量,基于FT波束形成的幅度检测法空间分辨率较低,只能较准确给出有限测点的水深信息;平坦海底前提下,分裂子阵检测法或多子阵检测法可以得到连续测点的水深信息,复杂海底地形条件下,这两种方法均难以应用。能否利用高分辨率波束形成器来提高测深系统的空间分辨率是一个值得研究的问题。使用ESPRIT波束形成器处理了多波束测深系统的试验数据,并就其性能与FT波束形成器进行了比较与分析。     

多波束系统及其在海洋工程勘察中的应用

多波束测深系统采用条带式测量方式，可对海底进行全覆盖扫描测量，精确测得海底地形地貌。简要回顾了海底地形测量的进展，以SIMRAD EM3000波束系统的测量实例说明多波束系统在海洋工程勘察中的应用。     

线性调频信号在国产多波束测深仪中的应用

为提高小目标识别性能,多波束测深仪通常使用短连续脉宽信号 （Continuous Wave, CW） 进行探测。然而,短脉宽信号携带能量有限,测深最大距离及扫测宽度得不到保证。发射长脉宽线性调频 （Linear Frequency Modulation,LFM） 信号,结合脉冲压缩技术可解决这一矛盾。本文主要介绍 LFM 信号在国产 iBeam8120 浅水多波束测深仪中的工程应用情况,重点阐述接收回波信号处理方法,实测数据脉冲压缩效果,并分析了相位差精度影响因素。外场试验数据表明：经脉压处理后,声呐图回波能量更为集中,底检测性能得到改善。     

适用于U型阵多波束系统的高分辨底检测算法

在多波束回声声纳系统中,高分辨处理算法例如MUSIC、ESPRIT,被广泛应用于海底地形的测绘。在应用高分辨算法时,一条均匀线阵是必要条件。然而,由于系统覆盖范围/分辨率的需求以及安装空间的限制,在多波束系统中经常会采用特殊形状的接收阵列,这使得高分辨算法无法直接应用。同时回波信号的短时平稳特性使得难以估计出协方差矩阵,这也增加了高分辨算法在多波束系统中的应用难度。本文首先介绍一种基于多角度子阵波束形成的ESPRIT算法,该算法能降低高分辨算法对信噪比、样本点数和计算能力的要求。仿真表明此算法能提供更好的分辨力。接着提出一种将基于多角度子阵波束形成的ESPRIT算法与虚拟阵列变换相结合的高分辨底检测算法,并针对高分辨底检测算法在U型阵上的应用进行了探讨。计算机仿真和试验数据处理结果验证了文章所提高分辨底检测算法的有效性。     

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。     

多波束测深技术在海底管道检测中的应用

为查明海底管道的位置和掩埋状态,在海底管道检测中使用多波束测深技术。介绍了多波束的系统组成、调查方法和数据处理等内容。重点对数据处理进行了论述,提出了确定海底管道位置和掩埋状态的分析方法,并对影响多波束检测效果的频率、波束角和水深等因素进行了探讨。通过分析认为,与单波束相比,多波束在海底管道检测中具有直观、高效和高分辨率的特点,具有较好的工程应用前景。     

多波束条带测深技术的研究

本文介绍了一种基于海底散射原理的多波束条带测探技术,其特有的高测量效率和宽测量范围使其成为现代海洋探测中一种不可缺少的新方法与新手段。本文介绍了这种测深技术的工作原理,并给出了一次海上试验的测量结果。     

基于相干原理的多波束测深新算法

为了改善多波束声纳的分辨率,提出了一种基于相干原理的测深新算法,对每一个波束脚印内的信号进行相干处理,获得了大量的海底深度值。在此基础上,采用新算法对仿真数据和某型号多波束测深声纳湖上实验数据进行处理。结果表明,相对于传统多波束测深算法,该算法可显著提高声纳海底测量的分辨率,获得大量的海底深度测量值。     

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     

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。     

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。     

多波束回声数据的统计与底质分类应用

利用声反向散射数据作海底沉积物分类,是海洋地质学家感兴趣的话题,也是目前多波束声纳应用的一个研究热点。结合胶州湾实际调查数据,探讨了贝叶斯分类方法在该领域的应用。研究结果表明,该方法可以对不同的底质类型进行分类,可以识别未知的底质类型以及对混合在一起的两种不同类型的目标进行分类。     

多波束回波强度位置归算及图像化表示

多波束在测深的同时也记录回波强度数据。在分析多波束回波强度记录方式的基础上,主要针对波束内回波强度的定位和数据优化等问题进行了探讨,确定了回波强度位置归算方法。最后,以Simrad EM1002多波束实测的回波强度数据为例,进一步阐述了在地理坐标框架下回波强度的图像化表示方法。     

多波束测深系统换能器的安装校准分析

在多波束测深系统的换能器安装与使用过程中,由于无法保证换能器坐标系统与船体坐标系统完全重合,因此必须进行横摇、纵倾以及航向偏差校准与改正,使两者坐标系统相一致.详细分析了多波束测深系统换能器安装校准的原理和方法,以"亚美通道"海底光缆路由调查中,挪威 Simrad EM 3000 多波束测深系统的安装与校准为例,阐述了其安装校准方法及在海底地形测量中的应用.     

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。     

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。     

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。     

多波束测深误差源对测点位置归算影响研究

针对Rob Hare提出的多波束测点位置归算精度估计模型的不足,建立了顾及各项改正数之间相关性的改进模型.在多波束测点位置归算模型的基础上,分析了影响测点位置归算的各项误差来源,推导了各误差源对测点位置归算精度估计的影响量,结合算例,分别利用两种模型计算了各误差源对测点位置归算精度的影响量级,绘制了各误差源的误差曲线图与总位置误差曲线图,通过对计算结果的分析比较,得出了两种模型在评估多波束测点位置归算精度时存在的差异,由于顾及到改正数间的相关性,认为改进模型更加科学合理.     

长江口海域声速剖面特性及其对多波束勘测的影响

利用2004年10-12月一个航次的测量数据,分析了长江口附近某海区的声速结构特点,发现该海域的声速结构受长江冲淡水的影响非常大,随着潮汐的变化,声速日变化量较大,具有类似潮周期现象,即随着落潮大量淡水和泥沙的注入以及涨潮时新鲜海水的补充,声速的时空变化较大,致使多波束系统的波束导向和声线跟踪偏差较大,很大程度的地影响了多波束系统的勘测精度(特别是边缘波束对应的水深数据误差更大)。针对于此,给出了几点改进建议。     

基于DSP的数字测深仪

随着电子技术特别是数字信号处理器的迅速发展,回声测深仪进入了数字化时代;计算机技术与数字信号处理器的结合,使测深仪一改其单一的旧“面孔”,人机操控显示界面、结构组成呈多样性。详细介绍了最近研制的基于数字信号处理器的数字测深仪的结构和组成、采用的信号处理技术以及试验测试情况。