合成孔径声纳技术以及在海底探测中的应用研究

合成孔径声纳技术逐渐成为海底探测领域的热门研究方向,其在地貌成像、沉底和掩埋小目标成像、海底管道探测等方面的应用均取得重要进展。文中系统阐述了合成孔径声纳技术的工作原理和研究现状,重点介绍了双频双侧合成孔径声纳的技术优势。结合海底管线探查案例,详细分析了该设备的应用情况,并与浅地层剖面仪实际获取的图像进行了对比,验证了双频合成孔径声纳在海底探测中的适应性和探测能力,最后对该技术的研究与应用方向进行了展望。     

合成孔径声纳技术在海底管道探测中的应用进展

从合成孔径声纳的基本原理、研究进展、应用,以及实际应用中存在的问题等几个方面,探讨了该技术在海底管道探测方面的应用潜力。国内外一些海域开展的探索性应用显示,该技术可以对海底管道的埋设状态及其周边海域地形地貌和其他小目标清晰成像,并且能够获得管道状态和位置等的细节信息。然而,鉴于海洋水声环境的复杂性和特殊性,SAS在实际应用中仍存在一些问题,需要在信号处理方法、作业方式等方面进行更为深入的研究探索。     

济州岛南部海域海底声呐图像分析与声学底质分类

东海北部外陆架靠近济州岛南部海域,是黄海槽向冲绳海槽延伸的部分,属于黑潮分支黄海暖流的通道入口,分布着脊槽相间的海底底形,对其海底声呐图像的处理分析及声学底质分类的分析研究,有助于了解该通道海底底形表层纹理特征及沉积物分布规律。基于在济州岛南部海域获取的多波束声呐数据,应用图像处理技术和方法,对数据进行了处理,获得了海底声呐影像图,并对其表层纹理特征进行了描述和分析;同时,基于多波束反向散射强度数据,结合19组海底地质取样数据,建立研究区海底反向散射强度与沉积物粒度特征之间的统计关系模型,并以改进的学习向量量化神经网络方法,实现对海底粉砂质砂、黏土质砂以及砂-粉砂-黏土3种底质类型的快速自动分类识别。     

旁侧声呐在海底探测中的应用和工作船动态定位施工技术

随着海洋工程建设及海上事故和海难的增多,日益增加的海底障碍物给海上安全生产和航运带来了前所未有的挑战和安全隐患,需要进行海上搜寻和水下探摸与处理。旁侧声呐和动力定位船的配合使用是处理这类问题的最佳选择,但租用动力定位船费用昂贵,成本很高。而根据工作区的实际情况利用渔船改装的动态定位船操作简单,且费用低廉,被海洋工作者广泛采用。本文介绍了旁侧声呐在海底障碍物探测中的应用和渔船改装的GPS动态定位船进行水上定位的工作原理和施工方法。装备GPS导航软件的渔船可以指示船只的实时位置。通过改变锚绳长度来改变船只位置的动态定位技术适用于水下搜寻和探摸处理工作。     

声学探测技术在海底石油管线铺设后调查中的应用

海底石油管线铺设后可能多会出现不同程度的损伤、变形、冲刷、偏移、悬跨等情况,这通常是铺设过程中管线受到物理、化学、机械等因素的影响造成的.为避免作业风险和海洋环境污染,需要在管线铺设后对其铺设状态进行完工后调查,以便及时了解海底管线的实际情况,并根据调查结果采取相应的维护措施.本文根据管线后调查的工作需求,从声学探测技...     

声学水面无人艇在浅水海底地貌调查中的应用

水面无人艇（USV,Unmanned Surface Vehicle）具有吃水浅、灵活机动、安全高效的特点和优势,日益成为浅水调查的重要手段。对于常规船只和考察人员不能到达的浅水环境的调查,无人艇具有填补甚至替代的价值和意义。C-Worker 4水面无人艇平台搭载了多波束测深、侧扫声呐、浅层剖面声学系统,运用脉冲同步控制和发射频率差异化配置的方法实现数据同步采集,旨在提高调查效率、优化调查方法和节约成本。基于2019年在海南岛澄迈湾1.2～22 m浅水环境的调查数据,处理和分析评估表明其采集数据可靠性高,能清晰识别海底沙波、波纹、礁石、埋藏河道、港池、航道、拖痕等微地貌单元。研究证实水面无人艇搭载多源声学系统同步测量可提供精细、立体、可靠的海底地貌基础资料,服务于海岸带地质调查、资源开发、工程建设、水运交通和国防安全等。     

三维可视化技术在海底环境探测中的应用

探讨了多波束测量和三维可视化技术在海洋中的应用。多波束测量系统产生的海量探测数据，为数据可视化和数据分析技术的发展创造了机会。通过可视化技术可以在不降低原始数据质量的情况下，进行多源数据的融合显示。对DTM数据进行光照、明暗和三维处理，可以创造一种直观、易于理解的可视化效果。将反映物质属性的信息作为假彩色纹理，叠加到地形之上，在交互式分析工具的支持下，可以使三维可视化技术在海洋地质、海洋环境、海洋渔业和海洋工程中得到广泛的应用。     

扫描声呐技术在近平台钻井船就位中的应用

近平台钻井船就位前,需对就位区域进行精细地貌调查,目前常规物探调查方法难以实现。通过对扫描声呐系统工作原理和特点进行研究,总结出了一整套应用于近平台钻井船精细地貌调查方法、解释程序和注意事项,有效解决了常规物探调查难以实现、精度低等难题。本文结合扫描声呐技术在近平台钻井船就位项目实际案例,展示了其高精度、高效性等技术特点及作业优势,为以后近平台钻井船就位区域地貌精细调查项目实施提供了指导与参考。     

多波束与侧扫声纳海底目标探测的比较分析

侧扫声纳是目前常用的海底目标(如沉船、水雷、管线等)探测工具,在测深领域,多波束以全覆盖和高效率证明了它的优越性。由于多波束具有很高的分辨率,目前在工程上已经开始应用多波束进行海底目标物的探测。对多波束和侧扫声纳进行了比较分析,并着重探讨了影响多波束分辨率的各种因素。结果表明:多波束的最大优点在于定位精度高,但其适用范围不如侧扫声纳广泛,尤其受到水深和波束角的限制,多波束和侧扫声纳在探测海底目标时具有很好的互补性,同时应用可以提高目标解译的准确性。     

实孔径成像声纳在海底油气管线探测中的应用

利用成像声纳对油气管线进行探测,是重要的声学测量技术手段之一。侧扫声纳和环扫声纳是两种典型的实孔径成像声纳,介绍了这两种声纳的成像特点,分别从搭载平台、扫测特点、参数显示和声图特征等4个方面进行了比较,结合工程实例给出了两种声纳对海底油气管线探测的应用效果,分析比较了二者的优缺点。所得结论对于了解和掌握侧扫声纳和环扫声纳设备性能,进行海底油气管线检测和状态评估具有重要的工程实用意义。     

Buried Sphere Detection Using a Synthetic Aperture Sonar

This paper presents observations of a buried sphere detected with a low-frequency (5–35-kHz) synthetic aperture sonar (SAS). These detections were made with good signal-to-noise ratios (SNRs) at both above and below the critical grazing angle. The raw data for the below-critical-grazing angle detection shows that the acoustic penetration is skewed by the 29$^{circ}$ offset of the ripple field relative to the sonar path. This observed skew is in agreement with T-matrix calculations carried out to model penetration into the bottom via ripple diffraction. Additionally, measured SNRs over different frequency bands are compared to predictions made using both first- and second-order perturbation theory for ripple diffraction. Both the data and the models indicate a peak detection region around 25 kHz for the environmental conditions present during the test. These results confirm that ripple diffraction can play a critical role in long range (subcritical angle) buried target detection.      

浅析合成孔径声纳与干涉合成孔径声纳

介绍了合成孔径声纳SAS和干涉合成孔径声纳INSAS的基本成像原理、用途以及SAS的自动聚焦算法和INSAS的配准、解缠，说明了它们相对于SAR与INSAR的不同之处和难点，并结合国内外最新的研究成果。指出了它们的发展方向。     

SHADOWS合成孔径声纳系统及性能测试

与传统的侧扫声纳相比,合成孔径声纳系统具有全覆盖无遗漏扫测,测量范围大、速度快,图像分辨率高等优点.本文介绍我国引进第一套SHAD)WS合成孔径声纳系统的技术性能,分析SHADOWS合成孔径声纳系统性能测试情况及实际测量中的应用价值,提出了存在的问题及其对策.     

SHADOWS合成孔径声纳系统及性能测试

与传统的侧扫声纳相比,合成孔径声纳系统具有全覆盖无遗漏扫测,测量范围大、速度快,图像分辨率高等优点。本文介绍我国引进第一套SHADOWS合成孔径声纳系统的技术性能,分析SHADOWS合成孔径声纳系统性能测试情况及实际测量中的应用价值,提出了存在的问题及其对策。     

Shadow Enhancement in Synthetic Aperture Sonar Using Fixed Focusing

A shadow cast by an object on the seafloor is important information for target recognition in synthetic aperture sonar (SAS) images. Synthetic aperture imaging causes a fundamental limitation to shadow clarity because the illuminator is moved during the data collection. This leads to a blend of echo and shadow, or geometrical fill-in in the shadow region. The fill-in is most dominant for widebeam synthetic aperture imaging systems. By treating the shadow as a moving target and compensating for the motion during the synthetic aperture imagery, we avoid the geometrical shadow fill-in. We show this to be equivalent to fixing the focus at the range of the shadow caster. This novel technique, referred to as fixed focus shadow enhancement (FFSE) can be used directly as an imaging method on hydrophone data or as a postprocessing technique on the complex SAS image. We demonstrate the FFSE technique on simulated data and on real data from a rail-based SAS, and on two different SAS systems operated on a HUGIN autonomous underwater vehicle.      

Synthetic Aperture Sonar: A Review of Current Status

This is a review paper that surveys past work in, and the recent status of, active synthetic aperture sonar (SAS). It covers the early historical development of SAS with its provenance in synthetic aperture radar (SAR) and flows through into what work has been published in the open literature up to early 2007. The list of references is sufficiently complete to include most past and recent SAS publications in the open refereed literature.