三维成像声纳
三维成像声纳在水下工程中的应用研究
三维成像声纳在水下工程中的应用研究所谓的三维成像声纳技术，就是利用声纳设备发射声波，这些声波触及到目标物以后会反射回来，系统可以根据回波对目标物进行定位和成像，这种方式与常规的旁扫有所不同，它能够直接获取水下结构的三维图像，不仅及时，而且准确，将这种技术应用于水下工程中，可以顺利完成水下探测工作。
文章简述了三维成像声纳系统的构成及功能，并分析了其在水下工程中的具体应用。
标签：三维成像声纳；水下工程；应用前言影响海洋工程质量安全的因素有很多，一般将这些因素分为两种，一种是水上结构部分，使用一些常规技术即可排除水上部分的安全隐患，包括触摸、观察、NDT检测等，另一种是水下结构部分，受到环境的限制，使用常规技术无法排除水下部分的安全隐患，这部分隐患不仅难发现、难处理，而且随着日积月累，微小缺陷可能会逐步扩大，最终导致极大的破坏，三维成像声纳技术就能够有效解决这一问题，高效检测海洋工程水下复杂结构部分的安全隐患，保证海洋工程水下施工的安全、稳定运行。
1 三维成像声纳系统概述1.1 系统的构成与具体功能三维成像声纳系统由三部分构成，其一是声纳头，其二是电脑终端，其三是电源和设备安装支架，其中声纳头有两个阵，一个是声纳阵，声波信号沿着锥形方向发射出去，另一个是接收阵，该阵由若干个水听器传感器组成，接收返回来的声波，最终目标物的三维图像会在电脑终端显示出来，测距的范围一般在1米至150米，图像更新的速度可以达到每秒20次。
声纳头的布局有两种形式，一种是靠岸加固，另一种是随船移动，具体布局形式根据周围环境以及检测对象的特征确定。
而在一般的海洋工程中，经常使用的是二维声纳Seaking DFS，声纳头的布局有所不同，一般都是固定安装在ROV（水下机器人）上，通过对水下机器人的操控实现对声纳头位置的控制，随着海洋工程的进一步发展，人们对声呐技术提出更高要求，将三维声纳应用于海洋工程中，通过声波信号的发射与收集，形成具有较高分辨率的图像，不仅能做到实时成像，图像还可以被缩放、旋转和移动，为水下施工过程提供准确、完整的信息[1]。
(完整版)三维成像声纳毕业设计
三维成像声纳姓名：徐静专业：光电子技术与科学院校：长春理工大学光电信息学院目录摘要第一章声呐1.1 声呐的概述1.2 三维成像技术1.3 三维成像声呐的发展现状第二章三维成像声呐的工作原理第三章三维成像声呐的应用第四章三维成像声纳的选择第五章结论和展望摘要声纳的发展背景：海洋蕴藏着丰富的矿产和能源，同时又具有重要的军事地位，海洋开发日益受到人们的重视。
首先，全球能源日益紧张，所以开发新的能源和空间十分必要，海洋是个巨大的能源宝库，具有很大的开发潜力。
其次，我国海岸线绵长，海域辽阔，了解海域特点、海底地形地貌状况对维护国家安全很有必要。
从上面可以看到成像声纳有着十分广泛的用途，不仅关系到军事方面，而且还关系到国民经济生活发展的很多方面，所以研究和发展成像声纳十分必要和迫切。
三维成像声纳所使用的可视化技术，将大量枯燥的数据以生动的立体图形图像的方式表现出来，使人们能够对声纳数据进行更直观的解释和分析，提高水下探测的工作效率。
借助成熟的三维显示技术，三维图形可被缩放、移动和转动、测距，以便工作人员可以从各种视角更好地进行观察和理解，提供准确、科学的依据。
1.1声呐的概述声呐是英文缩写“SONAR”的音译，其中文全称为：声音导航与测距，Sound Navigation And Ranging”是一种利用声波在水下的传播特性，通过电声转换和信息处理，完成水下探测和通讯任务的电子设备。
它有主动式和被动式两种类型，属于声学定位的范畴。
声呐是利用水中声波对水下目标进行探测、定位和通信的电子设备，是水声学中应用最广泛、最重要的一种装置。
声呐是各国海军进行水下监视使用的主要技术，用于对水下目标进行探测、分类、定位和跟踪；进行水下通信和导航，保障舰艇、反潜飞机和反潜直升机的战术机动和水中武器的使用。
此外，声呐技术还广泛用于鱼雷制导、水雷引信，以及鱼群探测、海洋石油勘探、船舶导航、水下作业、水文测量和海底地质地貌的勘测等。
多波束和三维声呐技术在码头工程中的应用实例
多波束和三维声呐技术在码头工程中的应用实例多波束和三维声呐技术是现代海洋工程中非常重要的一种工具和手段。
这些技术可以为码头建设提供多种便利和优势，比如精准的船舶定位和测量，准确的深度和水文数据，以及高效的土壤勘探和病害检测等。
在本文中，我们将通过介绍几个实际应用案例来说明这些技术在码头工程中的具体应用和效果。
三维声呐技术是一种非常高效的海底测量方法，可以通过声波对海底进行三维扫描和成像。
在码头工程中，这种技术可以用来测量摆锤岩石墙体、码头底部、堆积区和航道等区域的精确坐标和深度。
同时，三维声呐技术还可以提供详细的海底地形和地貌图像，帮助码头工程团队更好地了解施工和建设环境，优化设计和施工方案。
实例：东海大桥二期工程东海大桥是中国东南沿海地区的一条高速公路跨海大桥，是国家重点工程之一。
在东海大桥二期工程中，施工团队采用了三维声呐技术对桥墩基础的海底地形和底质状况进行了测量和评估。
通过三维声呐技术，施工方成功获取了精准的施工坐标和深度数据，提高了施工效率和质量，同时还为后续维护和管理提供了重要的数据支持。
多波束技术是一种高精度的船舶定位和测量技术，可以利用多个单独发射器和接收器组合成信号束，从而实现船舶精准的位置识别和测量。
在码头工程中，这种技术可以用来实现码头船舶的精准定位和停靠，为码头物流和交通管理带来多种优势和便利。
实例：金港码头一期工程金港码头是我国东南沿海地区的一处重要集装箱码头，也是一项大型的建设工程。
在金港码头一期工程中，施工团队采用了多波束技术对船舶的停靠位置和路径进行了精准测量和定位。
通过该技术，码头管理部门可以实时监控和管理船舶停靠过程中的动态信息和数据，避免了船舶的碰撞和安全事故，同时也提高了码头运输和物流的效率和准确性。
总之，多波束和三维声呐技术是现代海洋工程中不可或缺的重要工具和手段，其在码头建设中的应用和效果也是非常显著和明显的。
通过这些技术的应用，可以帮助码头工程团队更加有效地管理施工过程、提高施工效率和质量、优化设计和施工方案，同时也为后续维护和管理提供了重要的数据支持和参考。
三维合成孔径声呐成像系统
三维合成孔径声呐成像系统所属领域：电子信息完成人：张学武等成果简介：系统主要由四个部分组成:湿端组件(拖体)、拖曳系统、信号处理机和控制台，各组成部分之间通过千兆以太网进行通信，协同完成超声波信号的发射、接收、声数据处理、和声图像的成像功能。
控制命令由干端显控台发出，通过光纤传输到湿端组件，湿端数据采集传输和控制中心通过串口与传感器进行通信;采集获得的声数据通过光纤发送到显控台进行处理。
数据采集传输和控制中心的硬件平台包含两块数据采集传输模块和一块控制中心模块。
数据采集板与接收机共用一个水密电子舱；控制中心板与系统电源共用一个水密电子舱。
主要技术指标本三维合成孔径声呐成像系统具有数据采集、传输与控制功能，其主要技术指标如下:(1)同步触发信号最高支持256路16bit AD同步采样，采样频率等于100kHz。
(2) AD采集差分输入，输入信号动态范围-1.625~1.625V。
输出通道幅度不一致性小于1dB，相位不一致性小于3度，通道噪声小于1mV(有效值)。
(3)传感器数据、控制命令与AD采集数据通过千兆以太网信号经控制中心电光转换后，进行单模光纤传输。
(4)湿端数据采集传输模块为+5. 7V直流电源供电，每个模块电流4A，电源输出纹波峰峰值电压≤100mV。
(5)数据采集功能分为两块电路板完成，每块电路板完成128通道数据采集，通过母板与接收机连接，每块板配置温度传感器芯片。
(6)通过串口接收信号采集板转发的显控台控制命令，进行命令解析和分包，再通过各串口分别发送各种对应的控制命令和设置参数给控制电机和各个传感器。
(7)提供3路线性调濒脉冲信号的发射信号源，DA频率大于200kHz。
信号形式:1路15kHz-30kHz正调频脉冲；1路6kHz-15kHz正调频脉冲；1路6kHz-15kHz 正调频脉冲或15kHz-6kHz反调频脉冲。
信号幅度3.3V, 1.65V, 0.825V,0.4125V可调，脉冲宽度5ms,10ms, 20ms可调。
水下声呐信号的处理与分析
水下声呐信号的处理与分析水下声呐是一种传感器，可以用来探测水中物体并获取其位置、形状、速度等信息。
它广泛用于海洋资源开发、水下油气勘探、水下防卫等领域。
为了利用水下声呐获取的数据更好地帮助我们了解水下环境与目标，水下声呐信号的处理与分析显得尤为重要。
声呐通常采用的是声脉冲法。
当声波在水中传播时，由于水的密度、温度等因素的影响，声波会发生衍射和散射，造成信号干扰和失真。
为了克服这些问题，我们需要进行声呐信号的处理与分析。
首先，我们需要对声呐信号进行滤波处理。
滤波可以去除非本体信号，使真正的目标信号更突出。
常用的滤波方法包括低通滤波、高通滤波、带通滤波等。
低通滤波可以将高频成分去掉，保留低频信号，用于识别目标的形状和位置；高通滤波则可以去掉低频成分，突出高频信号，用于识别目标的强度和速度；带通滤波可以在一定的频带内保留信号，而将其余信号去掉。
其次，我们需要对声呐信号进行分析。
声呐信号的分析可以用于提取目标的特征信息，如目标的形状、大小、材料等。
常用的声呐信号分析方法包括FFT分析、小波分析、时频分析等。
FFT分析可以将信号从时域转换到频域，以便更好地研究信号的频谱结构；小波分析则可以分析信号的局部频谱结构，用于提取目标的形状特征；时频分析可以分析信号在时间和频率上的变化，用于提取目标的运动信息。
最后，我们需要对声呐信号进行图像化处理。
声呐信号的图像化处理可以直观显示目标的形状、位置、速度等信息。
常用的声呐信号图像处理方法包括三维成像、等高线图、水声图等。
三维成像可以将声呐信号转化为三维图像，直观显示目标的形状和位置；等高线图可以将声呐信号转化为二维高度图，用于显示目标的形状和位置；水声图则可以将声呐信号转化为彩色图像，用于显示目标的形状、材料等信息。
总之，水下声呐信号的处理与分析是探测水中目标的重要手段，可以帮助我们了解水下环境，开展海洋资源开发、水下油气勘探等工作。
随着传感器技术的不断发展，声呐信号的处理与分析方法也在不断地更新和完善。
声呐图像的三维重建技术研究
声呐图像的三维重建技术研究声呐技术是一种无创性、安全可靠的医疗检测手段，能够在人体内部获得高分辨率的图像信息，发挥了在医学、生物医学等领域的重要作用。
然而，传统的声呐图像是二维的，只有一个截面信息，难以准确还原三维模型信息。
因此，声呐图像的三维重建技术研究也成为了目前医疗影像领域的研究热点之一。
一、三维重建技术的应用声呐图像三维重建技术在医疗诊断、治疗方案制定、手术规划等方面都有着广泛的应用。
例如，对于心脏病的诊断，三维重建技术可以通过重建立体实体模型，通过旋转、放大等操作判读心脏病发生部位、大小、形态特征等重要信息，对病情进行全面评估。
在骨科手术规划中，医生可以通过重建患者受伤部位的三维模型，对手术范围、操作角度等进行合理规划，术前精确确定手术的困难程度、手术时间和术后的修复进程。
二、三维重建技术的发展历程早在20世纪90年代，人们开始尝试使用三维重建技术研究声呐图像的三维结构。
最初的方法是通过单张不同角度的二维图像叠加，最终形成三维模型。
但是由于这种方法耗时长且图像信息不准确，限制了进一步的应用。
随着数字成像技术的发展，更高精度、更高效率的三维重建技术应运而生。
目前主要的三维重建技术包括基于成像图像的方法和基于声信号的方法。
三、基于成像图像的三维重建技术基于成像图像的三维重建技术是通过对多个二维图像进行合成，构建成三维模型。
这种技术需要获取多张图像，而且需要确保拍摄角度不同，增加图像间的差异性。
这种方法可以通过多个诊断仪器进行图像采集，例如核磁共振、CT、X光等仪器。
通过对这些成像技术得到的图像进行重建，可以得到具有高精度的三维模型。
四、基于声信号的三维重建技术基于声信号的重建技术是通过对声信号的处理和分析，重建出三维模型。
这种技术需要先将声信号转换成二维图像，然后再基于多个二维图像构建成三维模型。
这种方法可以通过超声波成像仪器进行采集，该仪器可以捕获到三维声波反射信息。
通过对反射信息进行处理和分析，可以形成高精度的声呐图像三维重建模型。
基于三维成像声纳技术的水下结构探测新方法
ｔ ｒ ａ ｄ ｉ ｉ ｔ ｏ ｎ ａ ｌ ｏｎ ｓ ａ ｒ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ ａ ｎ ｄ ｕ ｎ ｄ ｅ ｒ ｗ ａ ｔ ｅ ｒ ｖ ｉ ｓ ｕ ａ ｌ ｉ ｚ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｔ ｏ ｏ ｌ ｓ ｅ ｘ ｉ ｓ ｔ ｏｍｅ ｓ ｄ ｅ ｆ ｅ ｃ ｔ ｓ ｗ ｈ ｅ ｎ ｔ ｈ ｅ ｙ ａ ｒ ｅ ｕ ｓ ｅ ｄ ａ ｌ ｏ ｎ ｅ ．３ １ ａ ｒ ｅ ｅ － ｄ ｉ ｍｅ ｎ ｓ ｉ ｏ ｎ ａ ｌ ｒ ｅ ａ ｌ —
戴 林军’ ，郝 晓伟 ’ ，吴 静’ ，张振 辉
杭州 ３ １ ０ ０ １ ２ ； （ １ ．浙 江省水利 科技推 广 与发 展 中心 ，浙 江
２ ．浙 江钱 江科技 发展 有 限公 司，浙江
摘
杭州 ３ １ ０ ０ １ ２ ）
要 ：水利工程水下结构安全隐患的探测至关重要 ，而传统声纳 系统 和水 下可视化工具在单 独使用时均
ｐ ｅ ｒ ｆ ｏ ｒ ｍａ ｎｃ ｅ ．Ｅ ａ ｃ ｈｔ ｅ ｃ ｎｏ ｈ ｌ ｏ ｇ ｙｉ ｎ ｄ ｅ ｘｏ ｆｔ ｈ ｅ ｅ ｑ ｕ ｉ ｐ ｍｅ ｎ ｔ ｓ ｈ ｏ ｗ ｅ ｄｔ ｈ ａ ｔ ｉ ｔ ｃ ｏ ｕ ｌ ｄｍｅ ｅ ｔ ｈｅ ｔ ｄ ｅ ｍａ ｎ ｄｆ ｏ ｒ ｄ ｅ ｔ ｃｔ ｅ ｉ ｎ ｇｔ ｈｅ ｕ ｎ ｄ ｅ ｗａ ｒ ｔ ｅ ｒ ｓ ｔ ｎ ｌ ｃ ｔ ｕ ｒ ｅ ｓ
声呐三维重建原理
声呐三维重建原理
声纳三维重建的原理主要基于声纳测深和定位技术。
具体来说，它包括以下几个步骤：
1. 数据采集：通过在水下部署声纳设备，发射声波并接收反射回来的回声信号。
这些信号包含了水下物体的深度、距离等信息。
2. 数据处理：将收集到的数据进行处理，包括噪声消除、信号增强等操作，以提高数据的质量和准确性。
3. 数据解析：根据声波在水中传播的速度，以及其反射和折射的特性，解析出物体的大小、形状、位置等信息。
4. 三维重建：利用解析出的信息，构建出物体的三维模型。
这一步通常需要使用专门的软件，如CAD软件，进行建模和渲染。
5. 结果输出：将重建的三维模型输出，可以用于进一步的研究、分析，或者制作成可视化的图像和视频。
需要注意的是，声纳三维重建的准确性和精度受到许多因素的影响，包括声波的频率、发射和接收设备的性能、环境条件等。
因此，在实际应用中，需要根据具体的需求和条件进行调整和优化。
三维成像声纳数据采集系统设计
0引言
近年来，三维成像声纳[1]受到广泛关注，相关技术发 展 迅 速 。 三 维 成 像 声 纳 的 优 点 为 成 像 分 辨 率 高 ，缺 点 是 其接收基阵阵元数达几千甚至上万[2]，所对应的数据 采集 系 统 包 含 了 大 规 模 的 模 拟 通 道 ，设 计 复 杂 ，实 现 困 难 。 [3] 传统依赖经验的设计方法周期长、成本高，且很难 保 证 设 计 指 标 ，无 法 满 足 三 维 成 像 声 纳 设 计 要 求 。 因 此 ，需 要 一 种 更 加 理 性 的 设 计 方 式 ，能 够 保 证 设 计 的 可 靠性及指标要求。
1 三维成像声纳数据采集系统结构
三 维 成 像 声 纳 数 据 采 集 系 统 采 用 分 级 、模 块 化 设 计 。 [4⁃7] 其基本结构如图 1 所示。
图 1 数据采集系统结构图 Fig. 1 Structure diagram of data acquisition system
采集及解调模块在采集 N 个换能器阵元的信号 后，对每一个通道的数据进行解调[8]，输出基带信号。信
China（11304343）
噪 声 、信 号 过 程 ，提 出 数 据 采 集 系 统 主 要 设 计 参 数 需 要 满足的约束方程，利用约束方程验证数据采集系统设计 是 否 满 足 指 标 要 求 ，并 对 三 维 声 纳 的 最 终 性 能 进 行 预 测。最后通过实验结果验证设计方法的可行性。
C3d侧扫声纳综述
C3d侧扫声纳综述一：C3d侧扫声纳的简介•它是能成功地制作了一种融合高清晰度侧扫声呐图像和高精度测深数据而生成精确的海床地形、地貌的声呐系统(简称侧扫声呐C3D成像系统)。
该系统集侧扫声呐和多波束测深系统优点于一体，既可得到高清晰的图像数据、又可取得高精度的测深数据，而且测量幅度宽探测效率高。
干涉声呐一般使用二个水听器，随着测量范围的增大，相位差测角的精度降低，导致测深精度降低。
虽增大水听器间隔可改善远程测深精度。
但是，当水听器间隔超过波长的一半时，会出现相位多值性问题。
此外，干涉声呐不能求出同时来自多个目标的回波方向，如图所示的海底和垂直壁面的回波方向。
侧扫声呐C3D成像系统，与干涉声呐不同，使用６单元水听器阵列，利用CAATI专利技术，从６个接受信号的相位和振幅计算出多个（最多5个）同时到来的回波方向。
该系统在这方面个好地解决相关问题二：侧扫声纳工作的原理1、侧扫声纳是水下搜索、水下考察等一项重要的有力的工具，它能不受水体可见度的影响而快速覆盖大面积水域“看”到水下情况。
每边旁扫通过向水底发射声纳，反射后被拖鱼接收形成声纳影象来发现水下物体。
接收到的信号通过拖缆传到甲板上的显示单元。
[2]2、显示单元显示的是高分辨率的海底或湖底或河底或位于底部其他物体的声纳影像。
声纳的声波是通过安装在两边的拖鱼发射并接收的。
换能器的分辨率决定于发射声波的频率。
3、旁扫是以较低的频率来得到较大的扫描范围，但是精度要低。
高频系统可以得到较高的精度，但是扫描范围较小。
双频旁扫同时拥有高频和低频换能器，这样可以得到较大范围同时分辨率较高的图像。
4，侧扫声纳左右各安装一条换能器线阵,首先发射一短促的声脉冲,声波按球面波方式向外传播,碰到海底或水中物体会产生散射,其中的反向散射波(也叫回波)会按原传播路线返回换能器被换能器接收,经换能器转换成一系列电脉冲.三：C3D侧扫声纳的应用1：海洋测绘中C3D侧扫声纳可以显示微地貌形态和分布,可以得到连续的有一定宽度的二维海底声图,而且还可能做到全覆盖不漏测,这是测深仪和条带测深仪所不能替代的,所以港口、重要航道、重要海区,都要经过侧扫声纳测量情况. 这是其他探测设备不可替代的2：海洋地质调查C3D侧扫声纳的海底声图可以显示出地质形态构造和底质的大概分类,可以显示出洋脊和海底火山,是研究地球大地构造和板块运动的有力手段3：海洋工程勘探利用C3D侧扫声纳可以分析地貌、海底构造,底质,可以分析海床迁移和稳定性. 所以也广泛应用于海洋工程勘探,如海底电缆、海底输油管线的路由器调查等4：寻找水下沉船沉物和探测水雷C3D侧扫声纳分辨力高,可以发现水雷等小目标,可以发现沉船,并能显示沉船的坐卧海底姿态和破损5：C3D用途大概可总结：•C3D侧扫声纳还广泛应用于其他方面,如渔业研究、水下考古等水道通航研究•水道测量与海底地貌制图•工程与科学研究•水下目标物探测•电缆、光缆及海底管线探查•过江及跨海大桥水下建筑物安全探测•海底矿产分布状况探测•渔群生物量估计四：声图成像特征声图依据扫描线像素的灰度变化显示目标轮廓和结构以及地貌起伏形态. 目标成像灰度有两种基本变化特征:(1)隆起形态的灰度特征. 海底隆起形态在扫描线上的灰度特征是前黑后白,亦即黑色反映目标实体形态,白色为阴影.(2)凹陷形态的灰度特征. 海底凹洼形态在扫描线上的灰度特征是前白后黑,亦即白色是凹洼前壁无反射回声波信号,黑色是凹洼后壁迎声波面反射回波声信号加强.海底表面起伏形态和目标起伏形态,在声图上反映灰度变化,就是以上两种基本特征的组合排列变化(见图8).五：C3D系统的优势1.用户可根据需要进行选择舷侧固定、拖鱼及AUV等多种安装方式，通过ADSL高速通信连接器和光缆通讯，可对3000―6000m海底地形进行探测。
三维声呐工作报告
三维声呐工作报告摘要本报告介绍了三维声呐的工作原理、应用领域、技术优势以及发展趋势。
三维声呐作为一种重要的水声探测技术，已经在海洋勘探、海底测绘、水下目标识别等领域得到广泛应用。
随着技术的不断进步和应用需求的不断扩大，三维声呐在水声探测领域的应用前景非常广阔。
本报告旨在通过详细介绍三维声呐的工作原理和应用情况，为相关领域的研究人员和技术从业者提供参考。
关键词：三维声呐；水声探测；海洋勘探；海底测绘；水下目标识别一、引言三维声呐是一种利用声波对水下目标进行探测和成像的技术设备。
相对于传统的二维声呐，三维声呐能够在水下实现更加精确的定位和成像，具有更高的分辨率和更广的探测范围。
三维声呐在海洋勘探、海底测绘、水下目标识别等领域具有重要的应用价值，受到了广泛关注。
二、工作原理1. 声波传播原理三维声呐利用声波在水下的传播特性来实现对水下目标的探测和成像。
声波在水下的传播速度受到水域温度、盐度、压力等因素的影响，因此在实际应用中需要进行相关的修正和校正。
2. 接收和处理技术三维声呐通过接收水下目标反射回来的声波信号，并通过信号处理技术进行分析、滤波、增强等操作，从而实现对水下目标的成像和识别。
接收和处理技术是三维声呐的核心技术之一，直接关系到声呐系统的成像效果和探测性能。
三、应用领域1. 海洋勘探三维声呐在海洋勘探中起着至关重要的作用，可以对海底地貌、地质构造、海底生物等进行全方位、高分辨率的探测和成像，为海洋勘探工作提供了重要的技术支持。
2. 海底测绘三维声呐可以实现对海底地形的三维成像，具有较高的空间分辨率和成像精度，可以为海底管道敷设、海底工程施工等提供具体的地形数据，为相关海底工程的规划和实施提供重要的参考依据。
3. 水下目标识别三维声呐可以对水下目标进行精确的识别和定位，包括潜艇、水下无人航行器、水下管线等，具有重要的军事和民用应用价值。
四、技术优势1. 高分辨率三维声呐具有较高的空间分辨率和成像精度，可以对水下目标进行精准的成像和识别。
海洋测绘技术手段在水下隐蔽工程结构检测中的应用——以水下三维全景声呐为例
海洋测绘技术手段在水下隐蔽工程结构检测中的应用——以水下三维全景声呐为例◎ 林斌 福建省港航勘察科技有限公司摘 要：本文以利用海洋测绘技术手段应用于沿海陆岛交通码头、内河桥梁水下隐蔽工程结构检测的实际案例为依托，介绍了Teledyne Blueview 5000-1350水下三维全景声呐系统的探测原理和方法，分析了实际应用过程中实现的目的和效果，总结了应用过程中容易出现的一些问题，并提出了使用过程中的改进措施和建议。
关键词：海洋测绘技术手段；水下结构检测；水下三维全景声呐系统；虚假反射1.引言海洋测绘是研究海洋、江河等水域及毗邻陆地区域各种几何、物理、人文等地理空间信息采集、处理、表示、管理和应用的科学与技术[1]，主要以海洋地球物理探测技术手段为主，海洋测绘发展历程经历了模拟化、数字化初期阶段，正向信息化、智能化新阶段转型[1]，提供的技术服务也向预测、决策等服务方向拓展。
我国海洋测绘技术研究的进展主要在卫星测高、卫星遥感反演、多元数据融合分析、机载L iDA R测量技术等方面有进一步完善和成熟。
我国海洋测量平台由单一的岸基、海基测量平台逐步向天基、空基和潜基平台延伸，海洋装备向无人化、智能化、便携化和多功能化方向发展。
在“一带一路”的引领下，水运工程发展迅速，为确保水运工程正常履行使用功能，需按一定的时间对其进行相应的结构检测工作，以评估判断该工程是否能继续提供安全可靠的使用功能，其中水运工程水下部分的结构处于隐蔽环境，检测主要通过水下摄像、人工潜水探摸等方式进行[2]，数据结果受采集条件及人为影响因素较大，且无法判断数据的可靠性。
随着技术的进步，海洋测绘装备不断优化升级，具有越来越多的优势和更多的应用场景，利用海洋测绘技术手段对水运工程水下部分进行检测，是一种更加客观、可靠的方法，主要的技术为水下激光扫描成像、声波扫描成像，其中激光的应用环境相对严苛，受水体浊度影响较大，信号衰减严重，数据质量不稳定，相反声波具有较强的穿透能力，具有较广的应用场景。
前视声呐成像原理
前视声呐成像原理
前视声呐成像原理是一种非常重要的成像技术，它使用声波来获
取目标的三维图像。
以下是前视声呐成像原理的详细步骤：
第一步：发射声波信号
前视声呐成像系统通过发射声波信号来探测目标。
这些声波信号
是由一个称为“发射器”的装置产生的。
发射器会向前发射声波信号，这些信号反弹回来后就会被接收器捕捉到。
第二步：接收反射波
当声波信号撞上目标并反弹回来时，它们会被声纳传感器接收器
捕捉。
接收器上的接收元件可以检测到这些反射波并将其转化为数字
信号，这些信号可用于生成目标的图像。
第三步：处理数据
接收器上的电路会处理这些数字信号并使用它们来构建目标的三
维模型。
处理后的数据显示在显示器上，显示出目标的轮廓，大小，
形状以及其他细节。
第四步：分析三维数据
处理后的三维数据可用于许多应用，包括检测目标形状，距离，
大小，深度和方向等。
此外，这些数据可以用于制定机器人的运动规划，以便它们可以预测和避免可能的障碍物。
总结
前视声呐成像技术是一种非常重要的技术，它可以用于许多领域，包括机器人，医学成像和民用领域等。
通过发射和接收声波信号并对
其进行处理，前视声呐系统可以生成三维图像，使我们可以看到目标
的轮廓，大小和方向等细节。
这项技术有助于提高生产效率，保护人
员安全并推动科学研究的进展。
以3DSS-iDX-450三维侧扫声纳为例探究声纳于海洋测绘中的应用
Value Engineering1侧扫声纳的应用机理在操作侧扫声纳技术时，由于使用的是不连续的测深系统，因此在进行数据采集和处理时需要将不同深度的各种测绘数据进行收集和整理，而在对这些数据进行处理时，通常需要根据不同的深度将数据进行分类。
数据显示与记录单元主要是对在操作侧扫声纳技术时所采集到的各种测绘数据进行收集和整理。
同时还可以通过人机交互的方式对其进行展示。
数据传送单元，一般是在侧扫声纳技术中，最前方的工作模块，其主要作用就是能够在信息通道平台上，有效地传送测绘数据，为后续的数据深度处理提供更好的支持。
数据传送单元在整个侧扫声纳技术中，处于最前端，也是最重要的一环。
侧扫声纳技术中，最前方的工作模块，就是水下声波发射器。
它的主要作用就是发出声波，并以此来收集各种测绘信息。
拖曳电缆是必不可少的硬体装置，可以起到牵引、供电等多种功能。
接收换能器，也叫水听器，它能够把水中的声音信号转换成电信号，是侧扫声纳技术的一个关键组成部分，它能够把声波收集的信息转换成电信息。
该系统具有多种功能，能够在多种海洋测量任务中起到良好的作用。
它的工作频率一般为数十千赫至数百千赫，有效距离为300~600米。
侧扫声纳在进行近距离探测时，由于其本身的高分辨能力，可获得良好的地图绘制效果。
在进行海底地质勘探的时候，它的工作频率大大提高，能够探测到20公里的范围。
侧扫声纳技术的换能器主要位于拖曳体和船体之间，在海上行驶时向两边向下发射声脉冲，整体呈扇形波束。
该方法利用声波判断海面、海底及水体的媒质性质，并对该地区的声学结构进行探测，并对有关资料进行采集和处理。
[1]2多波束声纳数据处理系统的长回波的数据信息处理方法，主要包括：数据格式转换与读取，声速剖面信息处理，位置数据处理，潮位信息处理，姿态数据处理，深度信息处理，网格化，坐标系的转换。
在现代科技的帮助下，多波段声纳技术在已开展的海深探测中，除了可以实现潮位、声速和归心等校正功能以外，还可以对波束足迹数据进行更有效的计算，进而对海深探测资料加以筛选，并减少了其中存在的噪声和错误信息等。
实时三维声呐技术在平台水下检测中的应用
实时三维声呐技术在平台水下检测中的应用代兆立;窦海余;徐爽;孙大权;蔡彪【摘要】滩海平台工作水深较浅,约1～3 m,平台桩基为群桩,形状不规则,对其难以进行定量检测.首次采用三维声呐系统对冀东油田滩海平台的水下工程进行检测.检测结果表明,冀东油田1号构造平台桩基未发现异常,NP1-1D平台桩基周围3 m范围内有约0.5 m深的凹坑,NP1-29平台西北侧桩基北侧有长44 m、宽约14 m、较周围地形深2.6 m的沟槽,NP1-3D平台桩基宽度约11 m,桩基下方有较小沟槽.检测成果满足工程要求.对于工作水深大于3 m的平台,其桩基可采用Echoscope 实时三维声呐系统进行水下检测;工作水深小于3 m时,需进行现场试验确定.【期刊名称】《石油工程建设》【年(卷),期】2018(044)006【总页数】4页(P38-41)【关键词】三维声呐;平台桩基;水下检测【作者】代兆立;窦海余;徐爽;孙大权;蔡彪【作者单位】中国石油冀东油田公司, 河北唐山 063004;中国石油冀东油田公司, 河北唐山 063004;中国石油集团海洋工程有限公司, 北京 100028;中国石油冀东油田公司, 河北唐山 063004;中国石油冀东油田公司, 河北唐山 063004【正文语种】中文滩海人工岛处在复杂的海洋环境中，受到风、浪、流、海冰、风暴潮和地震等多种海洋环境因素的共同影响，损毁事件屡见不鲜，滩海人工岛工程的安全检测与预警是人工岛建设与运行的重要保障[1-2]。
冀东南堡油田采用人工岛海油陆采工程模式，1号构造相继建成3座人工岛，包括NP1-29平台、3座海底管道（简称海管）登陆平台（NP1-1D人工岛的2座海管登陆平台、NP1-2D人工岛的1座海管登陆平台）、NP1-3D人工岛海底管道栈桥支撑平台。
由于近海风、浪、流、冰等动力因素的影响，平台桩基周边可能存在冲刷现象，严重时可能给安全生产带来威胁。
工程设计及相关标准都提出了定期检测要求[3-4]，检测内容包括水深与海底地形测绘、平台桩基探测、桩基冲刷、废弃电缆及海底障碍物等。
相控阵三维声呐信号采集与处理系统
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机
工
程
２１ 年 １ ０１ 月
Ｊ ｎ ｒ ０１ ａ ｕａ ｙ ２ １
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・０ ４ （ １０ ８ ３ 文 标 码： 章 号 １ ２ ２ １１ ２ ０ ８ｏ）— 献 识 Ａ
图 １ 示。 所
ｉ ｇ ｎ ｙ ｔｍ，ａ ｐ ａｌｌｃ ｍｐ ｔ ｇ ｓ ｓ ｍ ａ ｅ ｎ Ｆ ｅ ｒ ｇ ａ ｍａ ｉｇ ｓ ｓ ｅ ａ ｌ ｏ ｕｉ ｙ ｔ ｂ ｓ ｄ ｏ ｉ ｄ Ｐ ｏ ｒｍｍａ ｌ ｔ Ａ ｒｙ （ Ｐ Ａ）ｉ ｐ ｅ ｅ ｔｄ ｈ ｙ ｔｍ ｓ ｓＳ ａｔ 一 ｏ ｒ ｅ ｎ ｅ ｌ ｂｅ Ｇａ ｒａ ｓＦ Ｇ ｅ ｓ ｒｓｎ ｅ ．Ｔ ｅ ｓ ｓ ｅ ｕ ｅ ｐ ｒ ｎ ３ ｔ ａ
（ｎｔｕｅｏ Ａｄ ａｃｄＤｉｉ ｌ ｅｈｏｏ ｙａｄＩｓｕ ｎ， ｈｊ ｎ ｉｅｓｙ Ｈａｇ ｈ ｕ３０ ２ ， ｈｎ） Ｉｓｔｔ ｆ ｖｎ ｅ ｇｔ ｃｎ ｌｇ ｎ ｔ ｍｅｔＺ ｅｉ ｇＵｎｖｒｉ ， ｎ ｚ ｏ １０ ７ Ｃ ｉａ ｉ ａＴ ｎ ｒ ａ ｔ
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三维成像声呐分区域FFT波束形成算法设计
三维成像声呐分区域FFT波束形成算法设计
于涤非;黄海宁;张春华;吴长瑞
【期刊名称】《电子工程学院学报》
【年(卷),期】2019(008)005
【摘要】为解决传统均匀FFT波束形成算法引起的3维声呐成像分辨率降低的问题,该文提出分区域FFT波束形成算法.远场条件下,以保证成像分辨率为约束条件,以划分数量最少为目标,采用遗传算法作为优化手段将成像区域划分为多个区域.在每个区域内选取一个波束方向,获得每一个接收阵元收到该方向回波时的解调输出,以此为原始数据在该区域内进行传统均匀FFT波束形成.对FFT计算过程进行优化,降低新算法的计算量,使其满足3维成像声呐实时性的要求.仿真与实验结果表明,采用分区域FFT波束形成算法的成像分辨率较传统均匀FFT波束形成算法有显著提高,且满足实时性要求.
【总页数】7页(P45-51)
【作者】于涤非;黄海宁;张春华;吴长瑞
【作者单位】中国科学院声学研究所北京 100190;中国科学院大学北京100190【正文语种】中文
【中图分类】TB565;TN911.72
【相关文献】
1.基于CZT波束形成三维成像声呐算法优化 [J], 金将溢;沈斌坚
2.三维成像声呐分区域FFT波束形成算法设计 [J], 于涤非;黄海宁;张春华;吴长瑞
3.三维成像声呐分区域FFT波束形成算法设计 [J], 于涤非;黄海宁;张春华;吴长瑞
4.三维成像声呐分区域FFT波束形成算法设计 [J], 于涤非; 黄海宁; 张春华; 吴长瑞
5.三维成像声呐分区域FFT波束形成算法设计 [J], 于涤非; 黄海宁; 张春华; 吴长瑞
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三维声呐原理
三维声呐原理引言：三维声呐是一种利用声波传播和反射原理来获取目标物体位置和形状信息的技术。
它在军事、海洋勘探、水下探测等领域具有广泛应用。
本文将介绍三维声呐的原理和工作过程。
一、声波传播原理声波是一种机械波，通过介质中的分子振动传播。
声波的传播速度与介质的特性有关，一般在水中的速度约为1500米/秒。
声波在传播过程中，会遇到障碍物而产生反射、折射和散射等现象。
二、声波反射原理当声波遇到介质的边界时，会发生反射现象。
根据反射定律，入射角等于反射角，声波以相同的角度从边界上反射回来。
利用这个原理，三维声呐可以通过接收反射回来的声波来获取目标物体的位置和形状信息。
三、三维声呐的工作过程1. 发射声波：三维声呐通过发射器发出一束声波。
发射的声波可以是单一频率或多个频率的声波。
2. 接收反射波：声波在传播过程中，会遇到目标物体并发生反射。
三维声呐的接收器会接收到这些反射回来的声波。
3. 时差测量：三维声呐通过测量声波从发射到接收的时间差来计算目标物体与声呐之间的距离。
利用声波在水中的传播速度，可以根据时间差计算得到距离。
4. 角度测量：为了获取目标物体的方位角和俯仰角，三维声呐需要测量声波的入射角和反射角。
这可以通过控制声波发射的方向和接收反射波的方向来实现。
5. 数据处理：三维声呐会将接收到的声波数据进行处理，通过计算和分析得到目标物体的位置和形状信息。
常用的处理方法包括时差定位、相位差定位和多普勒效应等。
四、三维声呐的应用1. 海洋勘探：三维声呐可以用于海底地形测绘、海底资源勘探等。
通过测量海底反射声波的时间差和角度，可以绘制出海底地形图。
2. 水下探测：三维声呐可以用于水下目标探测，如水下航行器探测、水下障碍物避让等。
通过测量目标物体的位置和形状信息，可以实现水下目标的自动识别和跟踪。
3. 军事应用：三维声呐在军事领域有着广泛的应用，如水下声呐阵列用于潜艇的探测和追踪，水下声呐网络用于水下通信等。
总结：三维声呐利用声波传播和反射原理，通过发射声波并接收反射波，以时间差和角度测量为基础，通过数据处理得到目标物体的位置和形状信息。
3DSS-DX 三维侧扫声呐暨条带测深仪介绍
3DSS-DX 三维侧扫声呐暨条带测深仪介绍1. 3DSS-DX 是一款什么设备？3DSS-DX 是世界上第一款三维侧扫声纳暨超宽覆盖的浅水条带测深仪。
它在一次测量航行中可同时获得3种数据：与传统侧扫一样的2D声呐图像；前所未有的高分辨率3D侧扫图像和世界最宽覆盖的条带测深数据。
2. 3D侧扫图像与2D侧扫有什么差异？2D侧扫只是对海底的扫描，水体中的物体如桥桩等也必须投影到海底平面上，人们只能根据其影子来判断其高度，而且由其拖曳工作方式决定，2D侧扫除了不能精确定位外，其图像在尺寸和形状上也有多种变形。
3D侧扫可实现从水面到海底的全空间扫描，其结果是被扫空间的3D点云数据。
成果与陆地上的3D激光扫测仪完全一样。
其3D点云图可任意旋转、放大及准确测量尺寸。
对被扫物体的判识及测量完全不需其影子帮助。
弧形物的2D 侧扫图像同时获得的3D侧扫点云图沉船的2D 侧扫图像同时获得的3D侧扫点云图可任意旋转的3D侧扫点云图对于像渔网这样漂在水下且声波反射很弱的物体，2D侧扫完全很难探测到，而对全水体扫描的3D声呐则显而易见。
3.超宽覆盖的浅水条带测深系统是什么？3DSS-DX在水深1.5米到40米范围内，条带测深数据有效覆盖宽度可达水深的10~14倍。
没有任何一款现世多波束系统可与之比拟。
4.3DSS-DX 是什么工作原理3DSS-DX 采用多回波角信号检测电子波束专利技术及CAATI专利算法，它是对“相干声呐”技术的扩充。
相干声呐用二个换能器计算单一回波相位（时间）差，如下图所示，它对于同时到达的回波无法分辨角度：CAATI 技术采用N个独立基元，如下图所示，同时接收从水面到海底（全水柱）的多个回波源的信号，在每个采样时间皆直接利用相位和回波强度（不是计算相位差）计算每个源的距离、角度。
从而得到全水柱范围的3D侧扫和测深数据。
CAATI技术可很好地解决水下声波多途经影响，减少水深测量时的跳变和不确定度，从而可有效扩展测深条带宽度。
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0.5°
20° 0.5m-120m 7-30Hz 8mm 35W 18-75VDC Ethernet(10/100 Base T)or VSDL(with Ethernet
Comms
1000Base available) Impulse as standard,Schilling option
Connector
300m 4000m 2500m 300m 300m 4000m
深度 级别 频率
720KHz
720KHz
240KHz
1.35MHz
2.25MHz
10K/800KHz
重量
3.9Kg
7.96Kg
19Kg
21.7Kg
19.1Kg
2Kg
扫描 扇区 接口
120°×20°
120°×20 °
120°×45°; 120°×1.5°
BV5000-1350船坞扫描
高
软件
15.4in
• Leica Cyclone Register • Leica Cyclone Model
15.4in
• Leica Cyclone Register Customer Care Package (CCP)
• Leica Cyclone Model Customer Care Package
1000Base
产品介绍
Gemini 720id
高频三维实时成像声纳 Gemini 720i升级版
调焦能力优秀,适用于近距离观察和 远距离探测
耐压深度：4000m
产品介绍
Gemini 720id参数
工作频率
声学角度分辨率 扫描扇区 波束个数
720KHz
1.0° 120° 256
有效角度分辨率
垂直波束宽度 探测距离 扫描速率 距离分辨率 Power consumption Supply voltage
Gemini 720i Gemini 720id Eclipse BLUEVIEW BV5000-1350 BLUEVIEW BV5000-2250 Seaking DFS
产品介绍
Gemini 720i
高频三维实时成像声纳 优化的信号处理电路提供清晰图像 集成声速计实现图像锐化和精准测距 数据能在Senet Pro 或Gemini的独 立操作软件上运行 耐压深度：300m
产品介绍
BLUEVIEW BV5000参数
参数 BLUEVIEW
BV5000-1350
频率 最大扫描范围 波束宽度 分辨率 空气中重量 耐压深度 长 宽
BLUEVIEW
BV5000-2250
1.35MHz 30m 1° 0.013m 21.7lb 300m 10.5in 9.2in
2.25MHz 10m 1° 0.019m 19.1lb 300m 8.5in 8.6
产品介绍
BLUEVIEW BV5000
BLUEVIEW BV5000系列是高分辨 率三维实时成像声纳，目前该系 列主要有两款三维成像声纳： BLUEVIEW BV5000-1350和 BLUEVIEW BV5000-2250。这两款 声纳的频率分别是1350KHz和 2250KHz，耐压深度都是300m。
(CCP)
BV5000-2250导管架扫描
产品介绍
Seaking DFS
QUANTUM13 ROV所用二维声纳 能对视野范围内动态和静态的物体扫描
能测量距离、尺寸、方位
操作员可以通过经验判断出声纳视野范 围内结构
陆丰13-2导管架安装项目示例
产品介绍
Seaking DFS参数
空气中重量 频率 径向分辨率 机械分辨率 最大扫描半径 最大可扫描角度 耐压深度 电压 2.0Kg 10KHz，800KHz 小于50mm 小于0.5° 300m 360° 4000m 18v-30Vdc
available(Schilling seanet)
产品介绍
Eclipse
多波束测深系统 三维立体化可视模式系统
能测量水平、垂直、任意两点间距离； 能测量倾斜角度
耐压深度：2500m
甲板控制单元：
产品介绍
Eclipse参数
工作频率 波束宽度 波数 声学角分辨率 有效角分辨率 深度/距离分辨率 最大量程 最小焦距 扫描速率 功率 电压 通讯 240kHz 120° 256 1.5° 0.5° 2.5cm 120m 0.4m 140Hz@5m，7Hz@100m 60W 20-28VDC Ethernet（100baseT）
三维成像声纳在海洋工程中的应用
导管架、海底管道、基盘、管汇检测 声视觉导航
Байду номын сангаас
应用范围
桥墩探伤 堤坝检测 其它的辅助应用
三维成像声纳的基本工作原理
将电信号传输至声纳控制单元，声纳操作软件将扫描到的信息 以图像的形式显示在显示屏上。
三维成像声纳的基本工作原理
产品介绍
下面对五款三维声纳与QUANTUM13所使用二维 声纳做简单的介绍
产品介绍
Gemini 720i参数
工作频率 声学角度分辨率 扫描扇区 波束个数 有效角度分辨率 垂直波束宽度 探测距离 扫描速率 距离分辨率 Power consumption Supply voltage Comms 720KHz 1.0° 120° 256 0.5° 20° 0.2m-120m 10-30Hz 8mm 35W 18-75VDC Ethernet(10/100 VSDL(with available) Ethernet Base T)or
120°×20°
120°×20°
360°×45°
10/100Base T
100Base T
100Base T
10/100 Base-T
10/100 Base-T
10/100 Base-T
扫描扇区
扫描扇区
三维成像声纳
*************有限公司 指导老师：*** 2011年6月21日
三维成像声纳的发展背景
随着海洋矿产、石油行业的向深海发 展，水下结构日益复杂，二维声纳开 始无法满足要求。声学和三维显示技 术的高速发展使三维成像声纳具有三 维实时成像，高分辨率，图像可被缩 放、移动、转动等二维声纳所不具有 的优点。
三维成像声纳的选择
声纳的选择主要参考声纳的类型、价格、 以及以下五个参数：
深度级别 重量 扫描扇区 频率 性能 通讯
三维成像声纳的选择
Gemini 720i 类型 Gemini 720id Eclipse BV5000-1350 BV5000-2250 Seaking DFS
三 维 实 时 三 维 实 时 三 维 成 像 声 三 维 实 时 成 像 三维实时成像 二 维 避 障 声 成像声纳 成像声纳 纳 声纳 声纳 纳