三维成像声纳毕业论文

三维成像声纳

专业：光电子技术与科学

院校：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，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。

1.2三维成像技术

通常我们说一个客观的世界是三维的，客观世界的三维图像通过某种技术把它记录下来然后处理、压缩再传输出去，显示出来，最终在人的大脑中再现客观世界的图像，这个过程就是三维成像技术的全过程。

1.3 三位成像声纳的发展现状

三维成像声纳与普通的多波数声纳的区别，在于它具有更高的分辨率，从而可以提供水下目标外形轮廓的更多细节描述。高分辨率成像声纳在对水下目标进行成像时，能够提供非常优秀的图像质量，从而可以对目标进一步地跟踪和识别。目前最前沿的三维成像声纳是以声透镜技术为基础，它能提供目标的实时动态视频图像，质量小、尺寸小，可以装载到各种AUV、ROV上进行水下作业。

声视觉导航：给出目标物尺寸和方位信息

海底地貌检测：提供海底的等高线图和地理参考数据，海图的绘制。

残骸搜索：提供失事船只残骸的详细信息

堤坝的检测：提供堤坝的裂缝信息

管道检测：对海底油气输送管道进行安全检查

桥墩探伤：检测受损桥墩的险情

海港检测：给出水下目标的回声及运动轨迹和速度

海床检测：矿产资源和能源勘探

图1-1 海图

图1-2 失事船只残骸

第二章声纳工作的基本原理

声纳头发射声音波束的频率是特定的，声纳头发射波束，波束经过障碍物反射，声纳头接收声音信号，将其转化为电信号；再通过RS232协议将电信号传输至水下光端机，光端机把电信号转化为光信号，光信号通过光缆传输至水上光端机，水上光端机把光信号转化为电信号，再通过RS232协议传输至声纳控制单元，声纳控制单元利用声纳的操作软件（如Seanet Pro）把声纳头扫描到的信息以图像的形式显示在显示屏上。在水上，可以通过操作软件或控制单元面板控制声纳。

标准的声纳水下接头的是由Tritech提供的6针的接头，如图2-4所示。

图2-1 声纳发射与接收信号

图2-2 声纳控制软件界面

图2-3 声纳工作线路

图2-4 声纳的六针接头

第三章产品介绍及其应用示例

3.1 产品介绍

3.1.1Gemini 720i

Gemini 720i是一种紧凑型实时高频sonar，它创设了多波束成像声纳的新标准，优化的信号处理电路设计使Gemini 720i sonar提供清晰的实时图像；一个集成的声速计能进行图像的锐化和精确测距；声纳数据能呈现在Tritech公司的Senet Pro 或Gemini的独立操作软件上。如图3-1：

图3-1 Gemini 720i

系统的主要技术规格：

工作频率720KHz

声学角度分辨率 1.0°

扫描扇区120°

波束个数256

有效角度分辨率0.5°

垂直波束宽度20°

探测距离 0.2m-120m

扫描速率10-30Hz

距离分辨率8mm

接口规格：

Power consumption 35W

Supply voltage 18-75VDC

Comms Ethernet(10/100 Base T)or

VSDL(with Ethernet 1000Base

available)

机械参数：

Depth Rating 300m(984ft)

Weight in air 3.9Kg(8.82Lb)

Weight in water 1.2Kg(2.65Lb)

Width 135mm(5.31〞)

Height 110mm(4.33〞)

Depth 228mm(8.98〞)

3.1.2 Eclipse

Eclipse不仅是一个多波束测深系统，还可以安装在ROV上在2500m水深作为前视导航和三维立体化可视模式系统。它采用延时式波束形成模式和电子式波束控制系统。它电子扫频可以获得1.5°剖面式波束，声纳头前方120°x45°空间的图像数据可以获得。并且以10米量程和1°扫频步进速度，Eclipse扫描整个工作空间不需要1秒。3D模式可以吧测量数据进行数字化处理嵌入到3D图像中，图像包含距离、方位数据、水平和垂直距离，以及感兴趣的两个方位点之间的倾斜角度数据。它有两种模式：剖面模式（120°x1.5°）或前视模式（120°x45°）。Eclipse可以通过测距和辅助导航接近目标获得目标更详细的数据资料。如图3-2：

图3-2 eclipse