高速多脉冲侧扫声纳设计
侧扫声呐原理
侧扫声呐原理
侧扫声呐是一种水下探测设备，采用声波传播原理进行测量和成像。
其原理如下：
1. 发射声波：侧扫声呐通过一个或多个发射器发射高频声波信号（一般在10 kHz至500 kHz之间），这些声波信号以脉冲
的形式发送。
2. 声波传播：发射的声波在水中传播，当遇到不同介质的边界（如水底或物体）时，会发生折射、反射和散射。
这些声波经过多次反射和散射后，最终会返回到探测器。
3. 接收回波信号：探测器上的接收器会接收到回波信号，这些信号是由发射的声波在水中传播和反射后返回的。
回波信号包含有关水下地形、物体或障碍物的信息。
4. 信号处理和成像：探测器将接收到的回波信号进行信号处理，通过分析回波信号的幅度、时间和频率等特征，可以确定水下物体的位置、形状和纹理等信息。
这些信息可以被用来生成以声波传播路径为基础的水下地形或物体的成像图像，从而实现水下探测和勘测的目的。
总的来说，侧扫声呐通过发射和接收声波来实现对水下环境的探测和成像。
通过分析声波的传播特征和回波信号，可以获取水下的地形、物体或障碍物等信息，并生成相应的成像图像。
国产侧扫声呐在风电场桩基冲刷、海缆路由监测中的应用研究
国产侧扫声呐在风电场桩基冲刷、海缆路由监测中的应用研究摘要:我国海上风能资源十分丰富，国家《十三五规划》中提出要大力发展海上风电资源，而海上风电机组的运维中，会涉及到水下桩基以及海缆的日常的监测和维护。
侧扫声呐是专门针对水下地形、寻找目标物等应用场景大规模扫测的一种成像设备，适用于风电机组水下桩基和海缆路由监测的工作场景。
而且实践证明侧扫声纳是确定海缆路由在海底位置、检测其在海底状况及调查其所在海底面特征的一种十分经济有效的工具，在海缆监测维护工程中有广泛应用前景。
Abstract: China is rich of offshore wind energy. According to the 13th Five-Year plan, government proposes to develop offshore wind energy, which will require routine operation & maintenance of offshore wind turbines and involve daily inspection & maintenance of underwater pile foundations & subsea cables. Side scan sonar is an imaging device specially designed for large-scale scanning, underwater terrain surveying, target searching and other applications. It is suitable to monitor the underwater pile foundation and subsea cable of windturbine generator sets. Moreover, practical applications had proved that side scan sonar is an economic and effective tool to determine the subsea cabling position, detect its condition on the seabed and investigate the characteristics of the seabed terrain where the cable is located. It has wide application prospects in subsea cable monitoring and maintenance engineering.国产侧扫声呐也在不断的进步之中，本文举例说明了某型号国产侧扫声呐在日常监测风电桩基冲刷以及海缆路由变化中的实际应用，证明了国产侧扫声呐目前不仅已经完全能够满足相应监测工作的需要，而且国产侧扫声呐的技术也会一直持续进步，适合于越来越多的应用场景。
CS_1型侧扫声呐系统_魏建江
第16卷 第1期1997年3月 海 洋 技 术OCEAN T ECHNOLOGYVol.16,No.1March,1997 CS-1型侧扫声呐系统魏建江尹东源刘桂兰于德海马维成王 晶吕 涛许 枫时启猛黎名炜(中国科学院声学研究所,北京100080)摘 要 本文介绍了CS-1型侧扫声呐系统的组成和工作原理以及它的特点。
CS-1型声呐由声呐处理器、声呐接收机卡、数据采集器卡、护展输入输出接口卡、热敏行扫描记录器、拖鱼和拖缆以及拖缆绞车等组成,该侧扫声呐系统在微计算机的控制下完成测量探测工作。
CS-1型侧扫声呐系统的特点在于设计合理,配套齐全,信噪比高,作用距离远,分辨率高,声图清晰,工作稳定可靠,功能设置合理,除声图外它还记录后处理必备的有关参数,具有很强的实用性。
关键词 信噪比 声呐 拖鱼 海洋测绘1 引言侧扫声呐是海洋探测重要工具之一。
自60年代初,英国海洋研究所推出第一个实用型侧扫声呐以来,世界各国公司开发出各种类型的侧扫声呐系统。
侧扫声呐在海底目标的探测(如探测沉入海底的船舶、飞机、导弹以及水雷和鱼雷等)、海洋测绘、海洋地质、海洋工程、海洋资源开发、水下救捞、港口建设及航道疏竣等方面得到广泛应用。
在CS-1型侧扫声呐系统的设计中不仅考虑技术的先进性,还充分考虑了我国主要用户的使用要求,采用了近几年发展起来的先进技术,采取了一些先进的技术措施,使CS-1型侧扫声呐具有先进的技术指标。
主要技术指标如下:工作频率:侧扫100kHz,500kHz(分时工作)测高200kHz作用距离:100kH z2×500m 500kH z2×100m换能器阵波束开角:100kHz水平1° 垂直40°500kHz水平0.2° 垂直40°200kHz圆锥角10°最大工作深度:300m适应海况:4级2海 洋 技 术第16卷主计算机:486工控机,内存4M,电子盘1.44M光驱:1.3G,可擦写显示器:1024×768,256种颜色触模屏:红外,80×54点发射机:发射电压100kHz Vpp=600V500kHz Vpp=800V200kHz Vpp=900V接收机:100kHz增益G=126dB500kHz增益G=122dB200kHz增益G=177dB前放噪声Vn<3nV/Hz热敏记录器:记录纸宽度470m m,打印头宽度2×216mm灰度级 16, 打印点数 2×1728点拖缆: 0.6mm双层中碳钢丝铠装,断裂拉力20000N芯数 屏蔽4芯,单线5芯直径 15.5mm电动电缆绞车:拖缆容量:500m卷绕拉力:≥300kg收放缆速度:0.5m/s 0.25m/s2 侧扫声呐的发展动态侧扫声呐系统的换能器阵一般安装在水下拖曳体(通常称为“拖鱼”)的两侧,拖鱼由水面船舶拖曳,从拖鱼两侧换能器阵向两侧发射声脉冲,声脉冲在水中传播时遇到声呐目标如潜艇、水雷、鱼群以及海底等,就会产生“回声”信号,侧扫声呐换能器阵的波束是扇形的,在水平面上很窄,在垂直面上很宽,因此声波辐射到海底时为垂直于航向的窄条带,由目标和海底反向散射的声信号被换能器阵接收,并转换为电信号,此电信号被接收机放大处理后送到数据采集器,采样的数据在声呐处理器中经过处理后送到显示机构显示,发射一次声脉冲,显示一条线,反复发射和接收,一条接一条显示就形成声图。
探测海底输油气管线状态的方法
探测海底输油气管线状态的方法韩孝辉;李亮;苟鹏飞【摘要】为了海底输油气管线运行安全,避免潜在的灾害性因素的发生,对广东沿海一段海底输油气管线状态进行检测,采用浅层剖面测量、侧扫声呐测量和多波束测量手段对海底油气管线路由区域进行了勘测,勘测结果表明检测区域海底油气管线没有裸露和悬空,埋藏状态良好,管线周边地层较稳定,根据侧扫声呐图像和多波束测深图像,发现在管线路由区海底存在影响海底油气管道安全的因素,管线路由区海底拖锚等痕迹较多,并且在距离管线大约1000 m处有一个较大人工采砂坑存在.【期刊名称】《工程地球物理学报》【年(卷),期】2017(014)006【总页数】7页(P633-639)【关键词】浅地层剖面测量;侧扫声呐测量;多波束测量;输油气管线;灾害性因素【作者】韩孝辉;李亮;苟鹏飞【作者单位】海南省海洋地质调查研究院,海南海口 570206;海南省海洋地质调查研究院,海南海口 570206;海南省海洋地质调查研究院,海南海口 570206【正文语种】中文【中图分类】P631.4定期对海底输油气管线进行安全检测是保障管线安全和海洋环境安全的重要手段，根据检测的目的确定检测手段是国内外检测海底输油气管线安全运行的普遍做法。
作为海上油气田开发的重要组成部分，海底输油气管线已成为是油气输送的重要手段，据统计，近30年来我国海域累计已铺设海底管道总长度超过3 000 km，但由于我国沿海用海活动越来越频繁、力度愈来愈大，再加上海洋环境复杂，使得海底油气管线出现失效的现象增多，自1995年以来我国发生了20多起海底管道泄漏事故[1-4]，由于违规抛锚、拖网、冲刷悬空等外力导致的管道断裂占65%，腐蚀等因素导致的管道断裂占35%，海底油气管道一旦泄漏将对海洋环境和海洋生态造成严重影响。
维护海底油气管线安全，预防海底油气管道泄漏,保护海洋环境，必须定期进行海底油气管道安全检测，对复杂区域的管线和易受极端天气影响区域的管线，应加大检测频次。
侧扫声呐系统技术规格及要求
侧扫声呐系统技术规格及要求一、主要技术要求和指标：1侧扫声呐系统硬件（1套）1.1侧扫声呐成像显示系统侧扫声呐系统需具备水下声呐3D成像功能，能够获取水下地形的高清视图，能够直观的显示声呐成像数据和3D成像数据，并能够切换原始成像数据和3D成像视图。
侧扫声呐系统支持历史数据回放及声呐成像数据导出。
1.2水下声波发射和接收换能器水下声波发射和接收换能器能够向两侧和底部发送宽角度声波波束，采集成像深度大于60米，测深深度大于250米。
1.3声呐信号示波器侧扫声呐系统需具备NMEA0183接口及NMEA2000接口，能够对声呐数据原始数据进行采集，最大采样率1GSa/s。
2声呐数据管理软件（1套）能够将声呐成像数据从声呐成像显示系统中导出，包括导出水下声呐3D成像数据和平面成像数据。
二、项目实施要求1项目实施周期要求中标方需在合同签订后60日内，完成设备采购、安装、调试，并且配合完成所有“侧扫声呐系统”的联合安装调试。
2项目实施工作要求2.1供货中标人须在不迟于合同签订后的60个工作日内完成所有招标设备到指定地点的供货。
投标人应确保其技术建议以及所提供的设备的完整性、实用性，保证系统及时投入正常运行。
本技术规格书所规定的技术细节是对设计方案的建议，卖方应该保证最终的效果达到规格书上的主要技术要求和指标，若出现因投标人提供的设备不满足要求、不合理，或者其所提供的技术支持和服务不全面，而导致系统无法实现或不能完全实现的状况，达不到规格书规定技术指标时，投标人负相应责任。
2.2安装调试中标单位必须提供安装、配线以及测试和调整，施工过程由专业的调试人员进行安装、检测和排除故障。
2.3验收设备到货后，用户单位与中标单位共同配合有关部门对所有设备进行开箱检查，出现损坏、数量不全或产品不符等问题时，由中标单位负责解决。
根据标书要求对本次所有采购设备的型号、规格、数量、外型、外观、包装及资料、文件（如装箱单、保修单、随箱介质等）进行验收。
声呐相关实验-实验指导
专业实验——声学部分实验指导实验1 侧扫声呐实验实验目的1.掌握侧扫声呐的工作原理。
2.学习侧扫声呐的使用方法。
3.测量校区附近特定水域的地形地貌，并分析。
一、实验原理1．侧扫声呐原理侧扫声呐的基本工作原理与侧视雷达类似，侧扫声呐左右各安装一条换能器线阵，首先发射一个短促的声脉冲，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。
一般情况下，硬的、粗糙的、凸起的海底，回波强；软的、平滑的、凹陷的海底回波弱，被遮挡的海底不产生回波，距离越远回波越弱。
将每一发射周期的接收数据一线接一线地纵向排列，显示在显示器上，就构成了二维海底地貌声图。
声图平面和海底平面成逐点映射关系，声图的亮度包涵了海底的特征。
2点位于声呐的正下方，回波是很强的正发射波；4、5、6回波较强，6的回波先到换能器，然后是第5点，第6点。
6、7点没有回波，产生阴影区。
侧扫声呐有三个突出的特点：一是分辨率高，二是能得到连续的二维海底图像，三是价格较低。
其应用主要有海洋测绘和海洋地质调查（1）海洋测绘侧扫声呐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，都要经过侧扫声呐测量。
（2）海洋地质调查侧扫声呐的海底声图可以显示出地质形态构造和底质的大概分类，尤其是巨型侧扫声呐，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。
2．侧扫声呐参数说明1）、工作频率侧扫声呐一般工作在50 kHz-1. 2 MHz，较低的工作频率可以有较大的探测距离，而较高的工作频率能在有限长度的传感器尺寸下得到高的角度分辨力。
一般100 kHz左右的声呐作用距离可达600 m, 500 kHz左右的声呐工作距离为150 m左右。
2）、传播损失传播损失TL (dB>:水声传播损失主要计及球面拓展损失和吸收损失。
侧扫声呐技术规格书(评标综合评分稿)
侧扫声呐技术规格书标注“★”号的规格要求或参数为关键技术指标，如不满足将导致投标文件被拒绝。
标注“☆”号的规格要求或参数为重要技术指标，如不满足将逐项扣分。
未标注符号的规格要求或参数为一般技术指标，如不满足将累积扣分。
一、主要技术参数：★1）工作频率：低频：100~300KHZ；高频：400~600KHZ；★2）工作模式：支持CHIRP技术和同步双频工作模式★3）扫测量程（单侧）：≥300米@低频☆4）水波束角：≤1.0°★5）工作水深：≥300米☆6）最小物标分辨率：0.5×0.5×0.5米☆7）波束数：支持多波束、多脉冲或多PING☆8）安装方式：拖曳☆9）拖鱼材质：316L不锈钢或钛合金☆10）工作航速：≥8节11）输入电源：24VDC或100~230VAC；12）工作环境温度：-25°C到45°C☆13）内置姿态传感器精度：航向精度及分辨率：≤±1.0°；0.1°横摇精度及分辨率：≤±0.3°；0.1°纵摇精度及分辨率：≤±0.3°；0.1°14）声呐数据采集和后处理软件15）数据采集和后处理工作站配置不低于以下要求：专业图形工作站；2.4GHz 8 核Intel Core i9 处理器；16GB DDR4 RAM ；AMD Radeon Pro 5500M 图形处理器(配备8GB GDDR6 显存)；2TB 固态硬盘；屏幕分辨率不低于3072 x 1920 (226 ppi)；64位WIN10专业版。
二．设备配置清单三. 售后服务1、提供齐全的技术资料，包括详细使用说明、安装使用手册等。
2、不少于3天的技术培训（不包含设备调试和验收）。
3、保修1年；保期内，除人为因素损坏外，全部免费维修。
4、设备出现故障后，供应商24小时内给出初步技术判断；如有必要，供应商工程师在48小时抵达用户现场进行维修。
侧扫声呐的工作原理
侧扫声呐的工作原理
侧扫声呐（Side Scan Sonar）是一种用于海底测量和探测的声
波成像技术。
它工作的原理主要包括发射声波、接收回波和处理成像。
工作原理如下：
1. 发射声波：侧扫声呐通过一个或多个由能量驱动的超声波发射器发出连续的短脉冲声波信号。
通常使用的频率范围在
100-500kHz之间。
2. 声波传播：发射器发送的声波在水中传播，同时也会向水下的底部和物体表面发生反射。
这些反射声波称为回波。
3. 回波接收：侧扫声呐会通过一个或多个接收器来接收回波。
接收器通常位于声呐设备上的相同位置或附近。
4. 数据处理：回波信号经过接收器后，会被数字信号处理系统进行放大、滤波、时序控制等处理。
这些处理方法有助于提高回波的质量和清晰度。
5. 成像显示：处理后的信号往往以灰度方式显示，形成海底的图像。
灰度的深浅可以表示不同的物体边界和底质类型等信息。
整个工作原理基于声波在水中的传播和反射，利用声波的特性来探测和成像水下目标和海底地形。
通过对回波的接收和处理，
侧扫声呐可以提供高分辨率的海底图像，用于海洋勘测、水下考古、水下搜救等领域。
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。
侧扫声呐
海洋测绘
侧扫声呐图像五变形 3、斜坡变形 高大低小。 原因：图像宽度固定而扫描宽度不一。 4、双曲变形 形状依双曲线规律变化。 原因：扫描点与目标距离相对变化。
海洋测绘
侧扫声呐图像五变形 5、声线倾斜变形 目标图像横向变形。 原因：波束角倾斜。 上述变形均为几何变形，通过算法可完全 纠正，并可实现相关位置匹配，获得不同 测线的图像镶嵌，以获得完整海底地貌。
海洋测绘
海洋测绘
侧扫声呐的图像特点： ▼侧扫声呐下方为盲区； ▼深色为强反射部位，遮挡后部为浅色； ▼近距离水平成像； ▼突出、起伏等地形变化才有图像变化； ▼标态下比例横比固定，纵比与船速相关； ▼任何一点可在一定精度范围内推算；
海洋测绘
侧扫声呐图像五变形 1、记录图像横纵比例变形 横比随鱼高、纵比随船速； 原因：实际扫宽按固定图像宽度匹配和纵 向扫描频率固定而航速变化。 2、物距变形 近处不清且小，远处清晰且大； 原因：水平波束角效应。
海洋测绘
海底地貌测量方法： 多波束测量
侧扫声呐测量
海洋测绘
侧扫声呐基本原理： 侧扫声呐基本原理：
利用超声波阵列向海底发射具有指 向性宽垂直波束角、窄水平波束角的 超声波，经接收整列接收海底的反射 和散射波并处理成影像。
海洋测绘
侧扫声呐测量注意： 1、频率，频率高分辨率高，测程近。 频率低分辨率低，测程远。 2、测线，一般平行布设。 障碍物精扫交叉布设。 3、重叠，有效测宽重叠。 4、盲区，盲区覆盖重叠。
海洋测绘
多波束测量侧扫声呐测量海洋测绘利用超声波阵列向海底发射具有指向性宽垂直波束角窄水平波束角的超声波经接收整列接收海底的反射和散射波并处海洋测绘
海底地貌测量的目的：
1 1、了解海底地形构造形态； 2、寻找海底突出目标； 3、分析海底基本底质构成； 4、补充单波束覆盖之不足；
多波束测深系统和侧扫声呐在港口扫海测量中综合应用
多波束测深系统和侧扫声呐在港口扫海测量中综合应用摘要：利用多波束测深系统探测海底目标是海道测量的重要任务之一，它与海洋船舶的航行安全、海洋环境的研究以及海底资源的勘探、开发和利用密切相关。
因此，进一步优化多波束测深系统，提高对海底目标的探测能力是关键任务之一。
2008年颁布的第五版国际海道测量标准(以下简称S-44)明确指出多波束分辨率是评价多波束测深系统探测能力的重要指标。
基于此，本篇文章对多波束测深系统和侧扫声呐在港口扫海测量中综合应用进行研究，以供参考。
关键词：多波束测深系统；侧扫声呐；扫海测量引言本文以海洋测量项目为基础，采用多波束测深系统和侧声纳进行海洋测量。
其中，多波束测深系统提供了更精确的平面位置和深度，但由于分辨率有限，当孔径增加时，海底反射的细节相对较低；侧声纳可以提供目标区域的二维高分辨率平面图像，但位置和水深信息不太准确。
对流域和水道等特征的地貌数据的研究表明，这两种海洋测量方法可以有很大的互补性。
多波束声纳图像与侧声呐图像相结合，可提供高精度、高分辨率的水下地貌和地貌叠加图像，为水道疏浚提供数据服务，并为航行、停泊等提供基础。
1侧扫声呐测线布设优化方法对于测线布设方向，考虑的主要内容是如何在声呐图像中最大限度地反映海底目标。
其基本原则：1）测线方向应尽可能与测量海区潮流流向平行。
在测量海区潮流影响不大的区域，选择海区的等深线方向为测线方向，进一步地，对于已知先验目标信息的海底目标探测，也可根据实际情况，选择平行于目标走向的方向作为测线方向；2）大面积海底扫描时，测线方向应相互平行；3）系统在海底目标处的分辨率应小于目标尺寸。
另外地，当采用粗扫+精扫的探测方式时，粗扫可先初步确定探测目标位置、形状、高度和走向等信息，对于有先验地形图的海区，结合测区坡度走向，选择与坡度走向垂直的方向作为粗扫测线方向。
再根据粗扫发现海底目标的位置、形状、高度和走向等信息，选择平行于目标走向的方向作为精扫测线方向。
国产侧扫声呐在潜水作业中的应用研究
国产侧扫声呐在潜水作业中的应用研究摘要：本项目以某次打捞实例为研究对象，通过现场试验，研究我国自主研发的高频侧扫声纳在水上搜救中的应用效果，以及目前存在的问题，着重研究水下搜索与定位技术，为我国内河水库水域环境下的快速救援工作奠定理论基础。
关键词：侧扫声呐；水下搜救；水下目标搜寻；声呐图像；水下定位1.侧扫声呐成像原理侧扫式声纳一般是在机身两侧分别安装一组换能器，以实现对左、右两个方向的海底扫描。
在工作过程中，左右两个传感器同时发出同一频率的单频脉冲或线性调制脉冲，每一次发送完毕，都会立即进入接收状态，然后等待回波。
凸体硬底反射回波强度大，凹下软底反射波弱。
图1侧扫声呐结构图随着船舶的行驶，声纳基阵将持续地发送、接收已处理好的声波信号，并将其分解、加点滤波、补偿量化，经编码映射得到图像灰度。
图2侧扫声呐成像示意图当声纳运载器行进时，声纳会按照一定的运动参数设置一定的频率，将声波从左、右两个方向分别发送、接收，并将其与左、右两个方向的声波信号进行拼接，得到回波数据。
声纳对每一次接收到的回波信号进行编码，并对其头部和尾部进行加密处理，构成侧扫声呐瀑布布图。
在声波成像中，回波强度越大，图像中的图像也就越明亮，见图2中的4,5,6,10。
底部遮挡区无回声，在该图中显示为一块阴影区域，见图2.2的9波。
通常，声纳器材商也会在影像上添加颜色，这样就可以更容易地看到海底的起伏及障碍物。
2.侧扫声纳与潜水员协同配合方法2.1水下目标测定利用侧扫声呐实现大范围搜索，通过对侧扫声呐影像的分析，确定可疑目标点，初步探明潜航区水下环境。
确定了可能的目的地，他们就会制定出一套潜水计划，派出潜水员去探查目标，进行营救。
采用侧扫式声呐与潜水员协同工作，可有效地提高水下作业的安全性，并提高救援的效率。
2.2目标定位精度目标位置精度是指侧扫式声呐探测目标位置的精确距离。
通过对目标物的定位精度的分析，可以确定目标物的分布区，为制定潜水员的搜救计划提供参考。
侧扫声呐和多波束测深系统在内河航道养护中的应用分析
侧扫声呐和多波束测深系统在内河航道养护中的应用分析作者：徐媛媛高上来源：《科学与信息化》2020年第23期摘要本文介绍了侧扫声呐与多波束测深的原理与技术特点，以湘江航道实际应用的案例，分析两种设备在内河航道养护中的作业方式的优缺点及适用范围。
关键词侧扫声呐;多波束测深系统;水下测量;航道扫床引言航道测量是航道养护工作的一项重要工作，也是维护和运行数字化、智慧化航道系统的重要基础工作。
航道扫床是清障、查找沉船、沉标的重要手段，传统航道扫床属于靠经验盲扫，运用侧扫声呐，可快速获取河床声呐图像数据，从而直观了解到航道状况，但由于侧扫声呐不能直接获取航道水深数据，所以侧扫已无法完全满足我单位在航道测绘上的需求。
我局配置了多波束测深系统，多波束不仅可以准确获取目标物空间数据，而且可实现水下三维成图，具有测量范围广、速度快、精度高的特点。
侧扫声呐和多波束测深系统在湘江航道养护中的配合应用为长沙航道实现高质量发展注入强劲动力。
1 侧扫声呐1.1 基本原理侧扫声呐的工作原理是通过左右两侧的换能器阵，向两侧发射声脉冲，声波以球面波方式向外传播，碰到水底或水中物体会形成反射波或者反向散射波（回波），回波会按原传播路线返回，近距离的回波先到达换能器，远距离的回波后到到达换能器，通过接收水下物体的回波来发现目标。
不同硬度、粗细和高度的河床底质，回波强度是不同的，河床粗糙、坚硬、凸起的区域，回波较强;河床平滑、软底，凹陷的区域，回波较弱;在声波被遮挡的区域不产生回波，形成“阴影区”;距离声呐越远的区域回波越弱。
利用声呐处理单元和工作站对这一系列脉冲进行数字化处理，并显示在显示器上，每一点显示的位置与回波接收到时刻对应，每一点的亮度和回波的强度有关。
将每一发射周期的接收数据一线接一线地纵向排列，在显示器上显示就构成了二维河床地貌声图。
声图平面和海底平面成逐点映射关系，声图的亮度包涵了河床的特征。
1.2 主要性能指标我局目前使用的中海达iSide4900侧扫声呐，其主要性能指标为400kHz和900kHz双频同时工作、最大量程150m、水平波束角0.2°垂直波束角50°、脉宽1～4ms、沿航迹分辨率0.003h（h代表量程），垂直航迹分辨率1.25cm等，这些指标不是独立的，它们存在联系：工作频率决定了量程大小，频率越大，量程越小，反之。
多波束侧扫声呐原理
多波束侧扫声呐原理今天咱们来唠唠多波束侧扫声呐这个超酷的东西。
你知道吗？多波束侧扫声呐就像是海洋里的超级侦探呢。
它的原理啊，其实就是利用声波在水里的传播特性。
想象一下，声波就像一个个小信使，在海洋里跑来跑去。
多波束侧扫声呐会从设备里发射出好多束声波，这些声波可不是随随便便发射的哦。
声呐发射的声波会在海里传播，遇到东西就会反射回来。
比如说，要是遇到了一块礁石，声波就会像调皮的孩子撞到墙上一样弹回来。
这时候呢，多波束侧扫声呐就会接收到这些反射回来的声波。
它就像一个很机灵的小耳朵，能准确地捕捉到这些声波的信息。
多波束侧扫声呐厉害就厉害在它发射的是多束声波。
这就好比你用好多只小手去摸周围的东西，而不是只用一只手。
这样它就能得到更全面的信息啦。
比如说，普通的声呐可能只能知道前面有个东西，但是多波束侧扫声呐能知道这个东西的形状、大小，甚至是表面的一些细节呢。
你看，海洋那么大，里面有各种各样的地形地貌。
多波束侧扫声呐就像一个超级画家，它通过这些反射回来的声波，能画出海底的地形图。
那些高低起伏的山脉，那些幽深的海沟，都能被它描绘出来。
就好像它在给海底做一个超级详细的写真集一样。
而且啊，这个多波束侧扫声呐在探测沉船之类的东西时也特别厉害。
那些沉在海底的古老船只，就像在海底沉睡的巨兽。
多波束侧扫声呐发出的声波就像温柔的抚摸，能把沉船的轮廓、结构都弄清楚。
这对于考古学家来说，可真是个大宝贝啊。
他们就可以通过多波束侧扫声呐提供的信息，去探寻那些古老的秘密，就像在解开一个个神秘的海底宝藏密码一样。
还有哦，多波束侧扫声呐对于海洋生物的研究也有很大的帮助呢。
海洋里的生物们生活在各种各样的环境里，多波束侧扫声呐可以探测到它们生活的海底环境是什么样的。
是在平坦的沙地呢，还是在长满珊瑚礁的地方。
这就像是给海洋生物们的家做了一个全面的勘察。
不过呢，多波束侧扫声呐也不是完美无缺的。
有时候，海洋里的一些复杂情况，比如水流特别湍急的时候，声波可能会被打乱，就像一群小信使在狂风中迷了路一样。
侧扫声呐ppt课件
发射和接受具有较强的定向性 具有极小的水平波束角（0.5-1.5度） 具有较大的垂向波束角（32度左右）
具有较高的工作频率（几十KHz——几千KHz）
目的？ 12
一般具有两个换能器和水听器
提高探测效率
发射和接受具有较强的定向性
侧扫声呐 探测必须 T1 的
2019/12/5
5、声呐图谱识别过程中应注意的问题
绕射波问题 量程外强反射被接受问题 镜像问题 多次反射和目标物之间的多次 声呐分辨率问题
分辨率 可识辨率
36
•声呐探测波所形成的绕射现象
无论入射角度如波的绕射 现象
五、侧扫声呐的工作方法和资料处理
工作目的确定 探测规范 测线布设 拖曳方式的选择 探测船速的控制
定位点间距的选 择
声速的确定
量程、覆盖及斜
率校正
图谱的识别 地质现象的解译 地貌图的绘制 报告的编写
52
•工作目的确定
地质调查 物体寻找 特殊现象探查
难度小 难度最大
海底探测技术
曹立华
第一章 绪论 第二章 定位导航技术 第三章 声波探测的基本原理 第四章 声学海底探测设备的组成及分类 第五章 单波束测深设备的组成及工作程序 第六章 侧扫声呐工作原理及探测资料分析 第七章 多波束测深系统的工作原理及数据处理分析 第八章 浅地层探测系统的工作原理及资料分析 第九章 综合探测的实施原则及水下声学定位系统 第十章 探测实例分析
深水
信号好
缺点 噪音大 噪音大 安全性差
•探测船速的控制
调
调查目的
查
船速越低，炮点密度越大，探测分辨率越高
船
船
多波束侧扫声呐的设计与实现
地 貌特征 的水声设 备 ， 其成像分辨 能力高于多 波束条 带 系统 。使用起来 比较方便 ， 以拖曳于船舷 或者 固 可
定 安装在 Ｕ Ｖ上 ， 海洋 勘测 、 图绘 制 、 Ｕ 在 海 打捞 失事
的沉船飞机残骸 等应用 中都是必 不可少 的设 备 ， 在军
发射 信 号
ｂａ １ ｅｍ
ｂａ ｅ ｍ２
ｂａ ３ ｅ ｍ
讲 是关注的“ 标 ” 目 。当倾斜入射 时 ， 声波 照射 面
积 为Ａ＝
二
图 １ 换能器收发单元排列示意 图
。波 束 开 角 ０ ｏ 算 Ｓ ． 计 ＝０ １ ．５ｍ 。 发射 和接收 的指 向性指 数 Ｄ 按 公式估 算 ：Ｉ Ｉ Ｄ ＝
ｈｉｈ ｓ ｅ ｄ ｓ ｈ ａ ０ ｋｏ ｔ ｇ ｐ ｅ ｕｃ ｓ２ ｎ ．
【 ｅ ｏｄ】ｍ ｌ ｅｍｓ ｅ ａ ｎｒ ｄｓ ｎ ｆｏａ； ｒ ｉ ｅｄ Ｋ ｙｗ ｒｓ ｕｉ ａ ｄｓ ｎ ｏａ； ｅｉ ｎｒ ｄａ ｉ ｈ ｈｓ ｅ ｔ ｂ ｉ ｃ ｓ ｇ ｏｓ ｇｎ ｇ ｐ
一
－
ｌ Ｏ ２ ０ ３ ０
厂ｆ 、
－
１ Ｂ左 右 。值得 注 意 的是 ， 指 向性 比较 尖锐 、 ５ｄ 在
∞ 一４ Ｏ
脉 冲较短 的情况 下 ， 由于照 射 面积较 小 ， 目标 反 射 的
一
回波功率小于其 目 标强度值 。
（ ）噪声谱 级 Ⅳ： ４ 海洋环境 噪声能量大 多集 中在 低频段 ， 由于高速拖 曳产 生的宽带流噪声 可 由合理 而 设计拖 曳体 的线型 予以最大限度地 降低 。在 ４５ｋ ５ Ｈｚ
上接 收机的 电噪声将是 主要考虑 的噪声 源 ， 可按最 大 谱 级 ３ Ｂ进行 设计 。 ０ｄ
《侧扫声呐》课件
侧扫声呐的原理和工作方式
侧扫声呐通过在船舶两侧发射声波脉冲，利用回波数据生成高分辨率的水下
地图，帮助我们深入了解水下地形。
侧扫声呐的应用领域
海洋勘探
帮助科学家研究海底地形、海底生物和沉船遗迹和矿产资源勘测等方面，有助于发现潜在的能源和矿藏。
海洋生物研究
侧扫声呐帮助寻找和保护具有历
借助侧扫声呐生成详细的海底地
利用侧扫声呐技术了解海洋生物
史和文化价值的水下遗迹。
图，为海洋资源开发提供数据支
栖息地和生态系统，推动生物多
持。
样性保护。
结论和总结
侧扫声呐技术是一项卓越的海洋勘探工具，广泛应用于探测水下地形、资源勘测和搜救救援等领域，为人类深
入了解海洋提供了重要支持。
《侧扫声呐》PPT课件
我们来一起探索声呐技术的奇妙世界吧！了解声呐技术的概述以及它在侧扫
声呐中的重要作用。
声呐技术概述
1
原理解读
声波在水中传播，通过接收反射波来获取水下目标信息。
2
声波工作原理
发射声波脉冲并测量其往返时间和强度，从而确定物体的位置和特征。
3
应用广泛
不仅限于海洋勘探，还应用于测绘、搜救和水下考古等领域。
搜救救援
在海上事故中，侧扫声呐能够快速探测和定位沉船、失踪人员等，提供重要的救援信息。
侧扫声呐的优势和限制
1
优势
高分辨率、远距离检测、实时成像，能够提供准确详细的水下地图。
2
限制
受海洋环境因素影响，如海浪、水质和水深等，会对声呐成像产生一定影响。
侧扫声呐在海洋勘探中的应用案例
水下考古
海底测绘
珊瑚环礁区侧扫声呐图像中的目标物识别方法
珊瑚环礁区侧扫声呐图像中的目标物识别方法韩孝辉; 刘刚; 薛玉龙; 王雪木; 李亮【期刊名称】《《海洋技术》》【年(卷),期】2019(038)005【总页数】5页(P68-72)【关键词】侧扫声呐; 珊瑚礁; 珊瑚; 图像识别; 转向效应【作者】韩孝辉; 刘刚; 薛玉龙; 王雪木; 李亮【作者单位】海南省海洋地质调查研究院海南省海洋地质资源与环境重点实验室海南海口570206【正文语种】中文【中图分类】P229.1; P71西沙群岛珊瑚和珊瑚礁是南海最重要、最具特色的生态系统，西沙珊瑚礁及珊瑚在维护南海的生物多样性及生态资源等方面发挥着极其重要的作用。
在全球珊瑚急剧退化的大背景下，西沙珊瑚也不可能幸免，其退化速率甚至高于全球平均值，从最能反映珊瑚健康状况的珊瑚覆盖度这一指标来看，西沙宣德环礁珊瑚覆盖度锐减。
珊瑚减少有全球海洋环境变化影响因素，也有人类用海活动影响因素，但主要因素可能是人为因素，西沙大规模扩岛工程等用海活动不仅对西沙珊瑚的影响巨大，而且改变了西沙原始状态的珊瑚礁。
本文根据西沙珊瑚环礁区侧扫声呐图像分析了珊瑚分布情况，并对珊瑚礁区海底地貌特征进行了研究，圈定了研究区域的珊瑚分布范围，为动态监测西沙环礁区域珊瑚覆盖度提供参考。
定期测量西沙环礁区域珊瑚覆盖度及其变化，对研究西沙群岛海洋环境及生态具有重要意义。
1 研究区域地质概况西沙海域处于陆架外缘与深海盆地之间的半深海环境，现今的海底地形是在前寒武纪变质岩基底长期裸露、经受剥蚀地形的基础上发育起来的。
生物礁沉积作用和后期构造的影响是决定现代地形的两大主要要素。
珊瑚礁的发育演化状况在不同的时代和空间内有较大差异性。
原生的礁体一般在基底隆起上开始生长，并逐渐形成较大的地形高差，但造礁生物生长速率并不是处处一致的，地质历史中的各种破坏作用也因时因地而异。
随着礁体成熟度的增高，海底地形与基底起伏形态的关系越来越小，加上差异压固作用的影响，使得海底地形起伏增大，形成珊瑚礁区独特的海底地貌。
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速度‰与量程Ｒ的关系如下：：
，＇
１ Ｑ４
‰＝肌量×二（Ｒｘ二Ｈ）
Ｒ为量程，Ｈ为期望在目标上测量的点数。
由于多脉冲系统中的一个通道在发射脉冲的 同时，其余通道在接收信号，在信号接收过程中使 用ＴＶＧ增益控制是不合适的。简单的处理办法是 每个通道有自己独立的ＴＶＧ控制，无疑这增加了 硬件的成本，是不可取的。本方案采用２４位高动 态的ＡＤ转换器，其理论动态达１４４ｄＢ，实际工作 时，２００Ｋ采样率时也可以达到１２０ｄＢ以上，可以 满足使用要求。 接收的回波信号经过放大器和带通滤波器得 到合适带宽的信号，混合信号经过一个高动态的 ＡＤ转换后进行数字化处理，在任何时刻接收到的 回波信号可以来自不同的脉冲，每个不同的脉冲在 某时刻探测到不同的海底区域，可以采用匹配滤波 来实现线性调频信号的不同脉冲之间的隔离，之后 进行增益自动增益控制，补偿由于传播和吸收的引 起的损失。处理过程如图３所示。
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ＢｅｉＪｉｎ９１００１９０，ｏ日坤ｊ ｂｃｓｉｓｍｕｌｔｉ
第３０卷第３期 ２０１１印６月
卢学技术
高速多脉冲侧扫声纳设计
刘磊１，张纯２
ｃ１＃￥Ｂ｜匕ｊｍ“ｉ＃Ｅ＃￥批＆％－｜匕ｊ．１００ｍ２
２十目＃｝Ｒｐ｝ｍ究所－｜匕Ａ－Ｉ删）
擅蔓・翻扫声纳是撵测海底地形地貌的重要Ｉ具。计算机技术的广泛应用极大地促进了侧扫声纳的旋展．丰立舟
“了高速多脉冲佣扫声纳的基奉联Ⅱ，井设计基丰的多脉冲倒扫声纳系统和宣验测试。
多脉冲侧扫声纳与基本颦侧扫声纳扣比主耍
优点是：在相同航速下有更高的目标探测概率，可
以在更高的航速下扫测海域．能够人大的提高扫测
目ｌ■＊Ⅸ■＂ｐ＊日■月Ⅲ
Ｆｉ＆ＩＴｋ口１ｍ¨ｏｆｓｉｄｅ一一
侧扫声纳在扫侧过程中，为了满足测量规范中
效率，同时系统的复杂度和价格又低ｒ多波束侧扫
声纳。
全覆盖的要求．侧扫声纳艟火速度％与最稗Ｒ必
其中圪。为允许的最火航行速度（单位为节）， Ｍ为波束数或脉冲数，Ｌ为目标尺度，Ｃ为声速， 由公式（２）可知，在其他条件不变的情况下，只 要提高发射脉冲数Ｍ，即可以提高拖鱼最大速度， 其扫侧速度是常规侧扫声纳的Ｍ倍。
３设计与实现
多脉冲侧扫声纳与单脉冲侧扫声纳最大不同 在于多脉冲是在一个发射岗期内发射多个不同类 型的编码信号。 ３．１发射信号的设计 多脉冲侧扫声纳的发射信号采用线性调频 ＬＦＭ信号，为了能区分每个脉冲，要求每个脉冲的 能量集中在互不重叠的频带内，可以通过增加系统 带宽来获得更多的发射脉冲数。系统的有效带宽由 发射／接收换能器决定，增加脉冲数会增加换能器的 复杂度，两者之间需要折中处理。
关■词ｔ；醇冲，州扫声＊，声＊田谆
中圈舟垄号ｔ ＴＢ５６６文■标１Ｒ爵：Ａ
Ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｈｉｇｈ ｓｐｅｅｄ ｍｕｌｔｉ ｐｉｎｇ ｓｉｄｅ
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Ａｂａｌｎｃｔ：Ｓｉｄｅ一口ｉｓ驵砷即血ｍｍ咖ｂ ｏｆｄｅｎｔｏｎｉｎ呐印＊咄ａｎｄ虹ｈ∞［ｐｏｒ“蛆ｏｆｏｏｍｐｍａ掀岫ｌｏ盯 ｈ曲甲捌ｍｕｌｔｉＰ“ｇｉｓｉｎｕ咖ｅｄ，Ⅻｄ
须满足如下条件：
嚣器。２０１茹盏舟虢捌ｒ嚣。。。。＋，。
ｌｌ＾＊。．铲ｉ，Ｅ“ｈ
Ｍ日。Ⅷ‰
‰＝￡×ｉ×ｍ１．９Ｈ４、
ｍ
式中‰为允许拖鱼最大航向速度（单位：节，
Ｉ节＝ｏ ５ｍ／ｓ），Ｌ为Ｈ标尺寸，Ｃ为声速，Ｒ为量程，
３４２
声
学
技
术
２０１１年
Ｈ为期望在目标上测最的点数。 从（１）式可以看出，当日标一定时，最大拖 曳速度与量程成反比，也就是说，量程越大，要求 拖曳速度越低，这在某些应用场合，如高速探测水 中目标中时就不满足要求，多脉冲侧扫声纳能够解 决这一问题。多波束是在同一时刻形成多个波束的 信号，多脉冲是利用在一个发射周期内发射多个不 同类型的编码信号来实现航速的提高，其最大拖曳
Ⅱ＇彳‘‘骧开～Ｉ、ｏ
“放墨矗
试验结果
根据上述原理的完成了声纳系统的设计与测
刁 Ｉｊ贰 ‘‘ｋ
‘｝１０“．蔷—＋
．＿ 嗡丰
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试．选择中心频率１５０ｋＨｚ，换能器的波束开角为 ｌ。。试验采用２脉冲进行测试，验证多脉冲侧扫 声纳的基本原理。并在千岛湖湖区进行实地验证和 测试。实验结果表明，该系统能够对海底目标正确 成像，同时速度比单脉冲侧扫声纳速度快近２倍。 图４为实际测试千岛湖湖底声图。
３．２换能器的配置 由于多脉冲侧扫声纳要在一个声纳工作周期 内发射多个脉冲，同时连续接收海底同波，这就要 求隔离发射和接收单元，采用收发分置的换能器。 发射和接收换能器器之间的声串扰是多脉冲侧扫 声纳需要解决的问题，必须在发射和接收换能器之 间采取有效的隔离措施，将发射和接收换能器轴向 隔开，前后放置。 ３．３信号的接收与处理
高速多脉冲侧扫声纳设计
作者： 作者单位： 刘磊， 张纯 刘磊(海军驻北京地区武备配套军事代表室,北京,100082)， 张纯(中国科学院声学研究所 ,北京,100190)
本文链接：/Conference_7625577.aspx
图２双脉冲发射信号频带分布
Ｆｉｇ ２．２
ｐｉｎｇ蜘ｕ＇柚咖ａｍｉｔＩ丘曩ｐ呻ｎｍｏｃａａｉｏｍ
第３期
刘藉等：高速多脉冲蕾扫声蚋役汁
从声嘲ｈ看，湖底的地形地貌比较清晰．但是 声圈细节币清晰．其原因可能是旁瓣抑制效果不是
很理想，下一步需要研究小同脉冲信峙之『ＨＪ的隔离
度。
５结论
本文讨沧了在每个声纳工作周期内发射多脉
波信号．一个工作周期内只有发射和接收一个脉冲
信号。在满足全覆盖扫测的条件下．其堆太拖曳速
度一般Ｈ有４“节。
中山现了扫测速度与扫测宽带矛盾．为了解决这一 问题．本文给出一种高速多脉冲侧扫声纳设计方案 多脉冲侧扫声纳是在一个声纳发射周期内连 续发射多个声脉冲，通过后端信号处理技术使各个 脉冲心渡之同有的隔离度超过６０血的隔离度，达 到声纳成像的目的图像声纳系统。
图２为两脉冲的带宽分布，中心频率为厶，有
效频谱被平均分在Ａ和Ｂ两个频带内，并使他们之 间的过渡带最小。为了减小旁瓣和泄漏，我们采用 加窗的方法来解决。本系统中心频率为１５０ｋＨｚ， Ａ和Ｂ的．３ｄＢ带宽为２０ｋＨｚ，同时Ａ和Ｂ之间有 １０ｋＨｚ的过渡带 ４
Ｆｉｇ
图３信号接收处理框图
３．Ｒ∞ｅｉ惯印Ｄ麟面ｇ ｄｉ捌乒ｍ
’考立眈
Ⅲ许枫，基建Ⅱ第七讲侧扫声纳【月物理．２００６：１２，
１０３４－１０３７
冲的声纳系统的可行性和实现方法，井给山了试验
声图。多脉冲侧扫声纳的优点是多方面的，（１）满 足全覆盖扫测的情况下．提高了扫侧速度和工作效 率：（２１与多波束侧扫声纳年ｕ比．减少了硬件最． 减低了成本．
【２Ｊ蒋ｉ军ｔ杜文萍－许枫侧扫声纳回波信号的增益控制 海洋耐蛤．２００２，２２（３）：６－８ 四
Ｋｅｙｗｏｆｕｌ：ｍｕＩｂ＂《ｓｉｄｅ—Ｉｍ％Ⅻ”ｉｍａｇｅ ｌ引言
侧扫声纳ＩＩ’是在海洋开发中经常使用到的高分
２多脉冲侧扫声纳原理
常规的倒扫声纳在发射完一帧信号后接收叫
辨率、多用途的水声设备，目前，侧扫声纳在海洋 测绘、海洋地质谓查研究、海底找矿、工程勘察、
水Ｆ目标检测等方面都发挥着重婴的作用。但基本 型的侧扫声纳受到其基本原理的限制．在戍用过程