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。

2.船体航行操作可在1―10节航速中进行探测，正常操作范围为3―5节。

3.探测视场角大(单侧800 可测10倍水深的距离宽度，探测水深点密度高(100m水深处可测2000个水深点)，空间分辨率可达5cm。

4.设计的柔性通讯系统和永久连接器可以很方便将水下信息快速传输至水上进行数据快速处理。

5.探测系统轻便易携带，拖鱼重量100kg(不锈钢框架和玻璃钢外壳)。

6.系统设计一个扩展界面，可以加载光学、压力、磁力和CTD 等多种探测器。

六：总结

侧扫声纳从诞生到现在已经有了半个世纪的时间,由于其广泛的适用性,使得侧扫声纳技术得到不断的发展,已经成为在军事和民用领域都不可缺少的水声设备,并将继续发挥其应有的作用.而根据C3D侧扫声纳优势，它也不断地利用到各种领域中，他的未来充满了希望。

参考文献：

[ 1 ] (美)尤立克R J著. 洪申译. 水声原理. 哈尔滨:哈尔滨船

舶工程学院出版社, 1990 [Urick R J. Hong S trans . Princi2

p les of Underwater Sound . Harbin: Harbin Ship Engineering College Press, 1990 ( in Chinese) ]

[ 2 ] 刘伯胜,雷家煜编. 《水声学原理》. 哈尔滨:哈尔滨船舶工程学

院出版社, 1993 [ Ed. Liu B S, Lei J Y. Princip les of Under2 water Sound . Harbin: Harbin Ship Engineering College Press, 1993 ( in Chinese) ]

[ 3 ] 田坦,刘国枝,孙大军编. 《声纳技术》. 哈尔滨:哈尔滨工程

大学出版社, 2000 [ Ed. Tian T, Liu G Z, Sun D J. Sonar Technology . Harbin: Harbin Engineering University Press , 2000 ( in Chinese) ]

[ 4 ] 刘梦庵,连立民. 《水声工程》. 杭州: 浙江科学技术出版社,

2002 [LiuM A, Lian LM. UnderwaterAcoustic Engineering. Hangzhou: Zhejiang Science and Technology Press, 2002 ( in Chinese) ]

[ 5 ] 王玉泉. 《水声设备》. 北京:国防工业出版社, 1985 [Wang Y

Q. UnderwaterAcoustic Equipment. Beijing: National Defence Ind