一款侧扫声纳数据处理软件的研发与应用
浅析侧扫声呐技术在海洋测绘中的应用
浅析侧扫声呐技术在海洋测绘中的应用摘要：侧扫声呐是利用回声测深原理探测海底地貌和水下物体的设备，目前广泛应用于海洋地形调查以及探测海底礁石、沉船、管道、电缆以及各种水下目标等。
侧扫声呐具有高分辨率、高效率、低成本等优点，可以提供连续的二维海底图像，对于揭示海底地形地貌的细节和特征有重要作用。
本文旨在介绍侧扫声呐的检测原理、国内外现状、在海洋测绘中的应用以及发展趋势，为后续进行海洋侧扫声呐探测技术的研究打下基础。
关键词：侧扫声呐技术，海洋测绘，海底地形地貌探测1侧扫声呐检测原理侧扫声呐技术利用海底地物对入射声波反向散射的原理来探测海底信息，它能直观地提供海底地形地貌的声成像。
其工作原理主要包括以下几个过程：（1）声波的发射：侧扫声呐由拖鱼和船载仪器组成，拖鱼内装有发射换能器和接收换能器阵列，通过电缆与船载仪器相连。
发射换能器向左右两侧发射扇型波束，覆盖一定范围的水体和海底。
（2）声波的接收：接收换能器阵列按一定时间间隔接收水体和海底反射回来的声波信号，并将其转换为电信号传输到船载仪器。
（3）声波的处理：船载仪器对接收到的电信号进行放大、滤波、增益补偿、信噪比提高等处理，以提高信号的质量和可识别性。
（4）声波的显示：船载仪器将处理后的信号按照一定的灰度或颜色编码显示在屏幕上，形成侧扫声呐图像。
声呐图像上的每一行代表一次发射和接收的结果，每一列代表一定距离范围内的回波强度，从而反映海底地形地貌的变化。
2侧扫声呐在海洋测绘中的应用侧扫声呐由于成像分辨率高、对目标区域海底实现全覆盖扫侧，据此对海底地形地貌等进行定性分析，被广泛应用于目标探测，沉船及失事飞机等海底残骸的搜索，海底表层沉积物属性的确定以及海底地震、火山、地层的监测、水下实体结构查勘等。
下面具体介绍一下侧扫声呐在海洋测绘中的应用。
2.1海底地形地貌测量侧扫声呐可以提供连续的二维海底图像，对于揭示海底地形地貌的细节和特征有重要作用。
通过对声呐图像的解译和分析，可以识别出海底的不同类型和形态，如沙纹、基岩、岩石、锚沟等。
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。
海洋技术 交流 海洋侧扫声呐探测技术的发展及应用
技术交流▏海洋侧扫声呐探测技术的发展及应用一、发展概述侧扫声呐利用水底后向散射回波来探测海底礁石、沉船、管道、电缆以及各种水下目标，是海洋探测的重要工具之一,应用极其广泛。
对于海洋水下救捞、海洋地质地貌测量、海洋大陆架专属经济区划分、海洋工程、海洋开发以及港口航道疏浚、河港、大坝维护探查乃至渔业研究等都是非常有效的探测工具。
侧扫声呐还可用于探查海底的沉船、水雷、导弹和潜艇活动等,因而更有其重要的军事意义。
1960年英国海洋科学研究所研制出第一台侧扫声呐并用于海底地质调查，60年代中期侧扫声呐技术得到改进，提高了分辨率和图像质量等探测性能，开始使用拖曳体装载换能器阵，拖曳体距海底的高度约数十米。
70年代研制出适应不同用途的侧扫声呐，轻便型系统总重量仅14公斤。
近年来，计算机处理技术的快速发展和应用有效地推进了侧扫声呐探测技术的发展，出现了一系列以数字化处理技术为基础设计的数字化侧扫声呐设备，进而使侧扫声呐技术步入了全新发展阶段，符合特定探测深度和精度的侧扫系统不断研发面世。
传统的单频模式逐渐被具备高、低两个频段的双频模式取代，以适应不同的应用环境，特别是对地质调查以及掩埋目标的探测。
信号形式也逐渐从简单的单频脉冲演变为chirp信号，以获得更好的分辨力。
此外，诸如多波束侧扫、多脉冲技术也不断地被应用于侧扫声呐系统中，以实现高速拖曳全覆盖的同时获得高分辨率的地貌图像信息。
美国Klein公司近年研发的Klein5000 V2系列以及EdgeTech公司研发的4200系列深海多波束侧扫声呐系统，代表了目前国外商业侧扫声呐发展的前沿。
其他诸如DeepVision、Konsberg、ATLAS以及Teledyne 等公司也都有自己的成熟商业侧扫声呐系列产品。
图1 Klein5000 V2（左）、Edgetech 4200MP侧扫声呐及其成图结果（右）二、工作原理以双侧、单频带侧扫声呐系统为例，其工作原理示意图如图2所示。
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。
基于 XTF 格式的侧扫声纳数据解码及可视化
基于 XTF 格式的侧扫声纳数据解码及可视化郭军;马金凤;王爱学【摘要】This paper presents in detail the data structure of the XTF format of side-scan sonar ,realizes decode automatically ,then extractes the statistics parameters and the echo intensity advantages ,finally achieves the waterfall image of side-scan sonar and visualization of side-scan sonar data form the south china sea .The result shows the side-scan sonar image can meet the needs of marine geological survey and provide an accurate and reliable basis for submarine microgeomorphology recognition .%从侧扫声纳原理出发，深入研究 XTF 格式的侧扫声纳数据结构，对其进行自动解码，提取各种统计参数及声纳回波强度信息，编程自动生成侧扫声纳瀑布图，实现侧扫声纳数据可视化。
以南海某海域实测 XTF 格式侧扫声纳数据为例，进行解码和可视化，实验结果表明形成的侧扫声纳图像完全满足海洋地质调查需求，对识别海底微地形地貌提供精确可靠的依据。
【期刊名称】《测绘工程》【年(卷),期】2016(025)011【总页数】4页(P50-53)【关键词】侧扫声纳系统;XTF 格式;解码;可视化;瀑布图【作者】郭军;马金凤;王爱学【作者单位】国土资源部海底矿产资源重点实验室，广东广州 510760; 广州海洋地质调查局，广东广州 510760;国土资源部海底矿产资源重点实验室，广东广州510760; 广州海洋地质调查局，广东广州 510760;武汉大学测绘学院，湖北武汉430079; 武汉大学海洋测绘研究中心，湖北武汉 430079【正文语种】中文【中图分类】TP391.41侧扫声纳系统具有海底全覆盖、分辨率高、效率高、精度高及海底微地形地貌直接成像的特点，其获取的声纳图像是海底地形地貌的一种真实客观地反映，声纳图像上呈现出的纹理及几何结构是海底不同类型底质的直观反映[1-6]。
多波束和侧扫声纳系统在海底目标探测中的应用
多波束和侧扫声纳系统在海底目标探测中的应用摘要：随着我国海洋资源的日益开发，海底目标的探测变得尤为重要。
本文介绍了多波束和侧扫声纳系统在海底目标探测中的应用，主要包括测量原理、系统组成和关键技术。
以南海某海域为例，采用多波束系统探测了海底目标的几何形态、面积、体积、深度等信息，并用侧扫声纳系统获取了目标的声学图像，对两种方式获取的数据进行了比较分析，探讨了多波束和侧扫声纳系统在海底目标探测中的优缺点。
结果表明：侧扫声纳系统更适合于海底目标探测，但侧扫声纳系统在浅海环境下的探测深度和分辨率远不及多波束系统；多波束声呐系统可以对海底目标进行三维立体成像，但存在一定的测量盲区。
关键词：多波束；侧扫声纳；数据处理；海底目标引言：多波束和侧扫声纳系统作为目前最常用的声呐设备，具有探测精度高、工作效率高、探测范围广、可多方位同时探测等优点，已广泛应用于海洋调查、海洋测绘、海洋环境监测等领域。
根据测量目的不同，多波束系统主要分为全波束声呐和侧扫声呐两类。
侧扫声呐系统工作时由侧扫声纳探头从海底发射声波，到达海底后通过换能器接收声波信号，并通过图像处理方法得到海底目标的三维成像信息。
全波束声呐系统则可以同时探测多个目标。
一、海底目标探测方法在水下目标探测中，通常使用换能器、多波束和侧扫声纳等设备，其中多波束声纳可同时探测多个目标，它通过发射和接收多个波束信号进行数据采集，并对目标进行三维成像。
侧扫声纳是利用海底的回波信号进行目标探测，它能实现对海底地形地貌的高分辨率和高精度探测。
在实际工程中，根据海底目标的特点，通常会采用多种方法综合应用于海底目标探测。
先用侧扫声纳对海底区域进行扫描测量，然后利用多波束声纳系统获取多个波束的三维数据。
数据处理后得到的数据文件包括原始数据文件、高精度航迹文件、坐标系文件和测深图像文件等。
在实际工程中，通常利用多波束系统获取某一区域的多个波束数据点，然后通过计算机软件处理得到海底地形地貌和海底目标的三维图像。
一种实用的侧扫声呐绞车的研制及应用
一种实用的侧扫声呐绞车的研制及应用作者：韩孝辉，孙水文，靳程来源：《机电信息》 2015年第30期韩孝辉孙水文靳程（海南省海洋地质调查研究院，海南海口570206）摘要：侧扫声呐绞车是侧扫声呐测量的必备辅助设备，当要求侧扫声呐拖鱼距离海底的高度一定时，侧扫声呐绞车就必不可少。
根据工作要求和预算限制，侧扫声呐绞车必须安装滑环和计米器，并且成本需要控制在预算范围内。
现根据实际应用情况，介绍研制的侧扫声呐绞车及计米器的应用，希望对同行有所帮助。
关键词：侧扫声呐绞车；滑环；计米器0引言2014年我院承担了一项海洋区域地质调查项目，其中有一项调查内容就是侧扫声呐测量，工作量是3200km，要求侧扫拖鱼距离海底高度20～30m（图1）。
调查区域位于海南岛周边某海域，水深范围10～120m，调查船沿着设计好的测线拖拽侧扫声呐测量，侧扫声呐使用美国EdgeTech公司的EdgeTech4200MP，这款声呐可采用两种工作频率同时工作，100kHz时最大单侧工作量程500m；400kHz时最大单侧量程150m，垂直航迹方向分辨率100kHz时20ms，400kHz 时10ms；沿航迹方向分辨率100kHz@200m时2.5m，400kHz@100m时0.5m。
由于侧扫拖鱼距离海底的高度保持在20～30m范围，无论高频还是低频的声图像都非常清晰，效果非常好，能清晰看到海底管线（图2）、海底沙波沙脊（图3），但扫描宽度因拖鱼距海底高度有要求限制而变窄。
由于海水深度及海底地形是变化的，同时又要求侧扫声呐拖鱼距海底高度控制在20～30m 范围，因此就必须通过侧扫绞车收放侧扫铠装缆来调节侧扫声呐拖鱼距离海底的高度。
1侧扫声呐绞车结构及工作原理侧扫声呐绞车的主要部件为能盘绕1000m铠装缆的轮盘、11kW电机、底座、变频器、滑环、计米器、电机控制器。
制动采用电机制动，其中关键部件是滑环，我们使用国产滑环，滑环即负责为旋转体连通、输送能源与信号的电气部件，即连接侧扫声呐拖鱼的铠装电缆通过绞车与滑环的一端连接，工作室采集系统电脑数据线与滑环的另一端连接，绞车转动而滑环与采集系统相连的一端不随绞车转动（图4）。
侧扫声呐图像精处理及目标识别方法研究
㊀㊀第５０卷㊀第２期测㊀绘㊀学㊀报V o l．５０,N o．２㊀２０２１年２月A c t aG e o d a e t i c ae tC a r t o g r a p h i c aS i n i c a F e b r u a r y,２０２１引文格式:王晓．侧扫声呐图像精处理及目标识别方法研究[J]．测绘学报,２０２１,５０(２):２８２．D O I:１０．１１９４７/j．A G C S．２０２１．２０１９０５１７．WA N GX i a o．R e s e a r c ho n p r e c i s e p r o c e s s i n g o f s i d e s c a ns o n a r i m a g ea n do b j e c t r e c o g n i t i o n m e t h o d s[J]．A c t aG e o d a e t i c ae tC a r t o g r a p h i c aS i n i c a,２０２１,５０(２):２８２．D O I:１０．１１９４７/j．A G C S．２０２１．２０１９０５１７．侧扫声呐图像精处理及目标识别方法研究王㊀晓江苏海洋大学海洋技术与测绘学院,江苏连云港２２２００５R e s e a r c h o n p r e c i s e p r o c e s s i n g o f s i d e s c a n s o n a ri m a g e a n d o b j e c t r e c o g n i t i o nm e t h o d sW A N GX i a oS c h o o l o fM a r i n eT e c h n o l o g y a n dG e o m a t i c s,J i a n g s uO c e a nU n i v e r s i t y,L i a n y u n g a n g２２２００５,C h i n a㊀㊀侧扫声呐(s i d e s c a n s o n a r,S S S)系统,作为水下地貌图像的获取设备,因价格低廉㊁分辨率高等优点在海洋工程㊁水下目标探测和识别等领域得到了广泛的应用.而目前S S S水下目标探测和识别均依靠人工判读,效率低下且精度难以保证.据此,论文开展了侧扫声呐数据精处理及目标识别方法研究.论文的主要内容如下: (１)复杂海洋环境下海底线综合提取算法.针对传统侧扫声呐图像海底线跟踪方法存在的自动化程度低㊁精度不高和复杂海洋环境下无法实施等缺陷,提出了一种联合最后峰法㊁异常海底跟踪段修复法㊁对称性和海底地形变化渐近性原则以及卡尔曼滤波的海底线综合跟踪方法.在渤海某复杂水域开展了侧扫声呐测量和海底线跟踪试验,与单波束测深数据比较,取得了最大标准偏差为±０．１８m㊁与测深精度一致的拖鱼高度跟踪精度. (２)单条带侧扫声呐图像的辐射畸变改正方法.针对受增益㊁底质等因素影响,单条带侧扫声呐图像存在的辐射畸变问题,研究并给出了一种联合人工增益量消除㊁分离距离和波束模式影响的图像辐射畸变联合改正方法.与传统方法比较,联合改正法处理后图像熵值减小㊁P S N R增大,图像质量提高,视觉效果改善. (３)联合特征与地理编码的多条带侧扫声呐图像精拼接方法.针对侧扫声呐图像地理编码拼接带来相邻条带共视目标错位㊁特征拼接法带来地理位置整体偏移问题以及贫特征区域无法实施问题,提出了一种联合地理编码,多条带图像分组㊁分块特征拼接实现大区域海底地貌图像获取方法.试验表明,基于几何变换的分块特征匹配将传统匹配方法耗时３０s缩减到７s,满足了程序实时处理的要求;多条带图像拼接后共视特征点对平均坐标偏差从８．９１m减小到１．１７m,实现了位置统一. (４)基于扩散映射的目标探测方法.目标准确探测是目标分割和识别的基础,针对传统目标探测方法难以实现多目标及复杂地貌图像中目标准确探测问题,根据扩散映射在有效降低数据维数的同时还可寻找数据结点间有意义几何结构的优点,给出了一种基于扩散映射的侧扫声呐图像目标的准确探测方法.针对扩散映射计算效率低的缺陷,给出了图像数据随机采样计算扩散映射的方法,提高了计算效率;针对探测精度问题,提出了首先对阴影进行单阈值简单探测,随机采样时不考虑阴影位置,提高目标探测的准确性;然后基于高斯金子塔图像完成目标探测,弥补随机采样可能造成目标探测失败的问题;以此,提高了目标探测精度.试验结果表明,含多目标的侧扫声呐图像实现了目标无遗漏的准确探测,探测准确率达到１００％;沙坡地形图像中目标也可实现准确探测.研究为侧扫声呐图像提供了一种适应性强的非监督的目标准确探测方法.(５)研究了适合侧扫声呐水下沉船目标图像的特征提取方法.基于独立成分分析(i n d e p e n d e n tc o m p o n e n t a n a l y s i s,I C A)给出了最优特征提取方法;比较分析现有分类识别模型,认为A d a B o o s t分类模型最优;比较分析了A d a B o o s t算法,认为G e n t l eA d a B o o s t算法最优;在此基础上,给出了基于G e n t l eA d a B o o s t算法的沉船识别模型构建方法;最后,给出了基于精处理后的侧扫声呐瀑布图像的沉船目标识别流程.借助２５０个样本开展了试验分析,取得了９７．４３５９％的正确识别率,３．１３％的误报率且漏检率为０的识别结果;对５个不同水域侧扫声呐图像中的沉船开展了识别,取得了１００％的正确识别率,实现了不同海况㊁仪器采集所得侧扫声呐沉船目标图像的自动㊁准确识别.中图分类号:P２２９㊀㊀㊀㊀文献标识码:D文章编号:１００１Ｇ１５９５(２０２１)０２Ｇ０２８２Ｇ０１基金项目:国家自然科学基金(４１８０６１１７)收稿日期:２０１９Ｇ１２Ｇ１７作者简介:王晓(１９８５ ),男,２０１７年６月毕业于武汉大学,获工学博士学位(指导教师:赵建虎教授),研究方向为海洋测绘.A u t h o r:W A N G X i a o(１９８５ ),m a l e,r e c e i v e d h i s d o c t o r a l d e g r e ef r o m W u h a nU n i v e r s i t y o nJ u n e２０１７, m a j o r s i no c e a ns u r v e y i n g a n dm a p p i n g．EＧm a i l:w a n g x i a o＠j o u．e d u．c n。
侧扫声呐技术及其在海洋测绘中的应用探讨
侧扫声呐技术及其在海洋测绘中的应用探讨作者：徐乐王艺聪来源：《中小企业管理与科技·中旬刊》2017年第12期【摘要】随着科学技术的不断发展，海洋测绘领域掀起了新的技术应用热潮，高分辨率测深侧扫声纳技术便是其中一种，其不仅成本低、易操作，且安装方便。
因此，被广泛应用于海洋测绘事业。
为了对侧扫声呐技术及其在海洋测绘中的应用进行研究，论文通过概述侧扫声呐与海洋测绘的概念与特点，分析了侧扫声呐的工作原理、主要误差源以及侧扫声呐的数据处理与参数校准。
【Abstract】With the continuous development of science and technology， the field of marine surveying and mapping has set off a new wave of technological applications. One of them is high resolution bathymetric side-scan sonar technology， it is not only low cost， easy to operate， but also easy to install. Therefore， it is widely used in marine surveying and mapping. In order to study the side-scan sonar technology and its application in oceanographic mapping. By summarizing the concept and characteristics of side-scan sonar and ocean surveying and mapping， the working principle， main error sources， data processing and parameter calibration of side-scan sonar are analyzed in this paper.【关键词】侧扫声呐技术；海洋测绘；参数校准【Keywords】side-scan sonar technology； marine surveying and mapping； parameter calibration【中图分类号】TB2 【文献标志码】B 【文章编号】1673-1069（2017）12-0150-021 引言随着科学技术发展与工业化建设的不断加快，很多具有自主知识产权的海洋测绘设备应运而生，且现阶段的海洋测绘设备已经基本实现了自动化。
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。
侧扫声呐探测数据管理系统设计与实现
信息） 、解 编后 的数据 等 。 目标 数 据 层 ： 主 要 包 括 可 直接 利 用 的成 果数 据 ，包 括镶 嵌 图数据 、 目标 图像数 据 、 目标解 译信 息和 成果 图件 等 。 元数 据层 ：元数 据基 本信 息 、概 要信 息 、详细
呐数 据 管理 系统 是 数据 深层 次应 用 和 共享 的前 提 。针 对侧 扫 声呐 数据 的特 点 ，本 文将 侧 扫声 呐 获得 的完 整 数据 体 系规 划 为原始 数 据 层 、标 准 化数 据层 、 目标数 据层 和 元数 据层 ４ 层 次 ，设计 并开 发 了侧扫 声呐 数据 管理 系 统 ，整个 管理 系统 包 括原 始数 据管 理模 块 、 个 数据 预处 理模 块 、数 据 处理 模块 、质量 评价 模 块 、数据 库 管理 模块 和 数据 成 果集 成展 示 与服 务模 块 。各 个模 块 既可 独立 运 行 ，相互 之 问又有 关 联 ，形成 一 个相 对完 整 的 管理 系统 ，实 现 了对 侧扫 声 呐原 始 数据 及各 类成 果 数据 多样 化 有效 处 理与 管理 。 该系 统 已经应 用于 我 国近海 海洋 综 合调 查与 评价 专项 中 的全 部侧 扫声 呐调 查数 据 的管理 ，并取 得 了较好 的 效果 。
信 息 。 扪
３ 侧 扫 声 呐 数 据 管 理 系统 设计 与 实
现
针 对 侧 扫 声 呐 数 据 的特 点及 数 据 体 系 管 理 要 求 ，笔 者及相 关人 员组织 开 发 了大 规模侧 扫 声呐数 据 管理系 统 ，本系 统运行 Ｗｉｄ ｗｓ 台 ， 程工 具 ｎｏ 平 编
侧扫声纳使用操作规定
侧扫声纳使用操作规定侧扫声纳是一种通过发射和接收声波来生成水下悬浮物和海底地形图像的技术。
它在海洋科学、海洋勘探、航海导航和军事作战中都有着广泛的应用。
为了保证侧扫声纳的正常运行和数据采集的准确性，需要遵循以下操作规定：1.准备工作：在使用侧扫声纳之前，必须对设备进行充分的准备工作。
首先，要确保侧扫声纳设备处于正常工作状态，无损坏和松动的部件。
然后，将设备安装到船体上，并确保设备与电源和控制系统的连接正常。
最后，根据实际情况调整设备的方向和角度，以获得最佳的声纳成像效果。
2.进行测量：在进行测量之前，需要明确测量的目标和区域。
根据测量目标的不同，可以选择不同的工作模式和参数设置。
在测量过程中，需要确保船体稳定，避免因为航行造成的波动影响数据的准确性。
同时，还需要注意在测量过程中航行速度的控制，以保证获取到的数据具有较高的分辨率和清晰度。
3.数据采集和处理：在测量完成后，需要将采集到的数据导出保存。
侧扫声纳设备通常会提供数据传输和存储功能，可以直接将数据存储到设备中，也可以通过连接外部存储设备进行存储。
在数据处理过程中，可以利用专业的声纳数据处理软件进行数据解析和分析，以获得所需的信息和图像。
4.数据分析和解读：在获得声纳数据后，需要进行数据分析和解读。
首先，可以通过调整声纳参数和图像处理技术来优化数据质量和图像清晰度。
然后，根据数据特征和模式，可以对目标进行分类和识别。
最后，可以根据数据中的信息进行地形分析、目标定位等进一步研究和应用。
5.安全注意事项：在使用侧扫声纳时，需要注意安全事项。
首先，需要确保操作人员具备相关的技术知识和操作经验。
然后，要遵守相关的安全规定，如穿着救生衣、操作设备时注意船体稳定等。
此外，还需注意设备的维护保养，及时清洁和检查设备，防止故障和损坏。
总之，侧扫声纳的使用操作规定是确保设备正常运行和数据采集准确性的基础。
遵循这些规定可以提高侧扫声纳的工作效率，获得更可靠和有效的数据和信息。
侧扫声呐原理及应用
侧扫声呐原理及应⽤⼀、原理1、⼯作原理侧扫声纳的基本⼯作原理与侧视雷达类似，侧扫声纳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。
线图随着⽔下声呐载体的不断移动，声呐阵在前进过程中不断发射、接收处理，记录逐⾏排列，在显⽰器上每⼀⾏扫描线上逐⾏显⽰出每次发射返回的回波数据，各个回波到达时分分别对应各点的位置，即像素坐标，回波的幅值对应各点的亮度，即像素灰度值。
海底平⾯图侧扫声呐：在采⽤灰度显⽰时，⼀般暗⾊代表回波较弱，⽩⾊代表回波较强，也可以采⽤伪彩⾊显⽰。
2、优点 侧扫声纳有三个突出的特点：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。
3、应⽤（1）海洋测绘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。
（2）海洋地质调查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，尤其是巨型侧扫声纳，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。
⼆、侧扫声呐数据接收处理1、数据存储使⽤XTF格式侧扫声纳数据的处理是获得海底信息的重要步骤,格式转换是数据处理的基础。
现有的声纳数据主要有Qmips和XTF两种⽂件格式,⼆者均为⼆进制格式存储。
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。
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。
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个重 要 组 成部 分 。瀑 布 图显 示 既 需 要 保 证 显 示
［ 稿 日期 ］ ２ １ …０ １ 收 ０２ ４ ４
［ 助 项 目］ 中 国 近 海 海洋 综 合 调 查 与 评 价 专项 （０ ０ ） 资 ９ ８ ３ ［ 者 简 介 ］ 韩 春 花 （９ ９ ）女 ， 族 ， 士 ， 作 １７ ， 汉 硕 高级 工 程 师 ， 要 从 事海 洋 地 质 信 息 管 理 、４ 主 惯 扫声 纳 数 据 管 理 等 方 面 的 研 究
随着 海洋 测绘 技 术 的发 展 ， 扫 声 纳 以其 高 侧
精 度 、 效率 、 高 高分 辨 率 、 海底 微 观 地 貌直 观 成 对 像等 特 点 ， 地质勘 探 、 在 目标 探 测 、 洋 工程 等 方 海
面 的应用 越 来 越 广 泛 ， 而 为 海 洋 测 绘 、 洋 工 进 海 程 、 洋 开 发 、 潜 作 战 、 下 救 援 、 理 海 洋 研 海 反 水 物 究等 提供 珍贵 的第一 手数 据¨。 。 目前 侧 扫声 纳 １］
［ 摘 要 ］ 从 侧 扫 声纳 及 其 数 据 处 理 的 原 理 和 方 法 出发 ， 自主 开 发 了一 款 侧 扫 声 纳数 据 处 理 软 件 ， 实 可 现侧 扫 声 纳原 始数 据 自动 格 式 解 析 、 数 提 取 统 计 、 量检 查 、 布 图显 示 、 益 调 整 、 距 校 正 等 功 能 ， 能 参 质 瀑 增 斜 并
４４
・
北京 测绘 ・
２１ 年第 ５ ０２ 期
一
款侧扫声纳数据处理软件的研发 与应 用
韩春 花 张俊 明。 梁建峰 戴 秀杰。
（ ．国 家海 洋 信 息 中心 ， 津 ３ ０ ７ ；２ 北 京 正航 科技 发 展 有 限公 司 ， 京 １ ０ ３ ） １ 天 ０１１ ． 北 ０ ０ ９
１ ３ 瀑 布 图显 示 ．
海 洋综 合调 查与评 价专 项 （ ０ ９ ８专 项 ） 调查 获取 的 侧 扫声 纳数 据处 理实 际工 作 中得 到 应 用 ， 国 内 对 类 似 软件 的开发 具有一 定 的借 鉴 意义 。
瀑 布图 的 显 示 是 侧 扫 声 纳数 据 处 理 中 的一
够在 侧 扫 声 纳数 据 瀑 布 图 回放 的 同时 进 行 镶 嵌 图的 制 作 。该 软 件 系统 已在 国 家海 洋信 息 中心 对 我 国近 海 海
洋综 合 调 查与 评 价 （０ ） ９ ８ 专项 的侧 扫 声 呐 数 据 处 理 工作 实践 中得 到应 用 ， 收 到较 好 的 效 果 。 并 ［ 关键 词］ 侧 扫 声 纳 ； 据 处理 ； 件 开发 数 软 ［ 图 分 类 号］ Ｐ ０ 中 ２８ ［ 献标 识 码］ Ｂ 文 ［ 章编 号］ １０ —３ ０ （０ ２ ０ — ５ 文 ０ ７ ０ ０ ２ １ ）５
数据 处理 软件 大多 是 与 仪器 设 备绑 定 在 一起 ， 或
者是 国外 的 商 业 化 软 件 ， 格 昂贵 ， 其 分 析 技 价 且
术为 商业机 密 而未 能对 外 公 开 ， 此在 使 用 商业 因
处理 软件 的 同时无 法 了解 其 数 据处 理 的原理 ， 只
能完 全被 动 接 受 其 处 理 结 果 。对 于侧 扫 声 纳 数
１ 基本 原理与算法
１ １ 格式解 析与 参数统 计提 取 ．
侧 扫声 纳 原 始 数 据 是 特 殊 格 式 的二 进 制 数
据 ， 非 明 码 文 件 。笔 者 通 过 对 其 进 行 格 式 分 并
析 ， 义数 据 结 构 ， 定 编制 程 序 正 确 读 出侧 扫 声 纳 数 据 的文件 头信息 （ ＴＦＦ １ ＨＥ Ｅ 和文件 Ｘ Ｉ Ｅ ＡＤ Ｒ） 头 中 的通 道 结 构 信 息 （ ＨＡＮＮＩ Ｏ） Ｃ ＮＦ 。通 过 使
用 一个循 环 操 作 ， 读 取 每 一 呼 的数 据 ， 后 将 来 最 每 一个侧 扫声 纳 数 据 文 件 写成 一 个 可 读 取 的文 本 文件 。 。选取解 码后 的文 本文 件 中有关 参数 进行 统计 计 算 ， 终 获 取 了测 线 的 如 下 参 数 ： 最 测 线 文件 名称 、 采样 设 备 、 录程 序 、 据标 准 、 记 数 采 样 间隔 、 样 点个 数 、 Ｐｎ 采 总 ｉｇ数 、 线 长 度 、 距 测 斜
项 ） 取 的 大量 侧 扫声 纳 调查 基 础 数 据 ， 对 我 获 在
量程 、 盖 面 积 、 业 开 始 时 间 、 业 结 束 时 间 、 覆 作 作 测线 用 时 、 点 经 度 、 点 纬 度 、 点 水 深 、 点 起 起 起 终
经度 、 点纬 度 、 点水 深 、 线 走 向等 信 息ｎ 。 终 终 测 将 以上 功 能 封 装 在 专 门 的 动 态 链 接 库 ｘｆ Ｌｂ ｔ ｉ ． 中， 方便用 户操 作 。
布 图显 示 、 距校 正 、 益 调 节 、 嵌 图制 作 等 功 斜 增 镶
能 。该 软件 已经 在 国 家海 洋 信 息 中心 我 国近 海
根据 实 际 工作 经 验 ， 取 定 位 信 息 、 间信 选 时
息、 信号 强度 、 速 、 线 平 直 度 及 数 据 完 整 性 ６ 船 测 个要 素作 为质 量评 价 指标 ， 可实 现 对 侧 扫 声纳 数 据 的批量 、 自动化定量 的质 量评 价¨。 。 ｌ
１ ２ 质 量 评 价 ．
国近海 获 取 的 各 种 类 型 侧 扫 声 纳 数 据 进 行 分 析
的基础 上 ， 自主开 发 了 一款 简 便 灵 活 的专 用数 据 处 理 软件 ， 实 现 Ｘ 可 ＴＦ格 式 的 侧 扫 声 纳 原 始 数 据 的 自动格 式解 析 、 数 提取 统 计 、 量检 查 、 参 质 瀑