侧扫声呐原理及识图

侧扫声呐

基本原理及识图

目录

1.侧扫声呐基本原理和概念 (1)

1.1.侧扫声呐 (1)

1.2.侧扫声呐相关概念 (1)

2.侧扫声呐主要参数指标概念 (1)

2.1.侧扫声呐 (1)

2.2.侧扫声呐测量 (2)

2.3.水平波束角 (2)

2.4.垂直波束角 (2)

2.5.纵向分辨率 (2)

2.6.横向分辨率 (2)

2.7.最大斜距 (2)

2.8.声源级 (2)

2.9.增益 (3)

G (3)

2.11.扩展损失 (3)

2.12.吸收损失 (3)

3.侧扫声呐重点指标及特性 (3)

3.1.波束角 (3)

3.2.脉冲长度 (4)

3.3.距离相关术语 (4)

3.4.侧扫声呐图像 (5)

3.5.基本识图 (7)

4.实例识图 (9)

4.1.水下地貌 (9)

4.1.1.沙纹 (9)

4.1.2.海底基岩、岩石 (11)

4.1.3.锚沟 (13)

4.1.4.珊瑚礁 (15)

4.2.水下目标 (16)

4.2.1.桥墩 (16)

4.2.2.锚绳 (16)

4.2.3.三脚架 (17)

4.2.4.脚手架 (17)

4.2.5.铺排 (18)

4.2.6.沉船 (19)

4.2.7.抛石 (21)

4.2.8.人工鱼礁 (23)

4.2.9.管线 (24)

4.2.10.轮胎 (26)

4.2.11.人体 (27)

4.2.12.水下桩体 (28)

4.2.13.飞机残骸 (29)

4.2.14.自行车 (31)

1.侧扫声呐基本原理和概念

1.1.侧扫声呐

侧扫声呐是通过向侧方发射声波来探知水体、海面、海底（包括上部地层）声学结构和物质性质的仪器设备。

如上图，黄色圆圈位置代表侧扫声呐设备，它在向一侧发生声波后，不管是水面、水中的物体还是水底的地物都会将声波返回并接收和探测到。

1.2.侧扫声呐相关概念

2.侧扫声呐主要参数指标概念

2.1.侧扫声呐

采用声学换能器发射与航向正交的声波，对海底或水底进行扫描，接收海底回波信号，获得海底声学影像的一种主动声呐。

2.2.侧扫声呐测量

利用侧扫声呐对水底或海底进行扫描，搜寻障碍物或获得海底声学影像数据记录的一种测量方法。

2.3.水平波束角

沿水平航迹方向，侧扫声呐换能器在-3dB波束宽度下声波波束的张角。与纵向分辨率有关，水平波束角越小，则纵向分辨率越高。

2.4.垂直波束角

垂直航迹方向，侧扫声呐换能器在-3dB波束宽度下声波波束的张角。

2.5.纵向分辨率

纵向分辨率即为沿航迹向分辨率，纵向分辨率的大小取决于声呐的水平波束宽度（水平波束角）。

2.6.横向分辨率

横向分辨率即为垂直航迹向分辨率，声呐的横向分辨率一般与声呐的工作频率和数据采样率有一定的关系。一般而言，频率越高，横向距离分辨率越高，声呐采样率越高，有效的探测分辨率越高。

2.7.最大斜距

最大斜距一般值声呐的最大有效探测距离，最大斜距一般和声呐的工作频率有关，频率越低，探测距离越大，频率越高，探测距离越小。

2.8.声源级

在换能器声轴上，距有效声中心1m处的最大均方根声压级，参考声压为1μPa，在远场测量时，其值用dB表示；

也可以说声源级就是在换能器声轴上，距有效声中心1m处产生的声强相对于参考声强的分贝数；

2.9.增益

增益简单的说就是放大倍数；

在声学上一般指对于接收信号进行放大的倍数。

G

TVG为时间增益补偿（时间变化增益），是一种细化的增益，在声学中一般指随时间的变化进行不同的放大倍数，普遍为接收越晚的信号放大的倍数越大；

2.11.扩展损失

由于声波在传输过程中波阵面不断扩大，造成单位面积上的能量减少，波阵面上的平均功率密度减小，表现为声强的衰耗。扩展损耗主要由水声发射设备的方向性系数确定，能在一定程度上减小，但这种损耗是始终存在的。

2.12.吸收损失

吸收损耗是指声波在水中传播时由于海水的非理想性，导致声能被海水吸收而转化为热能等不可逆的过程。

3.侧扫声呐重点指标及特性

3.1.波束角

在侧扫声呐设备中，有垂直波束角和水平波束角两个波束角概念。如下图为声呐波束角示意图：

水平波束角：决定了水平波束宽度，与纵向分辨率有关，水平波束角越小，则纵向分辨率越高。

垂直波束角：决定了垂直波束宽度，与覆盖宽度有关。

3.2.脉冲长度

在声呐设备中，均有脉冲长度这一概念，在侧扫声呐设备中，脉冲长度与横向分辨率有关。

3.3.距离相关术语

在侧扫声呐探测的相关术语种，有几个和距离相关，如下图为侧扫声呐探测的示意图：

在上图中，存在以下几个概念：

斜距：声呐拖鱼到给定底部任何点的距离。斜距等于声波从声呐拖鱼发射到底部给定点的往返路径的一半。

量程：斜距的最大值。这是系统的一个设置，确定侧扫声呐应扫描多远。

水平距离：是声呐鱼正下方的准确投影位置与给定底部点之间的水平距离。水平距离可以用勾股定理从声呐高度和斜距计算出。

覆盖宽度：水平距离的最大值。

注：

量程：主要与垂直波束角和工作频率有关，如SS3060在600kHz时，每侧最大120m；300kHz时，每侧最大230m。

但量程还受换能器安装倾斜角度影响，声呐发射中心线与水片面夹角越小，理论上的量程越大。

覆盖宽度：主要与量程和拖体的距地高度有关。量程只是最大距离，并不是有效距离。一般单侧量程设为高度的5-10倍。

侧扫声呐系统的覆盖宽度取决于许多因素。它们包括：量程、拖鱼在海底上面的高度、介质和反射面的物理性质。

3.4.侧扫声呐图像

侧扫声呐图像是一张平面图像，有点像平时我们看到的一张照片，一张影像图片等，如下图为一张图片：