浅水多波束测深声纳关键技术剖析

随着时代的发展,浅水多波束测深声纳技术和设备取得了长足的进步,为海洋探测提供了更加精准的数据支持,其在海底管道检测、水下环境调查等多方面得到了广泛应用。本文主要从浅水多波束测深声纳的发展现状入手进行分析,随后对其工作原理进行了相关阐述,在此基础上介绍了几种关键技术,最后还对多波束测深声纳的研究不足进行了简要汇总,希望能够对海底地形勘测工作的开展提供帮助。

多波束测深声纳技术研究新进展

多波束测深声纳已成为国内外海洋科学研究、海底资源开发、海洋工程建设等海洋活动中最主要的海洋调查勘测仪器之一。以多波束测深声纳为对象,详细介绍了国内外多波束测深声纳产品的发展情况,重点阐述了代表当前多波束测深声纳发展趋势的超宽覆盖、高分辨、高精度、多功能一体化探测等核心技术的研究进展,最后结合实际的海底地形地貌探测需求,给出了多波束测深声纳技术未来发展的展望。

浅水多波束测深声纳关键技术剖析

基于多波束测深声纳工作原理,结合国内外主流浅水多波束测深声纳产品与技术发展现状,分析了浅水多波束测深声纳具备的5种典型能力,提出了从能力表征的角度理解浅水多波束测深声纳性能指标;总结了保障这些能力所采用的主要关键技术,讨论了技术实现的具体思路,列举了仿真或试验数据处理结果;展望了多波束测深声纳的发展趋势。

多波束测深声纳系统引进的选型

作为国内首家引进浅水多波束系统的技术人员,就多波束系统的选型问题,从系统的应用目的、设计原理、精度要求、稳定性、可靠性、抗干扰能力、工作效率、整体配置的合理性和配套性、软硬件的支持强度和功能、售后服务和性能价格比等方面进行探讨,以供国内有关单位参考。

深水多波束测深声纳多条带探测模式研究与实现

多条带技术是当今主流多波束测深声纳(multibeam echo sounder,MBES)核心技术之一,可有效解决高航速探测作业海底覆盖不完善的问题。针对深水MBES工作特点,提出一种适用于深水MBES的多条带(条带数≥2)探测模式的实现方法。该方法通过控制发射时序与信号频率、采用多条带姿态稳定发射与接收算法,来实现深水MBES多条带探测模式。基于该方法在国产1°×1°全海深多波束测深系统上,实现了双条带(即条带数为2)探测模式并完成海试。试验结果表明,使用双条带探测模式可在12 kn航速下依旧获得较好的海底覆盖效果,并且测深精度能够满足国际海道测量组织(international hydrographic organization,IHO)特级标准和我国海道测量规范国家标准。由此表明,本文深水MBES多条带探测模式可有效提升深水MBES的探测效率和成图分辨率。

利用MVDR算法削弱多波束测深声纳的隧道效应

分析了海底多波束测深声纳中存在的隧道效应及其产生机理,指出旁瓣干扰是引起隧道效应的重要因素,隧道效应的出现导致多波束测深声纳把相对平坦的海底误测成凹面向上的水平半圆柱面海底地形。研究了基于GSC结构的自适应波束形成算法,推导提出了MVDR算法的连续自适应实现方案,并利用该算法对多波束测深声纳湖试数据中存在的隧道效应进行处理,结果表明该算法能够有效削弱多波束测深数据边缘波束中存在的旁瓣干扰。

相干声纳多波束与传统型多波束测深系统综合对比与实验分析

在工作原理、技术参数、采集软件和处理软件功能与操作,以及数据实测等方面对相干声纳多波束测深系统Geoswath Plus和传统型多波束测深系统Seabeam 1180进行了详细对比。对比表明,两套多波束系统的工作原理完全不同;传统型多波束测深系统在探头下方数据密集,两侧的数据逐渐变稀,相干声纳多波束测深系统在探头正下方的数据比较稀疏,探头两侧的数据较密集;相干声纳多波束测深系统Geoswath Plus的采集和处理软件实现了一体化,具有较直观的数据质量监控功能,传统型多波束测深系统Seabeam 1180可应用的后处理软件较多,功能更丰富;通过实测数据验证,两套多波束测深系统在数据测量精度上具有较好的一致性,不符值数列的标准偏差为3%—4%。对比为多波束测深系统的引进和选型提供了参考依据。

地形导航多波束测深综合效应的邻域改正技术

针对多波束声纳测深系统中波束角效应和地形效应对水深测量的影响,提出了一种基于地形平均坡度水深数据改正的方法,以解决不同地势情况下造成的水深数据失真问题.首先根据多波束系统的测量原理建立了水深测量模型,与测量点周围8个点之间平均坡度估计该点处地形倾斜角,通过测量水深与海底地形之间的关系进行不同程度的水深改正,以获得测深处的真实水深.仿真过程中通过计算测点周围邻域8个方向的平均坡度,对地形平均坡度进行估计,并用实际某海域地形进行检验.结果标明:该技术应用性强,对水深测量中波束角与地形效应的影响具有明显的改正效果.

我国海洋探查高新技术的跨越式发展

“九五”期间,海洋领域正式纳入国家863高技术研究发展计划。其中“海洋探查与资源开发技术(820主题)”在海洋领域办公室的领导和主题专家组的主持指导下,开展了三项重点任务的8个专题共18个课题的研究、研制和开发,取得了一系列的成果。本文对当今国外海洋探查技术发展趋势,“九五”海洋探查与资源开发技术取得的跨越式发展,主要的高新技术研究成果和主题专家组办公室科学管理系统作了总结性概述。

大深度近海底精细地形地貌探测技术

船载低频多波束测深声纳、侧扫声纳可以对深海海底地形地貌进行快速、高效、大面积探测,但其测量精度有限,难以满足深海科学考察、资源勘探开发对高精度海底地形地貌的需求。随着各类大深度水下移动载体(如深海拖体、水下机器人、遥控潜器和载人潜水器)的涌现,特别是各类耐高压测绘声纳的商业化,使大深度近海底精细地形地貌探测成为可能。首先分析了多波束测深声纳、侧扫声纳和测深侧扫声纳等3种测绘声纳的基本原理,然后分别介绍了各类测绘声纳的国内外典型商业化产品,并通过典型实例分析了其在大深度近海底精细测绘中的应用情况。

六、P24 测量仪器

CH991327 EM950多波束测深系统及其在海底光缆路由调查中的应用/周兴华(国家海洋局第一海洋研究所)…∥海洋测绘。—1998(3)。—29～33 多波束测深系统以条带测量的方式,可对海底地形和地貌做全覆盖、无遗漏的测量,为目前世界上进行海底测绘的最先进的大型组合设备。我国已首次将多波束技术运用到工程项目的勘测中,将该系统用于亚欧光缆的路由调查,完成测线7000多公里。图2参5 CH991328 双频测深仪的终端实现/崔海英(无锡海鹰加科电子设备有限公司)∥海洋测绘。—1998(3)。