侧扫声呐概述
侧扫声呐是由Side-ScanSonar一词意译而来,国内也叫旁扫声呐、旁视声呐。国外从五十年代起开始应用,到七十年代已在海洋开发等方面得到了广泛的使用,我国从七十年代开始组织研制侧扫声呐,经历了单侧悬挂式、双侧单频拖曳式、双侧双频拖曳式等发展过程。由中科院声学所研制并定型生产的CS-1型侧扫声呐,其主要性能指标已达到了世界先进水平。
侧扫声呐有许多种类型,根据发射频率的不同,可以分为高频、中频和低频侧扫声呐;根据发射信号形式的不同,可以分为CW脉冲和调频脉冲侧扫声呐;另外,还可以划分为舷挂式和拖曳式侧扫声呐,单频和双频侧扫声呐,单波束和多波束等。
侧扫声呐基本工作原理
工作原理示意图如图1和图2所示。左、右两条换能器具有扇形指向性。在航线的垂直平面内开角为ΘV,水平面内开角为ΘH。当换能器发射一个声脉冲时,可在换能器左右侧照射一窄梯形海底,如图左侧为梯形ABCD,可看出梯形的近换能器底边AB小于远换能器底边CD。当声脉冲发出之后,声波以球面波方式向远方传播,碰到海底后反射波或反向散射波沿原路线返回到换能器,距离近的回波先到达换能器,距离远的回波后到达换能器,一般情况下,正下方海底的回波先返回,倾斜方向的回波后到达。这样,发出一个很窄的脉冲之后,收到的回波是一个时间很长的脉冲串。硬的、粗糙的、突起的海底回波强,软的、平坦的、下凹的海底回波弱。被突起海底遮挡部分的海底没有回波,这一部分叫声影区。这样回波脉冲串各处的幅度就大小不一,回波幅度的高低就包含了海底起伏软硬的信息。一次发射可获得换能器两侧一窄条海底的信息,设备显示成一条线。在工作船向前航行,设备按一定时间间隔进行发射/接收操作,设备将每次接收到的一线线数据显示出来,就得到了二维海底地形地貌的声图。声图以不同颜色(伪彩色)或不同的黑白程度表示海底的特征,操作人员就可以知道海底的地形地貌。
船体固定式侧扫声纳工作方式
侧扫声呐主要性能指标
侧扫声呐的主要性能指标包括工作频率、*大作用距离、波束开角、脉冲宽度及分辨率等,这些指标都不是独立的,它们之间相互都有联系。侧扫声呐的工作频率基本上决定了*大作用距离,在相同的工作频率情况下,*大作用距离越远,其一次扫测覆盖的范围就越大,扫测的效率就越高。脉冲宽度直接影响了分辨率,一般来说,宽度越小,其距离分辩率就越高。水平波束开角直接影响水平分辨率,垂直波束开角影响侧扫声呐的覆盖宽度,开角越大,覆盖范围就越大,在声呐正下放的盲区就越小。只要了解了这些指标,侧扫声呐的性能就大致知道了。
侧扫声呐基本系统组成和功能
侧扫声呐基本系统的组成一般包括工作站、绞车、拖鱼、热敏记录器或打印机(可选件)、GPS接收机(可选件)及其它外部设备等。
工作站
工作站是侧扫声呐的核心,它控制整个系统的工作,具有数据接收、采集、处理、显示、存储及图形镶嵌、图象处理等功能。它由硬件和软件两部分组成,硬件主要包括一台高性能的主计算机及接收机,软件包括系统软件和应用软件。
绞车与拖曳电缆
绞车是侧扫声呐必不可少的设备,由绞车和吊杆两部分组成,其主要的作用是对拖鱼进行拖曳操作。绞车有电动、手动和液压等几种型号,它们各有利弊,可以根据实际的使用环境来选择。一般在浅海小船作业时,可以选择手动绞车,体积小,质量轻,搬运比较方便,而且不需要电源。在深海大船使用时,可以选择电动或液压的绞车,���压绞车收放比较方便,但价格一般都比较贵,电动绞车在性能价格比上有一定的优势。
拖曳电缆安装在绞车上,其一头与绞车上的滑环相连,另一头与侧扫声呐的鱼体相连。拖缆有两个作用,**是对拖鱼进行拖曳操作,保证拖鱼在拖曳状态下的**;**是通过电缆传递信号。
拖缆有两种类型,强度增强的多芯轻型电缆和铠装电缆。沿岸比较浅的海区,一般使用轻型电缆,其长度从几十米到一百多米左右。轻型电缆便于甲板上的操作,可由一个人搬动。其负荷一般在400-1000Kg之间,取决于内部增强芯的尺寸。铠装电缆用于较深的海区,大部分侧扫声呐铠装电缆是“力矩平衡”的“双层铠装”,这意味着铠装电缆具有两层反方向螺旋绕成的金属套,铠装层可以水密,也可以不水密,由铠装的材料来决定。不管铠装层水不水密,导线还得由绝缘层来水密。
拖鱼
侧扫声呐的拖鱼是一个流线型稳定拖曳体,它由鱼前部和鱼后部组成。鱼前部由鱼头、换能器舱和拖曳钩等部分组成;鱼后部由电子舱、鱼尾、尾翼等部分组成。尾翼用来稳定拖鱼,当它被鱼网或障碍物挂住时可脱离鱼体,收回鱼体后可重新安装尾翼。拖曳钩用于连接拖缆和鱼体的机械连接和电连接。根据不同的航速和拖缆长度,把拖鱼放置在*佳工作深度。
GPS接收机
GPS接收机是侧扫声呐的外部设备,主要是为侧扫声呐数据提供定位数据,用户可以根据需要,配置不同型号和不同功能的GPS,系统留有标准接口,可以方便地与有NMEA-0183标准接口的定位设备连接。