何勇光

（大連黃渤海海洋測繪數(shù)據(jù)信息有限公司，遼寧大連116023）

1 海洋側(cè)掃聲吶探測技術(shù)的相關(guān)概述

1.1 海洋側(cè)掃聲吶的基本結(jié)構(gòu)

側(cè)掃聲吶屬于主動(dòng)型聲吶，主要通過海底具有的反向散射信息獲取海底的基本情況，將這些信息作為主要依據(jù)，構(gòu)建更加完整、完善的海底地形地貌圖像信息，這也是進(jìn)行海底成像的前提條件，具體的海洋側(cè)掃聲納結(jié)構(gòu)圖如圖1 所示。

圖1 海洋側(cè)掃聲吶結(jié)構(gòu)圖

在整個(gè)側(cè)掃聲吶系統(tǒng)中，主要由發(fā)射機(jī)、接受陣、發(fā)射陣、接收機(jī)以及信號(hào)處理器5 個(gè)子系統(tǒng)構(gòu)成。在側(cè)掃聲吶系統(tǒng)的運(yùn)行過程中，利用信號(hào)處理器，將脈沖驅(qū)動(dòng)信號(hào)發(fā)送出來，利用其使驅(qū)動(dòng)發(fā)射機(jī)可以產(chǎn)生比較大功率的發(fā)射脈沖信號(hào)，進(jìn)行信號(hào)接收時(shí)，利用接受陣的天線裝置接收回波信號(hào)，在利用接收機(jī)對(duì)其進(jìn)行預(yù)處理，增強(qiáng)回聲信號(hào)，最后將其運(yùn)送到計(jì)算處理單元中[1]，得到完整的圖像信息。

1.2 海洋側(cè)掃聲吶的成像原理

在海洋側(cè)掃聲吶系統(tǒng)中含有的2 個(gè)換能器都具有明顯的扇形指向性，在換能器將聲脈沖發(fā)射出來后，就可以在換能器的左右方向照射出一窄梯形的海底，具體如圖2 所示。

在聲脈沖完成發(fā)射后，聲波就能夠通過球面波的形式向遠(yuǎn)方進(jìn)行傳遞，在與海底觸碰后，就會(huì)形成散射波或反射波，而后按照原先的路線直接返回到換能器中，距離越近，回波到達(dá)換能器的速度也就越快。設(shè)備根據(jù)已經(jīng)設(shè)定好的時(shí)間完成接受、發(fā)射等操作，并將每次接收的數(shù)據(jù)直接顯示出來，能夠獲取二維海底地形地貌的圖像，最后再利用計(jì)算機(jī)技術(shù)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，就可以準(zhǔn)確地判斷與識(shí)別海洋的地形、地貌信息。

圖2 海洋側(cè)掃聲吶的成像原理

2 海洋側(cè)掃聲吶國內(nèi)外的發(fā)展現(xiàn)狀

2.1 海洋側(cè)掃聲吶技術(shù)的國外發(fā)展現(xiàn)狀

目前，隨著科學(xué)技術(shù)水平的提升，也推動(dòng)了海洋側(cè)掃聲吶技術(shù)的發(fā)展，并也已經(jīng)出現(xiàn)很多將數(shù)字化技術(shù)作為基礎(chǔ)的新型側(cè)掃聲吶設(shè)備，這樣一來也就使海洋側(cè)掃聲吶探測技術(shù)得到了創(chuàng)新性的發(fā)展。

比如，美國Klein 公司新研發(fā)出來的Klein5000V2 系列深海多波段束側(cè)掃聲吶系統(tǒng)[2]，其主要使用了數(shù)字動(dòng)態(tài)聚焦科技以及波束控制技術(shù)，可以在同一時(shí)間內(nèi)形成多個(gè)彼此相鄰的平衡波束，這樣一來就能夠獲取更加高分辨率的地形地貌圖像 信 息。與 此 同 時(shí)，DeepV ision、Konsberg、ATLAS 以 及Teledyne 等公司也都擁有屬于自己的、成熟性強(qiáng)的商業(yè)側(cè)掃聲納系統(tǒng)產(chǎn)品[3]。

2.2 海洋側(cè)掃聲吶技術(shù)的國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀

相比于發(fā)達(dá)國家，我國的相關(guān)海洋側(cè)掃聲吶技術(shù)的研究起步時(shí)間比較晚，而且很多相關(guān)的技術(shù)也比較落后。在1970年，我國才開始進(jìn)行海洋側(cè)掃聲吶系統(tǒng)的相關(guān)研究，并在1972年研發(fā)出了第一款由我國制造的舷掛式側(cè)掃聲吶系統(tǒng)。在后續(xù)幾年，我國又相繼研發(fā)了拖曳式的側(cè)掃聲吶系統(tǒng)，并得到了廣泛的應(yīng)用。直到2000 年，我國的海洋側(cè)掃聲吶探測技術(shù)已經(jīng)與發(fā)達(dá)國家不相上下，而且有一些專家所提出的相關(guān)技術(shù)也得到了世界范圍的認(rèn)可。

3 海洋側(cè)掃聲吶探測技術(shù)的未來發(fā)展趨勢

3.1 選擇最優(yōu)的海洋側(cè)掃聲吶系統(tǒng)的頻率

對(duì)于海洋側(cè)掃聲吶系統(tǒng)的工作頻率來說，其會(huì)直接對(duì)整個(gè)聲吶掃描的寬度和實(shí)際分辨率造成影響。換而言之，就是頻率越高，具有的分辨率也就越高，但是在增加頻率后，就會(huì)在一定程度上降低掃描范圍，從而對(duì)海洋側(cè)掃聲吶系統(tǒng)掃描分辨率的提高以及最后的成像效果造成嚴(yán)重的影響，所以，在實(shí)際的工作中，應(yīng)該設(shè)置科學(xué)的算法，或者其他有效的機(jī)制來選擇最優(yōu)的海洋側(cè)掃聲吶系統(tǒng)頻率，這也是海洋側(cè)掃聲吶系統(tǒng)進(jìn)一步發(fā)展所需要迫切解決與優(yōu)化的主要問題之一。

3.2 海洋側(cè)掃聲吶系統(tǒng)存在的散射情況

海洋側(cè)掃聲吶系統(tǒng)在實(shí)際探測過程中，在聲吶系統(tǒng)將聲脈沖發(fā)出后，其會(huì)按照不同的方向進(jìn)行下一步傳遞，在進(jìn)行傳播的過程中，很有可能受到多種因素的干擾，比如，水中生物、海水表面存在的氣泡、海底比較粗糙等，因受到這些因素影響，非常容易導(dǎo)致聲脈沖沿著不同方向出現(xiàn)無規(guī)律性的散射情況，這樣一來很容易造成聲脈沖的能量損耗，并對(duì)海洋側(cè)掃聲吶系統(tǒng)的探測距離與探測范圍造成影響。為了能夠進(jìn)一步提高海洋側(cè)掃聲吶探測技術(shù)在探測過程中發(fā)揮的性能，則必須對(duì)散射情況的發(fā)生進(jìn)行解決。

3.3 環(huán)境噪聲方面的問題

對(duì)于海洋環(huán)境來說，其內(nèi)部環(huán)境非常復(fù)雜，無論在什么情況下都會(huì)產(chǎn)生比較大的噪聲，而所產(chǎn)生的噪聲，會(huì)對(duì)海洋側(cè)掃聲吶系統(tǒng)的正常運(yùn)行帶來嚴(yán)重的噪聲污染，對(duì)海洋側(cè)掃聲吶的工作性能產(chǎn)生影響，噪源具有無規(guī)律、不可預(yù)見等特征，其也有所差異，很難針對(duì)性的消除噪聲，所以，為提高海洋側(cè)掃聲吶系統(tǒng)成像的質(zhì)量與效果，必須提高對(duì)噪聲問題的關(guān)注，采用更加高效的方法解決噪聲污染，進(jìn)一步提高海洋側(cè)掃聲吶探測工作的效率與質(zhì)量。

4 結(jié)語

綜上所述，本文從海洋側(cè)掃聲吶探測技術(shù)的原理進(jìn)行分析，總結(jié)出國內(nèi)外海洋側(cè)掃聲吶探測技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀，展望了海洋側(cè)掃聲吶探測技術(shù)的未來發(fā)展趨勢，希望能夠進(jìn)一步提高海洋側(cè)掃聲吶探測技術(shù)的應(yīng)用效果。