海洋侧扫声呐探测技术的现状及发展

2020-03-27何勇光

工程建设与设计 2020年4期

关键词：声呐换能器脉冲

何勇光

（大连黄渤海海洋测绘数据信息有限公司，辽宁大连116023）

1 海洋侧扫声呐探测技术的相关概述

1.1 海洋侧扫声呐的基本结构

侧扫声呐属于主动型声呐，主要通过海底具有的反向散射信息获取海底的基本情况，将这些信息作为主要依据，构建更加完整、完善的海底地形地貌图像信息，这也是进行海底成像的前提条件，具体的海洋侧扫声纳结构图如图1 所示。

图1 海洋侧扫声呐结构图

在整个侧扫声呐系统中，主要由发射机、接受阵、发射阵、接收机以及信号处理器5 个子系统构成。在侧扫声呐系统的运行过程中，利用信号处理器，将脉冲驱动信号发送出来，利用其使驱动发射机可以产生比较大功率的发射脉冲信号，进行信号接收时，利用接受阵的天线装置接收回波信号，在利用接收机对其进行预处理，增强回声信号，最后将其运送到计算处理单元中[1]，得到完整的图像信息。

1.2 海洋侧扫声呐的成像原理

在海洋侧扫声呐系统中含有的2 个换能器都具有明显的扇形指向性，在换能器将声脉冲发射出来后，就可以在换能器的左右方向照射出一窄梯形的海底，具体如图2 所示。

在声脉冲完成发射后，声波就能够通过球面波的形式向远方进行传递，在与海底触碰后，就会形成散射波或反射波，而后按照原先的路线直接返回到换能器中，距离越近，回波到达换能器的速度也就越快。设备根据已经设定好的时间完成接受、发射等操作，并将每次接收的数据直接显示出来，能够获取二维海底地形地貌的图像，最后再利用计算机技术对数据进行处理，就可以准确地判断与识别海洋的地形、地貌信息。

图2 海洋侧扫声呐的成像原理

2 海洋侧扫声呐国内外的发展现状

2.1 海洋侧扫声呐技术的国外发展现状

目前，随着科学技术水平的提升，也推动了海洋侧扫声呐技术的发展，并也已经出现很多将数字化技术作为基础的新型侧扫声呐设备，这样一来也就使海洋侧扫声呐探测技术得到了创新性的发展。

比如，美国Klein 公司新研发出来的Klein5000V2 系列深海多波段束侧扫声呐系统[2]，其主要使用了数字动态聚焦科技以及波束控制技术，可以在同一时间内形成多个彼此相邻的平衡波束，这样一来就能够获取更加高分辨率的地形地貌图像信息。与此同时，DeepV ision、Konsberg、ATLAS 以及Teledyne 等公司也都拥有属于自己的、成熟性强的商业侧扫声纳系统产品[3]。

2.2 海洋侧扫声呐技术的国内发展现状

相比于发达国家，我国的相关海洋侧扫声呐技术的研究起步时间比较晚，而且很多相关的技术也比较落后。在1970年，我国才开始进行海洋侧扫声呐系统的相关研究，并在1972年研发出了第一款由我国制造的舷挂式侧扫声呐系统。在后续几年，我国又相继研发了拖曳式的侧扫声呐系统，并得到了广泛的应用。直到2000 年，我国的海洋侧扫声呐探测技术已经与发达国家不相上下，而且有一些专家所提出的相关技术也得到了世界范围的认可。

3 海洋侧扫声呐探测技术的未来发展趋势

3.1 选择最优的海洋侧扫声呐系统的频率

对于海洋侧扫声呐系统的工作频率来说，其会直接对整个声呐扫描的宽度和实际分辨率造成影响。换而言之，就是频率越高，具有的分辨率也就越高，但是在增加频率后，就会在一定程度上降低扫描范围，从而对海洋侧扫声呐系统扫描分辨率的提高以及最后的成像效果造成严重的影响，所以，在实际的工作中，应该设置科学的算法，或者其他有效的机制来选择最优的海洋侧扫声呐系统频率，这也是海洋侧扫声呐系统进一步发展所需要迫切解决与优化的主要问题之一。

3.2 海洋侧扫声呐系统存在的散射情况

海洋侧扫声呐系统在实际探测过程中，在声呐系统将声脉冲发出后，其会按照不同的方向进行下一步传递，在进行传播的过程中，很有可能受到多种因素的干扰，比如，水中生物、海水表面存在的气泡、海底比较粗糙等，因受到这些因素影响，非常容易导致声脉冲沿着不同方向出现无规律性的散射情况，这样一来很容易造成声脉冲的能量损耗，并对海洋侧扫声呐系统的探测距离与探测范围造成影响。为了能够进一步提高海洋侧扫声呐探测技术在探测过程中发挥的性能，则必须对散射情况的发生进行解决。

3.3 环境噪声方面的问题

对于海洋环境来说，其内部环境非常复杂，无论在什么情况下都会产生比较大的噪声，而所产生的噪声，会对海洋侧扫声呐系统的正常运行带来严重的噪声污染，对海洋侧扫声呐的工作性能产生影响，噪源具有无规律、不可预见等特征，其也有所差异，很难针对性的消除噪声，所以，为提高海洋侧扫声呐系统成像的质量与效果，必须提高对噪声问题的关注，采用更加高效的方法解决噪声污染，进一步提高海洋侧扫声呐探测工作的效率与质量。