海洋側掃聲吶探測技術的現(xiàn)狀及發(fā)展

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 海洋側掃聲吶探測技術的相關概述

1.1 海洋側掃聲吶的基本結構

側掃聲吶屬于主動型聲吶，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)，構建更加完整、完善的海底地形地貌圖像信息，這也是進行海底成像的前提條件，具體的海洋側掃聲納結構圖如圖1 所示。

圖1 海洋側掃聲吶結構圖

在整個側掃聲吶系統(tǒng)中，主要由發(fā)射機、接受陣、發(fā)射陣、接收機以及信號處理器5 個子系統(tǒng)構成。在側掃聲吶系統(tǒng)的運行過程中，利用信號處理器，將脈沖驅動信號發(fā)送出來，利用其使驅動發(fā)射機可以產生比較大功率的發(fā)射脈沖信號，進行信號接收時，利用接受陣的天線裝置接收回波信號，在利用接收機對其進行預處理，增強回聲信號，最后將其運送到計算處理單元中[1]，得到完整的圖像信息。

1.2 海洋側掃聲吶的成像原理

在海洋側掃聲吶系統(tǒng)中含有的2 個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方進行傳遞，在與海底觸碰后，就會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，回波到達換能器的速度也就越快。設備根據(jù)已經(jīng)設定好的時間完成接受、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，最后再利用計算機技術對數(shù)據(jù)進行處理，就可以準確地判斷與識別海洋的地形、地貌信息。

圖2 海洋側掃聲吶的成像原理

2 海洋側掃聲吶國內外的發(fā)展現(xiàn)狀

2.1 海洋側掃聲吶技術的國外發(fā)展現(xiàn)狀

目前，隨著科學技術水平的提升，也推動了海洋側掃聲吶技術的發(fā)展，并也已經(jīng)出現(xiàn)很多將數(shù)字化技術作為基礎的新型側掃聲吶設備，這樣一來也就使海洋側掃聲吶探測技術得到了創(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掃聲吶系統(tǒng)[2]，其主要使用了數(shù)字動態(tài)聚焦科技以及波束控制技術，可以在同一時間內形成多個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，DeepV ision、Konsberg、ATLAS 以 及Teledyne 等公司也都擁有屬于自己的、成熟性強的商業(yè)側掃聲納系統(tǒng)產品[3]。

2.2 海洋側掃聲吶技術的國內發(fā)展現(xiàn)狀

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

3 海洋側掃聲吶探測技術的未來發(fā)展趨勢

3.1 選擇最優(yōu)的海洋側掃聲吶系統(tǒng)的頻率

對于海洋側掃聲吶系統(tǒng)的工作頻率來說，其會直接對整個聲吶掃描的寬度和實際分辨率造成影響。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，就會在一定程度上降低掃描范圍，從而對海洋側掃聲吶系統(tǒng)掃描分辨率的提高以及最后的成像效果造成嚴重的影響，所以，在實際的工作中，應該設置科學的算法，或者其他有效的機制來選擇最優(yōu)的海洋側掃聲吶系統(tǒng)頻率，這也是海洋側掃聲吶系統(tǒng)進一步發(fā)展所需要迫切解決與優(yōu)化的主要問題之一。

3.2 海洋側掃聲吶系統(tǒng)存在的散射情況

海洋側掃聲吶系統(tǒng)在實際探測過程中，在聲吶系統(tǒng)將聲脈沖發(fā)出后，其會按照不同的方向進行下一步傳遞，在進行傳播的過程中，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，并對海洋側掃聲吶系統(tǒng)的探測距離與探測范圍造成影響。為了能夠進一步提高海洋側掃聲吶探測技術在探測過程中發(fā)揮的性能，則必須對散射情況的發(fā)生進行解決。

3.3 環(huán)境噪聲方面的問題

對于海洋環(huán)境來說，其內部環(huán)境非常復雜，無論在什么情況下都會產生比較大的噪聲，而所產生的噪聲，會對海洋側掃聲吶系統(tǒng)的正常運行帶來嚴重的噪聲污染，對海洋側掃聲吶的工作性能產生影響，噪源具有無規(guī)律、不可預見等特征，其也有所差異，很難針對性的消除噪聲，所以，為提高海洋側掃聲吶系統(tǒng)成像的質量與效果，必須提高對噪聲問題的關注，采用更加高效的方法解決噪聲污染，進一步提高海洋側掃聲吶探測工作的效率與質量。

4 結語

綜上所述，本文從海洋側掃聲吶探測技術的原理進行分析，總結出國內外海洋側掃聲吶探測技術的發(fā)展現(xiàn)狀，展望了海洋側掃聲吶探測技術的未來發(fā)展趨勢，希望能夠進一步提高海洋側掃聲吶探測技術的應用效果。