侧扫声呐技术及其在海洋测绘中的应用探讨

科技资讯2017 NO.19SCIENCE & TECHNOLOGY INFORMATION工 程 技 术88科技资讯 SCIENCE & TECHNOLOGY INFORMATION1 研究背景地球表面近70%的面积被海洋所覆盖,因此海洋的战略地位和蕴含的潜在经济价值正越来越受到人们的重视。

相对于陆地而言,海底可能蕴藏着更加丰富的资源,为了合理地开发这些资源,就需要对海底的地形地貌有一个全面的了解,这是建设海洋工程、开发海洋资源、发展海洋科学研究、维护海洋权益等各种海洋活动的基础,但如何去了解海底地形地貌呢？众所周知,在陆地上可以利用卫星遥感,红外遥感等方法来获得地表的地形地貌,但在海洋中这些方法却行不通,因为电磁波在水中衰减太快,几乎传播不到海底就衰减完了,所以无法用电磁波来探测海底的地形地貌。

声波和电磁波虽然都是波,存在很多类似的地方,但海水对它们的吸收系数却很不一样,声波在海水中衰减较小,可以在海水中传播得较远,所以理论上可以用声波来探测海底的地形地貌。

基于声波这样一种优良的性质,人们利用声学原理,并结合信号处理技术和图像处理技术,研制出侧扫声纳来探测海底的地貌,形成能反映海底地貌的侧扫声图。

后来又有人提出多波束测深声纳,用来测量海底的深度,从而获得海底地形。

相对于传统的单波束测深声纳而言,多波束测深声纳不仅大大提高了测深效率,并且能得到直观的海底三维地形图。

侧扫声纳的优点:(1)横向分辨较高,能得到高分辨率的二维海底地貌图;(2)可以根据海底回波强度信息定性分析海底介质的组成;(3)价格便宜,安装简单。

缺点:不能得到直观的三维地形图,不能精确地测出海底深度。

在测深侧扫技术方面,国内从事测深侧扫声纳研制的单位更是少之又少,仅有声学所从20世纪80年代开始开展测深侧扫声纳相关理论研究,形成了一套包括模型、信号处理技术、声纳阵设计、误差分析与精度评估在内的较完整的高分辨率测深侧扫声纳的理论体系,用于指导声纳设计。

先进探测技术在海洋监测中的应用海洋，这个占据了地球表面约 71%的广阔领域，对于人类的生存和发展具有极其重要的意义。

它不仅是全球气候的调节器，还蕴藏着丰富的资源和多样的生态系统。

为了更好地了解海洋、保护海洋和利用海洋，先进的探测技术在海洋监测中发挥着至关重要的作用。

声学探测技术是海洋监测中的一项重要手段。

声纳系统就像是海洋中的“耳朵”，通过发射和接收声波来探测海洋中的物体和现象。

多波束测深声纳可以精确地测量海洋的深度和地形，为航海安全、海洋工程建设以及海底地质研究提供了关键的数据。

侧扫声纳则能够绘制出海底的地貌图像，帮助我们发现海底的沉船、礁石和其他障碍物。

此外，声学多普勒流速剖面仪（ADCP）可以测量海水的流速和流向，对于海洋环流、海洋能开发以及海洋生态系统的研究具有重要意义。

光学探测技术在海洋监测中也有着广泛的应用。

海洋光学浮标可以实时监测海水中的光学参数，如叶绿素浓度、悬浮颗粒物浓度和透明度等。

这些参数反映了海洋生态系统的健康状况和生产力。

激光雷达技术则能够探测海面上的风场、浪高和海气界面的物质交换，对于海洋气象预报和海洋与大气相互作用的研究具有重要价值。

此外，水下光学摄像机可以拍摄海洋生物的活动和海底的景观，为海洋生物学和海洋考古学提供了直观的资料。

海洋遥感技术是从太空对海洋进行大范围、长时间监测的有力手段。

卫星搭载的各种传感器，如微波雷达、可见光和红外传感器等，可以获取海洋表面温度、海面高度、海冰分布、海洋叶绿素浓度等信息。

通过对这些数据的分析，我们可以了解全球海洋的变化趋势，预测海洋灾害，如台风、风暴潮等。

同时，海洋遥感技术还能够监测海洋污染的范围和程度，为海洋环境保护提供依据。

海洋地质探测技术对于研究海底的地质结构和矿产资源至关重要。

地震勘探技术通过激发地震波并接收其反射和折射信号，来揭示海底地层的结构和分布。

重力和磁力测量技术可以探测海底的岩石密度和磁性特征，从而推断地下的地质构造和矿产资源的赋存情况。

声呐技术在海洋探测和导航中的进展与前沿问题声呐技术在海洋探测和导航领域中一直扮演着至关重要的角色。

声呐作为一种利用声波进行导航和测距的技术，已经被广泛应用于海洋领域，包括海底地质勘探、海洋生物学研究、海洋资源开发以及海洋安全等方面。

本文将对声呐技术在海洋探测和导航中的进展和前沿问题进行分析和探讨。

声呐技术的应用范围非常广泛，其中之一是在海洋地质勘探领域。

声呐能够通过探测海底的反射声波来获取地质信息，从而帮助科学家研究海岸线变化、地壳构造和海底地貌等。

声呐技术的高分辨率和精确测距能力使得海洋地质学家能够更好地了解海洋环境中的地质特征，为油气勘探、海底隧道建设以及地震预警等提供了重要支持。

此外，声呐技术也被广泛应用于海洋生物学研究中。

通过声呐，科学家可以探测到海洋中的各种生物活动，如鱼群迁徙、海豚聚集等。

声呐技术可以提供水下生物的精确位置和数量，使得研究者能够更好地了解海洋生物的行为模式、种群密度以及生态系统的健康状况。

这对于保护海洋生物资源和生物多样性的研究具有重要意义。

声呐技术在海洋资源开发中也发挥着重要作用。

例如，在油气勘探领域，声呐可以用于探测沉积物的类型和分布，帮助勘探人员确定潜在的油气储层。

此外，声呐还可以用于定位海底管道和海上风电设施，确保其准确布设和安全运行。

声呐技术的应用不仅提高了资源开发的效率，也减少了对环境的影响和风险。

在海洋安全方面，声呐技术发挥着重要的作用。

声呐可以用于水下导航和目标探测，例如定位潜艇、水雷和矿山等。

声呐技术还可以用于测量海洋中的海流和海洋波浪等环境参数，为海洋预报和海上交通的安全保障提供重要数据支持。

然而，虽然声呐技术在海洋探测和导航中已经取得了显著进展，但仍然存在一些前沿问题需要解决。

其中之一是对海洋生物的影响。

由于声波对生物具有一定的干扰作用，声呐技术可能会对海洋生态系统产生一定的不良影响。

因此，我们需要更加关注声呐技术对海洋生物的影响，并采取相应的措施来减少不良影响。

侧扫声呐的工作范围
侧扫声呐是一种用于海洋探测和测绘的设备，它的工作范围可以从多个角度来解释。

首先，从技术角度来看，侧扫声呐的工作范围取决于其发射功率、接收灵敏度和传感器的性能。

一般来说，侧扫声呐可以在水下探测几百米到数千米的范围内进行测绘，具体的工作范围取决于设备的规格和型号。

其次，从应用角度来看，侧扫声呐通常用于海洋地质勘探、海底地形测绘、水下遗迹发现等领域。

在海洋地质勘探中，侧扫声呐可以扫描大范围的海底地形，帮助科研人员理解海底地质特征；在水下考古领域，侧扫声呐可以帮助寻找沉船、水下遗迹等目标，因此其工作范围也涵盖了水下文物的探测和保护。

此外，从环境角度来看，侧扫声呐的工作范围还受到海洋环境的影响。

例如，海水的盐度、温度、悬浮物含量等因素都会对声波在水中的传播产生影响，从而影响侧扫声呐的工作范围。

综上所述，侧扫声呐的工作范围是一个综合性的概念，包括了
技术性能、应用领域和海洋环境等多个方面的因素。

通过综合考虑这些因素，可以更全面地理解侧扫声呐的工作范围。

海洋测绘中的声纳技术应用近年来，海洋测绘成为了人们关注和研究的热点之一。

而在海洋测绘领域中，声纳技术是一种广泛应用的重要技术手段，能够帮助人们了解和探索海洋深处的奥秘。

本文将探讨海洋测绘中的声纳技术应用，从测量水深到探测海底地貌和生物分布，再到研究海洋环境变化等方面进行讨论。

首先，声纳技术在海洋测绘中的最重要的应用之一是测量水深。

传统的水深测量方法是通过使用测深仪或雷达测深仪，但这些方法在测量效率和精度上存在一定的局限性。

而声纳技术则可以通过测量声波传播的时间来计算水深，不仅准确度高，而且测量速度快。

这一技术的应用使得整个海域的水深数据能够更加精确地被获取和记录，为海洋科学家和工程师提供了重要的参考。

其次，声纳技术还能够用于探测海底地貌。

海底地貌的探测对于海洋开发和资源勘探具有重要的意义。

使用声纳技术，可以通过测量声波的反射和散射来描绘海底的形态、地质构造等信息。

这些数据能够帮助科学家们更好地理解海底地貌的形成机制，并为深海石油、天然气开发等提供重要依据。

此外，声纳技术在海洋测绘中还能够应用于探测海洋生物分布。

海洋生物具有复杂而独特的分布规律，而声纳可以通过测量声波在水中的传播来捕捉到生物体的存在。

科学家们可以利用声纳技术探测到鱼群、海豚等生物的分布范围和数量，从而进行海洋生态系统的研究和保护。

此外，还可以通过声纳技术追踪极地地区的海豹、海象等动物的分布和迁徙情况，为相关保护工作提供有力支持。

最后，声纳技术的应用还延伸到了海洋环境变化的研究中。

随着全球气候变暖和海洋污染的日益严重，海洋生态系统和环境也发生了一系列的变化。

利用声纳技术，可以监测海洋中的水温、盐度等参数变化，并通过这些数据推测海水的流动速度和方向。

这些研究可以为海洋环境保护和气候变化研究提供宝贵资料，有助于人们更好地了解和应对海洋环境变化的挑战。

综上所述，声纳技术在海洋测绘中有着广泛的应用。

无论是测量水深、探测海底地貌、研究海洋生物分布还是探究海洋环境变化，声纳技术都发挥着重要作用。

浅析侧扫声呐技术在海洋测绘中的应用摘要：侧扫声呐是利用回声测深原理探测海底地貌和水下物体的设备，目前广泛应用于海洋地形调查以及探测海底礁石、沉船、管道、电缆以及各种水下目标等。

侧扫声呐具有高分辨率、高效率、低成本等优点，可以提供连续的二维海底图像，对于揭示海底地形地貌的细节和特征有重要作用。

本文旨在介绍侧扫声呐的检测原理、国内外现状、在海洋测绘中的应用以及发展趋势，为后续进行海洋侧扫声呐探测技术的研究打下基础。

关键词：侧扫声呐技术，海洋测绘，海底地形地貌探测1侧扫声呐检测原理侧扫声呐技术利用海底地物对入射声波反向散射的原理来探测海底信息，它能直观地提供海底地形地貌的声成像。

其工作原理主要包括以下几个过程：（1）声波的发射：侧扫声呐由拖鱼和船载仪器组成，拖鱼内装有发射换能器和接收换能器阵列，通过电缆与船载仪器相连。

发射换能器向左右两侧发射扇型波束，覆盖一定范围的水体和海底。

（2）声波的接收：接收换能器阵列按一定时间间隔接收水体和海底反射回来的声波信号，并将其转换为电信号传输到船载仪器。

（3）声波的处理：船载仪器对接收到的电信号进行放大、滤波、增益补偿、信噪比提高等处理，以提高信号的质量和可识别性。

（4）声波的显示：船载仪器将处理后的信号按照一定的灰度或颜色编码显示在屏幕上，形成侧扫声呐图像。

声呐图像上的每一行代表一次发射和接收的结果，每一列代表一定距离范围内的回波强度，从而反映海底地形地貌的变化。

2侧扫声呐在海洋测绘中的应用侧扫声呐由于成像分辨率高、对目标区域海底实现全覆盖扫侧，据此对海底地形地貌等进行定性分析，被广泛应用于目标探测，沉船及失事飞机等海底残骸的搜索，海底表层沉积物属性的确定以及海底地震、火山、地层的监测、水下实体结构查勘等。

下面具体介绍一下侧扫声呐在海洋测绘中的应用。

2.1海底地形地貌测量侧扫声呐可以提供连续的二维海底图像，对于揭示海底地形地貌的细节和特征有重要作用。

通过对声呐图像的解译和分析，可以识别出海底的不同类型和形态，如沙纹、基岩、岩石、锚沟等。

技术交流▏海洋侧扫声呐探测技术的发展及应用一、发展概述侧扫声呐利用水底后向散射回波来探测海底礁石、沉船、管道、电缆以及各种水下目标，是海洋探测的重要工具之一,应用极其广泛。

对于海洋水下救捞、海洋地质地貌测量、海洋大陆架专属经济区划分、海洋工程、海洋开发以及港口航道疏浚、河港、大坝维护探查乃至渔业研究等都是非常有效的探测工具。

侧扫声呐还可用于探查海底的沉船、水雷、导弹和潜艇活动等,因而更有其重要的军事意义。

1960年英国海洋科学研究所研制出第一台侧扫声呐并用于海底地质调查，60年代中期侧扫声呐技术得到改进，提高了分辨率和图像质量等探测性能，开始使用拖曳体装载换能器阵，拖曳体距海底的高度约数十米。

70年代研制出适应不同用途的侧扫声呐，轻便型系统总重量仅14公斤。

近年来，计算机处理技术的快速发展和应用有效地推进了侧扫声呐探测技术的发展，出现了一系列以数字化处理技术为基础设计的数字化侧扫声呐设备，进而使侧扫声呐技术步入了全新发展阶段，符合特定探测深度和精度的侧扫系统不断研发面世。

传统的单频模式逐渐被具备高、低两个频段的双频模式取代，以适应不同的应用环境，特别是对地质调查以及掩埋目标的探测。

信号形式也逐渐从简单的单频脉冲演变为chirp信号，以获得更好的分辨力。

此外，诸如多波束侧扫、多脉冲技术也不断地被应用于侧扫声呐系统中，以实现高速拖曳全覆盖的同时获得高分辨率的地貌图像信息。

美国Klein公司近年研发的Klein5000 V2系列以及EdgeTech公司研发的4200系列深海多波束侧扫声呐系统，代表了目前国外商业侧扫声呐发展的前沿。

其他诸如DeepVision、Konsberg、ATLAS以及Teledyne 等公司也都有自己的成熟商业侧扫声呐系列产品。

图1 Klein5000 V2（左）、Edgetech 4200MP侧扫声呐及其成图结果（右）二、工作原理以双侧、单频带侧扫声呐系统为例，其工作原理示意图如图2所示。

多波束和侧扫声纳系统在海底目标探测中的应用摘要：随着我国海洋资源的日益开发，海底目标的探测变得尤为重要。

本文介绍了多波束和侧扫声纳系统在海底目标探测中的应用，主要包括测量原理、系统组成和关键技术。

以南海某海域为例，采用多波束系统探测了海底目标的几何形态、面积、体积、深度等信息，并用侧扫声纳系统获取了目标的声学图像，对两种方式获取的数据进行了比较分析，探讨了多波束和侧扫声纳系统在海底目标探测中的优缺点。

结果表明：侧扫声纳系统更适合于海底目标探测，但侧扫声纳系统在浅海环境下的探测深度和分辨率远不及多波束系统；多波束声呐系统可以对海底目标进行三维立体成像，但存在一定的测量盲区。

关键词：多波束；侧扫声纳；数据处理；海底目标引言：多波束和侧扫声纳系统作为目前最常用的声呐设备，具有探测精度高、工作效率高、探测范围广、可多方位同时探测等优点，已广泛应用于海洋调查、海洋测绘、海洋环境监测等领域。

根据测量目的不同，多波束系统主要分为全波束声呐和侧扫声呐两类。

侧扫声呐系统工作时由侧扫声纳探头从海底发射声波，到达海底后通过换能器接收声波信号，并通过图像处理方法得到海底目标的三维成像信息。

全波束声呐系统则可以同时探测多个目标。

一、海底目标探测方法在水下目标探测中，通常使用换能器、多波束和侧扫声纳等设备，其中多波束声纳可同时探测多个目标，它通过发射和接收多个波束信号进行数据采集，并对目标进行三维成像。

侧扫声纳是利用海底的回波信号进行目标探测，它能实现对海底地形地貌的高分辨率和高精度探测。

在实际工程中，根据海底目标的特点，通常会采用多种方法综合应用于海底目标探测。

先用侧扫声纳对海底区域进行扫描测量，然后利用多波束声纳系统获取多个波束的三维数据。

数据处理后得到的数据文件包括原始数据文件、高精度航迹文件、坐标系文件和测深图像文件等。

在实际工程中，通常利用多波束系统获取某一区域的多个波束数据点，然后通过计算机软件处理得到海底地形地貌和海底目标的三维图像。

声纳测距技术在海洋测量中的应用研究声纳测距技术是一种利用声波在介质中传播速度来确定距离的测量方法。

在海洋测量中，声纳测距技术广泛应用于海底地形测量、海洋生物资源勘测、海底脉冲回响测距等方面。

本文将着重介绍声纳测距技术在海洋测量中的应用研究。

首先，声纳测距技术在海底地形测量方面发挥了重要的作用。

利用声纳测距技术，可以对海底地形进行高精度的测量和绘制。

海底地形的测量对于海洋工程、水下导航和资源勘测具有重要意义。

声纳测距技术通过发送声波信号到水下，然后接收信号的回波。

通过计算声波信号从发送到回波的时间，可以确定声波在水中的传播速度，从而推算出水下目标的距离和位置。

其次，声纳测距技术在海洋生物资源勘测中也具有重要的应用价值。

海洋生物资源的勘测对于保护海洋生态环境、合理开发利用海洋资源具有重要意义。

声纳测距技术可以用于检测和定位海洋生物动态、测量生物体积以及判断生物群落的分布情况。

通过测量声波的散射、反射和回响特征，可以对海洋中的鱼类、甲壳类、水母等生物进行精准的定位和监测。

此外，声纳测距技术还可应用于海洋环境监测和海洋建筑工程中。

海洋环境监测是指对海洋环境参数（如水温、盐度、溶氧量等）进行实时监测和分析。

声纳测距技术通过测量声波传播的速度和方向，可以获取海水的温度、盐度分布情况，帮助科研人员对海洋环境进行深入研究和分析。

在海洋建筑工程中，声纳测距技术可用于测量海底的地形、土质、流速等参数，为海洋工程的设计和施工提供可靠的数据支持。

最后，需要指出的是，声纳测距技术在海洋测量中的应用研究仍然存在一些挑战。

例如，海洋中存在复杂的声传播环境，如多路径效应、声束散射等，这些都会对测量结果产生影响。

此外，声纳测距技术对水质的要求较高，需要考虑水下噪音、杂散信号等影响因素。

为了克服这些挑战，需要进一步研究声纳测距技术的信号处理算法、声波传播模型等方面的问题。

综上所述，声纳测距技术在海洋测量中具有广泛的应用前景。

通过声纳测距技术，可以实现对海底地形、海洋生物资源、海洋环境和海洋工程等方面的高精度测量和分析。