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        海底探測中多波束測深與測掃聲吶的比較

        測繪那些事 2021-08-05 06:21:05


        側掃聲納是目前常用的海底目標(如沉船、水雷、管線等)探測工具,在測深領域,多波束以全覆蓋和高效率證明了它的優越性。由于多波束具有很高的分辨率,目前在工程上已經開始應用多波束進行海底目標物的探測。

        多波束的最大優點在于定位精度高,但其適用范圍不如側掃聲納廣泛,尤其受到水深和波束角的限制,多波束和側掃聲納在探測海底目標時具有很好的互補性,同時應用可以提高目標解譯的準確性。側掃聲納能直觀地提供海底形態的聲成像,但這種聲像只能由目標影子長度等參數估計目標的高度,所以對數據解譯人員的要求很高。多波束測深系統主要用于進行水下地形測量。

        ⒈ 探測目標機制的差異

        ? ? ? ?多波束是一種測深工具而并非成像系統,無法直接在記錄紙上進行打印,必須先構建數字地形模型(DTM),再根據DTM構建地貌影像圖,從而能夠反映細微的地形起伏所導致的坡度和坡向變化;此外,多波束的中央波束探測效好,邊緣波束效果差;多波束采用三維可視化的方法進行目標判斷,在3D GIS系統中可以直接提取目標物的平面位置和高度,還能夠從不同的角度進行觀察,便于掌握目標物的形狀特征。但是,除非我們在進行測深的同時采集反向散射強度信息,否則我們無法得到與目標物的底質類型相關的信息,因此,多波束比較適合于沉船或者管線等容易根據形狀進行判斷的目標。

          現在的側掃聲納技術有兩個缺點,首先它的橫向分辨率取決于聲納陣的水平角寬,分辨率隨距離的增加而線性增大,其次它給不出海底的準確深度。當前只有兩種聲納可做海底三維成像,即等深線成像和反向散射聲成像,前一種是多波束測深聲納,后一種是測深側掃聲納??傮w說來,前者適宜于安裝在船上做大面積測量,后者適宜于安裝在各類水下載體上,包括拖體、水下機器人(AUV)、遙控潛水器(ROV)和載人潛水器(HUV),進行細致的測量。

        2.?設備安裝的差異


        ? ? ???側掃聲納通常安裝在拖體上,其到海底面的距離是可以調節的,而多波束換能器大多數固定安裝在船體上,隨著水深的增大,換能器至海底的距離增加,導致波束與海底面的接觸面即腳印變大,所以多波束垂直于航行方向的分辨率降低。此外,水深增大也導致換能器單位時間內能夠接收到的有效聲信號數目(即采樣更新率)減少,因此沿著航行方向的分辨率同樣降低。


        ⒊ 系統設計的差異


        ? ? ? 側掃聲納不存在波束角的問題,而多波束受波束角限制,每個聲波波束與海底面的接觸面被視為一個水深點,因此波束角的影響與水深是正相關的。在同樣的海況條件下,多波束數據的信噪比常常比側掃聲納圖像要高,這是因為多波束的旁瓣波束被有效壓制,因而沒有假回波。

        ? ? ? 多波束的定位精度比側掃聲納要高2~5m。這是因為,一方面多波束的平面位置誤差傳遞方程比側掃聲納系統要簡單;另一方面多波束系統中的電羅經和船資測量傳感器具有很高的精度,可以精確地測定船體的姿態和船首向;此外,多波束系統的校正比超短基線要容易,各種系統誤差的消除也更為徹底。因此,對于多波束靠近中央波束所探測到的海底目標,可以認為其定位精度近似地等于GPS本身所能提供的精度。

        ? ? ? 多波束的優點在于定位精度高、噪聲少、能夠進行三維可視化分析,但其適用范圍不如側掃聲納廣泛;側掃聲納的優點在于拖體距海底面的高度容易調節、具有很高的分辨率、能夠區分目標物的底質特征,缺點是定位精度稍差并且容易受工作環境的影響產生噪聲。




        海卓同創
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