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侧扫声呐:海洋测绘主要设备之一

时间:2023-06-16 理论教育 版权反馈
【摘要】:侧扫声呐是海洋测绘的主要设备之一,经过几十年的高速发展,传统的侧扫声呐如今已经进入成熟阶段,近几年来并无重大技术进展,其进步主要是体现在各部件技术工艺的逐渐成熟和观测设备的精度等细节之上。目前主流商用侧扫声呐的生产厂家主要有美国的EdgeTech公司和美国的L3公司,另外还有一些其他公司也有相对成熟的侧扫声呐产品,但市面占有较大份额的主要是前面两家,这两家的主要侧扫声呐设备技术指标见表4-1。

侧扫声呐:海洋测绘主要设备之一

1.传统侧扫声呐

1960年世界首台侧扫声呐系统于英国海洋科学研究所问世,用于海底底质调查。20世纪60年代中期,侧扫声呐技术得到改进,提高了分辨率等性能,并开始使用拖曳体装载换能器阵。70年代,出现了适用于不同用途的侧扫声呐,并首次实现系统的数字化。美国Benthos公司生产的SIS-1500、SIS-3000系列是工业界第一部全数字调频(Chirp)侧扫声呐,它能够数字合成和发射线性调频脉冲,分辨率与带宽成正比。美国的Klein Associates公司生产的Series5000系列多波束声呐系统号称是世界上综合性能最高的侧扫声呐系统,其工作频率是455kHz,具有高速拖曳和高分辨两大特点。EdgeTech公司生产的全谱调频侧扫声呐是一种校准的宽带数字调频声呐,能提供定量的、高分辨率、低噪声的侧扫图像结果。它可以发射两个不同中心频率的线性调频脉冲(75/410kHz、120/410kHz)。现代侧扫声呐广泛用于海洋地形调查和探测海底礁石、沉船、管道、电缆以及各种水下目标等。研制更加先进的侧扫声呐设备,使其作用距离更远、探测结果更加可靠,是各国军方的一个重要任务,也是推动侧扫声呐技术向前发展的重要动力。侧扫声呐是海洋测绘的主要设备之一,经过几十年的高速发展,传统的侧扫声呐如今已经进入成熟阶段,近几年来并无重大技术进展,其进步主要是体现在各部件技术工艺的逐渐成熟和观测设备的精度等细节之上。目前主流商用侧扫声呐的生产厂家主要有美国的EdgeTech公司和美国的L3公司,另外还有一些其他公司也有相对成熟的侧扫声呐产品,但市面占有较大份额的主要是前面两家,这两家的主要侧扫声呐设备技术指标见表4-1。

4-1 EdgeTech公司和L3公司的侧扫声呐设备技术指标

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(续)

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2.合成孔径声呐

国际上已出现了多种不同型号的SAS系统样机,如5个欧洲国家参与研制的SAMISAS、Raython公司的DARPASAS、法国汤姆逊公司的IMBAT3000SAS、法国IXSEA公司的SHADOWSAS和新西兰Canterbury大学的KiwiSAS。在此基础上,美国和欧洲国家推出了一系列商用合成孔径声呐产品,美国、法国、挪威和瑞典海军也陆续开始装备合成孔径声呐作为反水雷装备,典型产品包括瑞典FOI研制的SAS、挪威FFI研制的SAS、法国IXSEASAS、意大利NATONURCSAS、美国CSSSAS等。但从公开的文献调研看,国外尚没有推出双频合成孔径声呐设备。

而我国一些声学研究机构,如中国科学院声学研究所、海军工程大学等,在国家科研项目的支持下,于20世纪90年代也开始启动对SAS的研究,经过10多年的发展,理论和技术取得了很大进展,先后研制了高频系统、低频系统样机,并在近年进行双频合成孔径声呐研制,在高频和低频合成孔径成像技术集成的过程中解决了重量、体积、功耗、双频同步工作、可靠性和稳定性等一系列关键问题,完成了双侧双频系统,并进行了多次湖上和海上试验,取得了清晰的水底成像结果。而目前国内苏州桑泰海洋仪器研发有限责任公司先后生产了高频合成孔径声呐(110kHz)、低频合成孔径声呐(12kHz)、中频合成孔径声呐(20kHz)以及高低双频合成孔径声呐,并且已经交付多个部门使用,其中低频合成孔径声呐成像技术的研究处于前沿技术。

以下主要列出两款比较有代表意义的产品:法国IXSEA公司SHADOWS合成孔径声呐,是国内进口的第一套合成孔径声呐;而苏州桑泰海洋仪器研发有限责任公司SHARKSASDF双频合成孔径声呐,是国内自主研发的第一套双频合成孔径声呐。

(1)法国IXSEA公司SHADOWS合成孔径声呐(见图4-18)

1)物理指标:

拖体尺寸:220cm×120cm×75cmLWH

重量:空气中重450kg/水中零浮力

操作最大水深:300m

最大水深:400m

功率:600W(220V50/60Hz)

2)系统性能:

换能器的物理长度:2m

侧扫声呐频率:100kHz

前置声呐频率:300kHz

发射通道:每侧3个(www.xing528.com)

接收通道:每侧24个

测量范围(单侧):300m/拖鱼5节 150m/拖鱼10节

分辨率:恒定15cm,后处理后可达5cm

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图4-18 法国IXSEA公司生产的SHADOWS合成孔径声呐

(2)苏州桑泰海洋仪器研发有限责任公司SHARKSASDF双频合成孔径声呐(见图4-19)

1)物理指标:

拖体尺寸:430cm×50cmLD

重量:空气中重700kg

最大水深:300m(可定制)

功率:1500W(220V50/60Hz)

2)系统性能:

高频频率:110kHz

低频频率:12kHz

测量范围(单侧):300m@3kn、250m@4kn、150m@6kn

高频方位向分辨率:0.1m

低频方位向分辨率:0.2m

高频距离向分辨率:0.08m

低频距离向分辨率:0.1m

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图4-19 苏州桑泰海洋仪器研发有限责任公司生产的SHARK SAS DF双频合成孔径声呐

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