海洋側掃聲吶探測技術的現狀及發展

何勇光

（大連黃渤海海洋測繪數據信息有限公司，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，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中，主要由發射機、接受陣、發射陣、接收機以及信號處理器5 個子系統構成。在側掃聲吶系統的運行過程中，利用信號處理器，將脈沖驅動信號發送出來，利用其使驅動發射機可以產生比較大功率的發射脈沖信號，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。設備根據已經設定好的時間完成接受、發射等操作，并將每次接收的數據直接顯示出來，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據進行處理，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展現狀

2.1 海洋側掃聲吶技術的國外發展現狀

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展，并也已經出現很多將數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新性的發展。

比如，美國Klein 公司新研發出來的Klein5000V2 系列深海多波段束側掃聲吶系統[2]，其主要使用了數字動態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、成熟性強的商業側掃聲納系統產品[3]。

2.2 海洋側掃聲吶技術的國內發展現狀

相比于發達國家，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的相關研究，并在1972年研發出了第一款由我國制造的舷掛式側掃聲吶系統。在后續幾年，我國又相繼研發了拖曳式的側掃聲吶系統，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與發達國家不相上下，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展趨勢

3.1 選擇最優的海洋側掃聲吶系統的頻率

對于海洋側掃聲吶系統的工作頻率來說，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的海洋側掃聲吶系統頻率，這也是海洋側掃聲吶系統進一步發展所需要迫切解決與優化的主要問題之一。

3.2 海洋側掃聲吶系統存在的散射情況

海洋側掃聲吶系統在實際探測過程中，在聲吶系統將聲脈沖發出后，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無規律性的散射情況，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揮的性能，則必須對散射情況的發生進行解決。

3.3 環境噪聲方面的問題

對于海洋環境來說，其內部環境非常復雜，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展現狀，展望了海洋側掃聲吶探測技術的未來發展趨勢，希望能夠進一步提高海洋側掃聲吶探測技術的應用效果。