接收到的信號通過拖纜傳到甲板上的顯示單元，該系統非常適合尋找水下小型的或者怕碰的目標，可以用於尋找古董、殘骸、航海日誌、溺水人員等目標，也可以用來尋找大型的目標沉船，也套用在法律取證、潛水救援以及軍事單位。
基本介紹
- 中文名：側掃聲納
- 外文名：Side scan sonar
- 側掃聲納：雙通道高解析度的數碼側掃聲納
- 套用：水下搜尋、水下考察等領域
- 特點：隨時觀察海底目標等
- 作用：尋找古董、殘骸、溺水人員等
- 別稱：旁側聲納或海底地貌儀
定義,聲納介紹,系統組成,工作原理,工作流程,聲圖判釋,現狀與發展,水下障礙掃測,
定義
聲納介紹
側掃聲納亦稱“旁側聲納”或“海底地貌儀”。利用回聲測深原理探測海底地貌和水下物體的設備。其換能器陣裝在船殼內或拖曳體中，走航時向側下方發射扇形波束的聲脈衝。波束平面垂直於航行方向，沿航線方向束寬很窄，開角一般小於2°，以保持較高解析度;垂直於航線方向束寬較寬，開角約為20°—60°，以保證一定的掃描寬度。工作時發射出的聲波投射在海底的區域呈長條形，換能器陣接收來的自照射區各點的反向散射信號，經放大、處理和記錄，在記錄紙上顯示出海底的圖像。回波信號較強的目標圖像較黑，聲波照射不到的影區圖像色調很淡，根據影區的長度估算目標的高度。側掃聲納的工作頻率，通常為數十千赫到數百千赫，聲脈衝持續時間小於1毫秒，儀器的作用距離一般為300—600米，拖曳體的工作航速為3—6節，最高可達16節。
系統組成
側掃聲納系統包括兩個子系統，甲板系統、拖魚系統，如圖所示側掃聲納的組成。
甲板系統包括：聲納處理器（聲納工作站）、聲納接收機、記錄器。
聲納處理器包括：計算機、數據採集控制器，擴展輸入和輸出接口板、採集控制卡、智慧型通信接口卡、顯示器、軌道球、鍵盤，光碟驅動器、軟體倉等組成。
聲納接收機包括：GPS接收機，四通道側掃接收機，測高接收機等組成。
拖魚系統包括：電纜絞車、吊桿、滑輪、拖纜（同軸拖纜或光纖拖纜）、拖魚。
拖魚包括：四路側掃發射機，測高發射機，雙頻換能器線陣（左、右各一個換能器線陣）、測高換能器（在拖魚底部測量拖魚至海底的高度）。
側掃聲納的組成
側掃聲納的組成工作原理
1、側掃聲納是水下搜尋、水下考察等一項重要的有力的工具，它能不受水體可見度的影響而快速覆蓋大面積水域“看”到水下情況。每邊旁掃通過向水底發射聲納，反射後被拖魚接收形成聲納影象來發現水下物體。接收到的信號通過拖纜傳到甲板上的顯示單元。
2、顯示單元顯示的是高解析度的海底或湖底或河底或位於底部其他物體的聲納影像。聲納的聲波是通過安裝在兩邊的拖魚發射並接收的。換能器的解析度決定於發射聲波的頻率。
如圖所表示的安裝在拖魚中的左、右兩側換能器線陣具有扇形指向性，在航線的垂直平面為垂直開角θV，在航線的水平面內為水平開角θL。當換能器發射一個聲脈衝時，換能器左、右兩側各照射到一窄梯形海底，如圖梯形ABCD，靠近換能器的梯形AB小於離開遠的梯形邊CD，發射聲波以球面波形式傳播，聲波能及海底後其反射波沿原路線返回到換能器，距離近的回波先到達換能器，距離遠的回波遲後到達換能器，聲回波是時間較長的脈衝串，在設備終端的顯示器或記錄器上形成一條掃描線，換能器隨船前進，換能器按側掃距離所確定地時間間隔進行發射和接收聲脈衝，並將每次聲脈衝形成的掃描線，向前排列組成二維海底地貌聲圖，每條掃描線依據海底底質性質、及海底起伏形態，其灰度強弱變化，使二維聲圖由灰度強弱變化而顯示出海底起伏形態變化，以及海底底質變化。
側掃聲納工作基本原理
側掃聲納工作基本原理工作流程
側掃聲納系統以選擇的頻率和側掃距離使計算機發出一個同步信號，通知各分機開始工作；同步信號同時傳到發射機、接收機和採集控制卡。發射機、接收機和採集控制卡同時開始工作。發射機驅動兩路側掃換能器和一路測高換能器發射聲脈衝，在脈衝間歇時間內，聲波以球面波形式擴散傳播，觸及海底後反射聲波沿原路線返回到換能器，換能器把接收到的聲信號轉換成電信號，通過前置放大器的放大以及驅動以後，通過拖纜經絞車的電滑環，通過甲板電纜送到接收機並經過信號處理之後，接收的信號傳到採集控制卡進行A/O轉換，採集控制卡按照預先選擇設定的側掃距離完成一線數據採集，在此採集過程中GPS信號連續傳入通信接口卡，並存放在存儲器中，採集控制卡採集數據結束時通知計算機，由計算機進行取數，當計算機取得一線數據後，再從通信接收卡的存儲器中取出航向、航速、經緯度等參數，取數完畢後，即發下一個同步信號，這時發射機、接收機等分機進入下一個工作周期。同時計算機處理前一線的側掃數據，並把側掃數據及參數顯示在顯示器上，如果連線記錄器，並處於工作狀態，計算機就向記錄器傳輸側掃數據，形成聲圖的硬拷貝。
按以上所輸過的系統工作流程進行周期循環工作，並在顯示器上和記錄器上形成聲圖反映各種目標圖像。計算機每取完一定數量的側掃聲納數據，就把側掃數據存入光碟，以便保存及回放。
聲圖判釋
1.聲圖圖像可分成四類：目標圖像、海底地貌圖像、水體圖像和干擾圖像。目標圖像包括：沉船、沉雷、礁石、海底管線、魚群，以及水中各種礙航物和構築物的圖像。
海底地貌圖像包括：海底起伏形態圖像、海底底質類型分布圖像。
水體圖像包括：水體散射、溫度躍層，尾流、水面反射等圖像。
干擾圖像包括：拖魚橫向、縱向和首向搖擺的干擾圖像、海底和水體的混響干擾圖像，各種電氣儀器及交流電產生的干擾圖像。聲圖各類圖像的分類典型圖像，可參閱叢鴻文編著的“側掃聲典型聲圖集”。
2.聲圖判讀特徵：
聲圖分為兩類：黑白聲圖和假彩聲圖。
聲圖圖像與其相應顯示的形狀、大小、色調、陰影、紋形、布局和位置等特徵有著密切關係。因此，聲圖可以根據圖像的判讀特徵來判讀圖像屬於哪一類圖像。聲圖圖像判讀需要訓練過程，具備一定的基礎知識及基本經驗才能對聲圖有判讀能力。
現狀與發展
20世紀60年代初期側掃聲納首先套用海洋地質調查，對海底進行詳細的地質環境測繪，確定海底地貌類型，探測海底沉積物的移動路徑，以及探測其移動路徑上的不穩定底床形態的帶狀分布。從探測結果的聲圖上認識了海底形態及其變化趨勢，如沙波、沙帶、海溝、海嶺、海峽、海底塌方、海底火山等類型地貌形態及其變化趨勢，隨之側掃聲納在海道測量，疏浚港口，港灣工程、錨地探測、水利勘察、生態環境調查、海洋調查等等套用方面得到廣泛套用，都取得了明顯的效果。從70年代以來，側掃聲納已成為從事海洋工作的必需的儀器裝備。
縱觀各類型側掃聲納都各有其特點，其性能發展特點是：以PC技術為基礎；數位化代替了模擬化圖像處理；計算機工作站使終端具有顯示器和記錄器的圖像顯示，提高了成像質量，而且與GPS連線可實施導航定位，功能更為齊全；軟體逐漸豐富；換能器線性調頻脈衝技術的套用減小旁瓣效應和通道間互相交擾，光碟存儲容量大，便於回放資料分析和處理。
水下障礙掃測
掃測是掃床（河床或海床）測量的簡稱，它是水深測量的一種特殊形式。
採用常規的方法獲取水深數據，只能用回聲測深儀逐線逐點測量或用機械的掃測工具掃測。用回聲測深儀測量時，測深斷面與斷面之間、測點與測點之間無論間距多小總存在一定的縫隙，不能保證對測區每一塊暗礁、每個礙航淺點等面積很小的障礙物沒有遺漏。但這些障礙物對船舶航行來說，卻是很大的事故隱患。由於掃測能較精確地測繪出區內的水底地貌及水下障礙物的位置，所以在海上、內河、港口等工程測量中得到廣泛套用。機械式（軟掃、硬掃）掃測較普通，但工作效率低。發展方向主要以聲學掃測技術為主。
