多波束圖像聲吶
單頻 & 雙頻 多波束圖像聲吶
由于它體積小,是應(yīng)用在微小平臺(tái)方面的理想設(shè)備,同時(shí),它擁有堅(jiān)固的結(jié)構(gòu),也是大型的工作級(jí)水下機(jī)器人和測(cè)量水下地形構(gòu)造應(yīng)用的優(yōu)選
單頻 & 雙頻 多波束圖像聲吶
由于它體積小,是應(yīng)用在微小平臺(tái)方面的理想設(shè)備,同時(shí),它擁有堅(jiān)固的結(jié)構(gòu),也是大型的工作級(jí)水下機(jī)器人和測(cè)量水下地形構(gòu)造應(yīng)用的優(yōu)選
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多波束圖像聲吶是新一代的小巧圖像聲吶,，在水下具有廣泛的應(yīng)用。由于它們 體積小,，是應(yīng)用在微小平臺(tái)方面的理想設(shè)備,，同時(shí)它擁有堅(jiān)固的外形結(jié)構(gòu)，也是大型的工作級(jí) 水下機(jī)器人和測(cè)量水下地形構(gòu)造等應(yīng)用的選擇,。
多波束圖像聲吶具有 500m, 1000m,4000m 不同耐壓選擇,。
M 系列：標(biāo)準(zhǔn)型號(hào)，耐壓 500m,。
MT 系列: 擁有所有 M 系列優(yōu)點(diǎn),，鈦外殼，耐壓 1000m,。
MD 系列：鈦外殼,，耐壓 4000m ，用于深水環(huán)境工作,。
特點(diǎn)：
1 ,、頻率范圍 375kHz 到 3.0MHz ，單頻,、雙頻系統(tǒng),，適合于水下導(dǎo)航，水下態(tài)勢(shì)感知和檢 測(cè)工作,。
2 ,、提供廣闊視角范圍，130 度水平,，20 度垂直波束角,。
3 、廣泛的量程能力,，從 0. 1m 到 200m,。
4 、高清圖像質(zhì)量，角度分辨率最小 0.25 度,。
5 ,、杰出的圖像清晰度，量程分辨率可達(dá) 2mm,。
6 ,、簡(jiǎn)單、直觀的操作軟件,。
7 ,、輸出實(shí)時(shí)圖像的更新率高達(dá) 40Hz。
性能參數(shù):
機(jī)械參數(shù)
M-Series MT-Series MD-Series
尺寸 125mm (L) x 122mm (W) x 62mm (H) 125mm (L) x 122mm (W) x 62mm (H) 125mm (L) excluding connector x ?125mm
材質(zhì) 鋁 鈦 鈦
重量 980g (Air), 360g (Water) 1350g (Air), 730g (Water) 2.5kg (Air), 1.45kg (Water)
耐壓 500m 1000m 4000m
溫度范圍(工作) -5°c up to +35°c -5°c up to +35°c -5°c up to +35°c
溫度范圍 (存儲(chǔ)) -20°c up to +50°c -20°c up to +50°c -20°c up to
M370s M750d M1200d M3000d
MT370s MT750d MT1200d MT3000d
MD370s MD750d MD1200d MD3000d
頻率 375kHz 750kHz / 1.2MHz 1.2MHz / 2.1MHz 1.2MHz / 3.0MHz
量程 (Maximum) 200m 120m / 40m 40m / 10m 30m / 5m
量程 (Minimum) 0.2m 0.1m 0.1m 0.1m
量程分辨率 8mm 4mm / 2.5mm 2.5mm / 2.5mm 2.5mm / 2mm
最大更新率 40Hz 40Hz 40Hz 40Hz
水平探測(cè)角 130° 130° / 130° 130° / 60° 130° / 40°
垂直探測(cè)角 20° 20° / 20° 20° / 12° 20° / 20°
波束數(shù)量 256 512 512 512
角度分辨率 2° 1° / 0.6° 0.6° / 0.4° 0.6° / 0.4°
波束間隔 0.5° 0.25° / 0.25° 0.25° / 0.16° 0.25° / 0.1°
電器指標(biāo)
M-Series
MT-Series MD-Series
接口 Impulse IE55 Series, 6-way Impulse MC Series, 6-way (Schilling SeaNet / Burton option)
通訊 4-wire 100-BaseT Ethernet, 2-wire DSL extender module 4-wire 100-BaseT Ethernet, 2-wire DSL extender module
電壓 12V to 32V DC non-isolated 18V to 32V DC isolated
功率 10W to 35W (model and range dependent*) 10W to 35W (model and range dependent*)
傳感器 溫度和壓力傳感器,，用于聲速的計(jì)算 溫度和壓力傳感器,，用于聲速的計(jì)算
工作原理
傳統(tǒng)上，聲納是一種機(jī)械裝置,，通過旋轉(zhuǎn)傳感器（發(fā)射機(jī)和接收機(jī)）來掃描其前方或周圍的扇區(qū),。在每個(gè)換能器位置，一個(gè)聲脈沖將被傳輸?shù)剿?，接收器收集的回聲將被繪制到顯示器上,。根據(jù)所需的分辨率，圖像可能需要幾十秒才能更新,，在此期間聲納的任何移動(dòng)都可能會(huì)玷污和扭曲圖像,。與機(jī)械聲納不同，Oculus是一種沒有運(yùn)動(dòng)部件的多波束聲納,，它是一組接收器,，從單個(gè)傳輸脈沖中收集回波，并使用稱為“波束形成"的過程將數(shù)據(jù)數(shù)學(xué)地組合成圖像,。這允許每秒多次生成圖像,，并像攝像機(jī)的輸出一樣實(shí)時(shí)查看。
一些Oculus聲納（名稱末尾帶有“d"后綴）為雙頻,，具有低頻和高頻操作模式,，允許操作員分別在更長(zhǎng)的聲學(xué)范圍或高分辨率圖像之間進(jìn)行選擇。
聲納圖像需要經(jīng)過一些培訓(xùn)和練習(xí)才能解釋,，因?yàn)樵诓僮鲉T看來,，顯示為覆蓋其前方區(qū)域的自上而下視圖，根據(jù)所選頻率模式,，聲納圖像可以在水平方向上照亮130°,，垂直方向上照亮20°。顯示器上目標(biāo)和紋理的亮度表示它們反射了多少聲音（氣體或致密材料反射的聲音比泥漿,、沙子和淤泥多）,，而聲音陰影可以根據(jù)物體或海底的幾何形狀投射,。
通過將已知的水中聲速（VOS–“c"）與接收回聲的時(shí)間（“t"）相結(jié)合，聲納可以計(jì)算聲音傳播的距離（“d"）,。
由于聲音必須從聲納傳到目標(biāo)物體,，然后再傳回，所以聲納和目標(biāo)之間的距離（‘r’）是總距離的一半,。
在現(xiàn)實(shí)世界中,，聲納將在前方看到多個(gè)目標(biāo)。發(fā)射的聲音脈沖將在不同的時(shí)間反射出每個(gè)目標(biāo),，但接收器將在相當(dāng)于最大工作范圍兩倍的時(shí)間段內(nèi)記錄所有回波（對(duì)于往返于目標(biāo)的聲音）,。
接收到的回波被組合成單個(gè)接收信號(hào),，其時(shí)間位置直接與距離相關(guān),，而每個(gè)回波的強(qiáng)度取決于目標(biāo)的反射程度。
密度與水非常不同的目標(biāo)（如氣體/空氣或巖石/混凝土）將具有很強(qiáng)的反射性和回波,，而來自泥漿,、淤泥、沙子和植物等材料的回波將具有較弱的回波
聲束模式
當(dāng)考慮聲納如何工作時(shí),，把聲納想象成在黑暗的房間里使用的手電筒可能會(huì)有所幫助,。使用者只能看到火炬照亮的房間部分，如果火炬的光束較窄,，則其視野會(huì)減小,。
類似地，聲納對(duì)聲音“照亮"的區(qū)域具有固定的寬度和高度,，這些被稱為水平和垂直波束模式,。
名稱后綴為“d"的Oculus聲納（例如M750d和M1200d）是支持兩種工作模式的雙頻設(shè)備，即低頻和高頻,。單頻Oculus聲納（名稱后綴為's',，如M370s）僅支持低頻工作模式。E
每個(gè)模式都有自己的光束模式,，如下圖所示：
目標(biāo)可見性
位于聲納波束內(nèi)的物體（或目標(biāo)）將被聲學(xué)“照亮",，并可以接收其回波（目標(biāo)?), 而位于此之外的對(duì)象（目標(biāo)? 和?) 可能不會(huì)出現(xiàn)在聲納顯示器上：
應(yīng)該注意的是，盡管上面的圖表顯示了聲納波束的邊界,，但這實(shí)際上代表了聲波的“半功率"水平,。該區(qū)域外的垂直目標(biāo)可能仍然可以在顯示器上看到，但隨著它們遠(yuǎn)離波束模式,，其回波水平將迅速降低,。
在水平方向上，由于“自頂向下"顯示的寬度固定,，因此不會(huì)顯示光束模式之外的圖像,。
聲納無法確定回波的垂直到達(dá)角,，因此，如果兩個(gè)目標(biāo)位于聲納前方,，彼此垂直距離相同,，聲納會(huì)將這兩個(gè)目標(biāo)顯示為它們的回波組合的單一結(jié)果。
查看海底
如前幾節(jié)所討論的,，聲納可以被認(rèn)為是一個(gè)手持式手電筒,，具有水平寬、垂直窄的照明光束——繼續(xù)這個(gè)類比,，操作員顯示器上顯示的聲納圖像可以被看作是被照明區(qū)域的“自上而下"視圖,。對(duì)于希望執(zhí)行搜索和定位活動(dòng)或海底調(diào)查的用戶，Oculus可以安裝在顯示屏上,，以便能夠照亮和看到不同數(shù)量的海底：
如果聲納靠近海床并向下傾斜? 然后只顯示它前面的一個(gè)小條,。通過從海底獲取高度，操作員可以照亮更寬的線束,，從而更好地利用顯示器?.
對(duì)于需要聲納搜索前方海床的情況,，顯示的最佳用途是平衡海床上方的高度和聲納向下的角度，以便zui大程度地照亮海床?.
作為一個(gè)非常普遍的規(guī)則,，如果向下角度為15°,，高度高于工作范圍的10%，聲納可以在顯示屏上實(shí)現(xiàn)最佳的70%海底覆蓋率,，即對(duì)于20m范圍,，聲納應(yīng)安裝在海床上方約2m處，而對(duì)于80m范圍,，高度應(yīng)增加至約8m,。
聲學(xué)陰影
聲納和火炬之間的相似性繼續(xù)存在，因?yàn)槁暭{的“照明"可用于產(chǎn)生聲陰影,，這對(duì)操作員確定聲納前方目標(biāo)的高度,、形狀和方向非常有幫助。
如前所述,，可以將顯示器視為Oculus前方的自頂向下（或衛(wèi)星）視圖：
1.1. 了解回聲
盡管有人提到聲納顯示器可以被視為其前方區(qū)域的自上而下的圖像,，但這種類比有一些局限性。
當(dāng)聲納從側(cè)面照亮圖像時(shí),，只有距離聲納最近的目標(biāo)邊緣或表面才會(huì)被照亮,。
如果目標(biāo)面呈一定角度，則一些傳入聲波將反射到聲納,，而其他聲波將分散到不同的方向,，目標(biāo)的整體亮度將降低。
下圖說明了這一點(diǎn),，用紅色突出顯示了三個(gè)簡(jiǎn)單目標(biāo)上在顯示屏上最亮的區(qū)域,，以及這些區(qū)域在真實(shí)目標(biāo)中的顯示方式：
根據(jù)聲納與目標(biāo)的距離,，也可以對(duì)圖像產(chǎn)生顯著影響。
由于聲波從發(fā)射機(jī)中傳播的方式,，遠(yuǎn)處目標(biāo)投射的陰影將在其后面變窄?, 但當(dāng)聲納靠近它們時(shí),，陰影寬度會(huì)增加。在這些情況下,，操作員應(yīng)意識(shí)到這些陰影可能會(huì)隱藏其他目標(biāo),，因?yàn)闆]有聲音來照亮它們?
當(dāng)操作員的能見度因附近目標(biāo)的陰影而受到限制時(shí)，他們應(yīng)致力于提高海底上方的聲納高度（以及造成陰影的目標(biāo)）,，并可能使聲納向下傾斜以進(jìn)行補(bǔ)償,。
了解回聲
盡管有人提到聲納顯示器可以被視為其前方區(qū)域的自上而下的圖像，但這種類比有一些局限性,。當(dāng)聲納從側(cè)面照亮圖像時(shí),，只有距離聲納最近的目標(biāo)邊緣或表面才會(huì)被照亮。
如果目標(biāo)面呈一定角度,，則一些傳入聲波將反射到聲納,，而其他聲波將分散到不同的方向,，目標(biāo)的整體亮度將降低,。下圖說明了這一點(diǎn)，用紅色突出顯示了三個(gè)簡(jiǎn)單目標(biāo)上在顯示屏上最亮的區(qū)域,，以及這些區(qū)域在真實(shí)目標(biāo)中的顯示方式：
范圍與頻率和圖像質(zhì)量
如前所述,，一些Oculus聲納有兩種工作模式：
· 低頻，允許以寬視角進(jìn)行遠(yuǎn)距離操作–這對(duì)于搜索和測(cè)量任務(wù)很有用,。
· 高頻,，在較短范圍內(nèi)產(chǎn)生更多細(xì)節(jié)，視角較窄–
這對(duì)于近距離目標(biāo)的詳細(xì)研究很有用,。
下圖顯示了兩種操作模式下相同試驗(yàn)場(chǎng)地的比較：
聲納操作總結(jié)
一般來說,，以下幾點(diǎn)總結(jié)了聲納的操作：
· 聲納圖像顯示了從目標(biāo)前緣接收到的回波的“自上而下"式顯示。
· 只能看到聲納波束照亮的目標(biāo)：
o 水平面130°/80°,，取決于頻率模式
o 20°/12°垂直方向,，雖然這是半功率點(diǎn)，但在這之外可能會(huì)出現(xiàn)較暗的目標(biāo),。
· 由于沒有垂直信息可用,，聲納波束中垂直對(duì)齊或重疊的目標(biāo)將合并為單個(gè)回波。
· 致密或氣態(tài)目標(biāo)在顯示屏上顯得最亮,，而泥和淤泥則顯得非常暗淡,。
· 目標(biāo)投射聲陰影，這可能會(huì)遮擋其背后的所有或部分目標(biāo),，尤其是當(dāng)聲納靠近目標(biāo)時(shí),。
· 改變海床上方的高度,，以改變目標(biāo)的照明角度，以及它們投射的陰影長(zhǎng)度,，這有助于解釋聲納圖像上的特征,。
· 在高雜波（巖石/巨石）環(huán)境中，使用增益控制增強(qiáng)微弱目標(biāo)或減少背景噪聲反射,。
· 如果可能,，根據(jù)要求的范圍和詳細(xì)程度使用不同的頻率模式：
o 低頻模式可實(shí)現(xiàn)寬視角（130°），聲納支持的范圍最長(zhǎng),。
o 高頻模式可提供詳細(xì)的高分辨率圖像,，但視角（80°）和更短的范圍設(shè)置有所減少。
· 在海床導(dǎo)航或測(cè)量時(shí),，水平安裝聲納,，指向前方，略微向下傾斜（10-15°）,。
· 在獲得使用聲納的經(jīng)驗(yàn)的同時(shí),，顯示器上最佳海底覆蓋的一個(gè)很好的經(jīng)驗(yàn)法則是將海底高度保持在選定聲納范圍的大約10%。
· 為了準(zhǔn)確校準(zhǔn)量程,，請(qǐng)檢查是否已將正確的水礦化度輸入到操作現(xiàn)場(chǎng)的軟件中,。
(空格分隔,最多3個(gè),單個(gè)標(biāo)簽最多10個(gè)字符)
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