單頻 & 雙頻 多波束圖像聲吶

由于它體積小,是應(yīng)用在微小平臺方面的理想設(shè)備,同時,它擁有堅固的結(jié)構(gòu),也是大型的工作級水下機器人和測量水下地形構(gòu)造應(yīng)用的優(yōu)選

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單頻 & 雙頻 多波束圖像聲吶

由于它體積小,是應(yīng)用在微小平臺方面的理想設(shè)備,同時,它擁有堅固的結(jié)構(gòu),也是大型的工作級水下機器人和測量水下地形構(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)用在微小平臺方面的理想設(shè)備,，同時它擁有堅固的外形結(jié)構(gòu),，也是大型的工作級 水下機器人和測量水下地形構(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,，耐壓 500m。

MT 系列:  擁有所有 M 系列優(yōu)點,，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：

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)勢感知和檢 測工作,。

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 ,、簡單,、直觀的操作軟件。

7 ,、輸出實時圖像的更新率高達(dá) 40Hz。

性能參數(shù):

機械參數(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)  -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

水平探測角                    130°                             130° / 130°                         130° / 60°                      130° / 40°

垂直探測角                     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,，用于聲速的計算                                                溫度和壓力傳感器,，用于聲速的計算

工作原理

      傳統(tǒng)上，聲納是一種機械裝置,，通過旋轉(zhuǎn)傳感器（發(fā)射機和接收機）來掃描其前方或周圍的扇區(qū),。在每個換能器位置，一個聲脈沖將被傳輸?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都可能會玷污和扭曲圖像,。與機械聲納不同，Oculus是一種沒有運動部件的多波束聲納,，它是一組接收器,，從單個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,，并像攝像機的輸出一樣實時查看,。

       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的聲學(xué)范圍或高分辨率圖像之間進行選擇,。

      聲納圖像需要經(jīng)過一些培訓(xùn)和練習(xí)才能解釋，因為在操作員看來,，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”）與接收回聲的時間（“t”）相結(jié)合，聲納可以計算聲音傳播的距離（“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)實世界中,，聲納將在前方看到多個目標(biāo)。發(fā)射的聲音脈沖將在不同的時間反射出每個目標(biāo),，但接收器將在相當(dāng)于最大工作范圍兩倍的時間段內(nèi)記錄所有回波（對于往返于目標(biāo)的聲音）,。

接收到的回波被組合成單個接收信號，其時間位置直接與距離相關(guān),，而每個回波的強度取決于目標(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，把聲納想象成在黑暗的房間里使用的手電筒可能會有所幫助,。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，則其視野會減小,。

類似地,，聲納對聲音“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)?), 而位于此之外的對象（目標(biāo)? 和?) 可能不會出現(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,，如果兩個目標(biāo)位于聲納前方，彼此垂直距離相同,，聲納會將這兩個目標(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)為是一個手持式手電筒,，具有水平寬,、垂直窄的照明光束——繼續(xù)這個類比，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,。對于希望執(zhí)行搜索和定位活動或海底調(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現(xiàn)最佳的70%海底覆蓋率,，即對于20m范圍,，聲納應(yīng)安裝在海床上方約2m處，而對于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,，因為聲納的“照明”可用于產(chǎn)生聲陰影，這對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，只有距離聲納最近的目標(biāo)邊緣或表面才會被照亮,。

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，用紅色突出顯示了三個簡單目標(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,，也可以對圖像產(chǎn)生顯著影響。

由于聲波從發(fā)射機中傳播的方式,，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,，陰影寬度會增加。在這些情況下,，操作員應(yīng)意識到這些陰影可能會隱藏其他目標(biāo),，因為沒有聲音來照亮它們?

當(dāng)操作員的能見度因附近目標(biāo)的陰影而受到限制時，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行補償,。

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,，只有距離聲納最近的目標(biāo)邊緣或表面才會被照亮。

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,，用紅色突出顯示了三個簡單目標(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,，允許以寬視角進行遠(yuǎn)距離操作–這對于搜索和測量任務(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場地的比較：

聲納操作總結(jié)

一般來說，以下幾點總結(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,，但在這之外可能會出現(xiàn)較暗的目標(biāo),。

· 由于沒有垂直信息可用，聲納波束中垂直對齊或重疊的目標(biāo)將合并為單個回波,。

· 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。

· 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 低頻模式可實現(xiàn)寬視角（130°）,，聲納支持的范圍最長。

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)航或測量時，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)驗的同時,，顯示器上最佳海底覆蓋的一個很好的經(jīng)驗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，請檢查是否已將正確的水礦化度輸入到操作現(xiàn)場的軟件中,。