聲納培訓教材

彩色圖像聲納設備中國船舶重工集團公司七五〇實驗場集中培訓一現(xiàn)代聲納技術及其開展達·芬奇的筆記意大利藝術家達·芬奇曾在筆記中記載：假設使船停航，將一根長管的閉口端插入水中，而將開口端放在耳邊，便能聽到遠處的航船。導航鐘二十世紀初出現(xiàn)了由水下導航鐘和碳粒微音器組成的導航系統(tǒng)。動圈型振動器1912年英國郵輪“巨人號〞遭遇冰山沉沒，英國人理查森提出用空氣聲進展回聲定位的建議，并提出了相仿的水聲定位方案，是世界上第一個自動聲納方案。所謂自動聲納，就是一種本人向水中發(fā)射聲波，并根據(jù)水中物體的回波來到達各種探測目的〔比如定位〕的水聲設備。1913年，美國人費森登研制出一種新式動圈型振動器?！惨弧陈暭{的來源第一種水聲導航系統(tǒng)費森登和他設計的動圈型振動器一現(xiàn)代聲納技術及其開展漂流型聽測設備水下反潛戰(zhàn)促使聲納技術迅速開展。1914年7月第一次世界大戰(zhàn)迸發(fā)，德國利用U型潛艇擊沉了協(xié)約國大量軍艦和商船，有效探測水下潛艇迫在眉睫，協(xié)約國套入大量人力物力進展探測方法和設備的研討，實際發(fā)現(xiàn)聲學手段最有效，于是各種聲納系統(tǒng)競相問世。美國人格雷設計，英國人后來進展了改良的“漂流型聽測設備〞，是一種具有方向性的聲納系統(tǒng)，可以大致確定敵方潛艇的方向。改良型空氣聽測管人們對達·芬奇的空氣聽測管進展了改良，可測定水下噪聲目的的方向。有閱歷的操作人員，可經(jīng)過轉(zhuǎn)動聽測管的方向，來對水下目的進展較準確的定向。

〔一〕聲納的來源漂流型聽測設備安裝在潛艇和水面艦艇上的SC型聲接納器一現(xiàn)代聲納技術及其開展郎之萬換能器法國物理學家利用壓電原理發(fā)明了石英-鋼夾心型換能器，郎之萬換能器的任務頻率較高，具有較強的方向性。它的改良型不斷運用到如今。郎之萬還在實驗中利用了剛剛問世的真空管放大器，這或許是電子技術在水聲中的初次運用。1918年，第一次接納到了水下潛艇的回波，探測間隔有時可達1500米?；芈曁綔y儀第一次世界大戰(zhàn)終了后不久，用于船舶導航的新型設備-回聲探測儀誕生了。它是人們在研制探潛回聲定位系統(tǒng)的過程中所得到的副產(chǎn)品。以后，由于電子技術的開展，水聲換能器性能的改善，特別是對于聲波在海水中傳播規(guī)律的深化了解，使聲納技術不斷地先前邁進。〔一〕聲納的來源郎之萬和他設計的換能器二戰(zhàn)時美國潛艇用JP型聽測設備回聲測距、聽測和水下通訊兼具的QGB型聲納一種典型的潛艇聲納國產(chǎn)PS-I型海底地貌儀國產(chǎn)761型程度多波束魚探機一現(xiàn)代聲納技術及其開展聲納技術面臨的機遇和挑戰(zhàn)早期的聲納設計建立在較為理想的模型根底上.無論是聲納設計者還是聲納運用人員,早就留意到聲納的性能與海洋環(huán)境親密相關.但是,由于兩個方面的緣由,使聲納技術開展的初期采用了比較簡單的模型.第一個緣由是人們對海洋中水聲傳播規(guī)律的研討和認識有一個由淺入深、由表及里的過程.雖然聲納的發(fā)明早于雷達19年,但是由于海洋環(huán)境的復雜特點,使聲納的開展在某些方面滯后于雷達,這是絲毫不奇異的.第二個緣由是由于硬件條件方面的限制.20世紀50—60年代,信息論曾經(jīng)為微弱信號的檢測提供了相當充實的實際根底和適用技術,但是這些實際的運用需求非常復雜的計算,而在那時硬件設備還無力提供這種支持.自20世紀70年代以來,情況曾經(jīng)發(fā)生了很大的變化.微電子技術的開展使計算機硬件的容顏發(fā)生了宏大的改觀,從而推進了數(shù)字信號處置領域的變革.英特爾公司的開創(chuàng)人之一摩爾在1973年提出了支配半導體工業(yè)開展的一個規(guī)律,就是我們?nèi)缃袼f的摩爾定律.這個定律說,微處置芯片每隔18個月性能提高一倍,價錢降低到原來的二分之一.據(jù)摩爾本人說,早在1964年他還在仙童公司任務時,就已留意到這一現(xiàn)實了.1996年,他又在IEEEProc.上重新公布手稿,對本人的這一定律堅信不疑?！捕超F(xiàn)代聲納技術一現(xiàn)代聲納技術及其開展聲納技術面臨的機遇和挑戰(zhàn)微電子工業(yè)的這種迅猛開展勢頭,使得數(shù)字式聲納應運而生,并且使聲納設計者面臨宏大的機遇和挑戰(zhàn).由于,作為數(shù)字式聲納硬件支撐的DSP芯片,似乎“無所不能〞,過去很多受計算機才干限制的技術,如今都可以實現(xiàn)了.但是,很不幸,聲納的性能不僅僅依賴于硬件的才干,更大程度上依賴于主導聲納性能的建模技術、微弱信號檢測算法、參數(shù)估計實際、人工智能等數(shù)字聲納設計者就是面臨這樣一種局面:硬件的開展向聲納設計者預示,只需他提出實際,我就能實現(xiàn)它;假設今天有一種目的識別的算法需求一個小時才干得出結(jié)果,那么10年之后,用不了1分鐘就可完成.微電子技術的這種開展潮流也已部分地改動了信號處置實際的開展方向.20世紀60年代中期,當Cooley,Turky提出FFT算法時,有關改良的算法非常多,哪怕提高計算速度10%或節(jié)省存貯量10%的實際任務都還得到認可,但是10年之后,就沒有人去做類似的任務了,由于硬件的開展使得那種小小的改良黯然失色.如今需求的是實際的創(chuàng)新,是那種能帶來跨越式開展的新概念、新實際和新工藝.〔二〕現(xiàn)代聲納技術一現(xiàn)代聲納技術及其開展聲納技術開展的推進力-需求早期的聲納技術開展的最大用戶是海軍,即未來水下戰(zhàn)的需求.Marburger在美國<防務新聞>(DefenseNews)周刊上提供了美國海軍的一個有關安靜型潛艇的輻射噪聲的圖,闡明美國在20世紀90年代的海狼級核潛艇噪聲和俄羅斯改良的Akula級噪聲相當.在近30—40年內(nèi),潛艇的輻射噪聲大約每年下降0.5—1dB,從而使被檢測的間隔每年減少0.5—2km,而聲納技術的改良彌補不了這一下降趨勢帶來的損失。潛艇降噪用的是綜合的技術,即同時思索消聲瓦和本艇輻射噪聲的控制,稱為CSMC(collabo2rativesignaturemonitoringandcontrol),防噪聲輻射的中心技術是自動噪聲和振動控制,即AMVC(ac2tivenoiseandvibrationcontrol).為探測安靜型潛艇,需求開展大功率、低頻、寬帶換能器,需求開展主/被動的拖曳式線列陣聲納,需求開展?jié)撚玫募氶L纜拖線陣聲納,需求研討更有效的水聲通訊方法及水下定位技術等?！捕超F(xiàn)代聲納技術一現(xiàn)代聲納技術及其開展聲納技術開展的推進力-需求在尋覓新型水聲換能資料方面,有的研討者以為,鎳合金和壓電陶瓷資料的設計極限早在25年之前就到達了.所以人們開場研討稀土系列元素的磁致伸縮特性,這類資料能產(chǎn)生較大的聲功率,并且可以在低頻、寬帶下穩(wěn)定任務.

美國海洋實驗室發(fā)現(xiàn)了一種鑭和鐵的合金,稱之為Terfenol-D的磁致伸縮資料,聽說已獲得運用.這種T-D換能器具有良好性能,在合理運用時幾乎不變形,樣品經(jīng)過上億次發(fā)射仍完好無損,有能夠成為下一代聲納發(fā)射換能器的首選資料.在眾多水聽器中,近年來開展較快的是一種聚偏二氟乙烯(Polyvinylidenefluoride,PVDF)薄膜,這是一種柔順壓電資料,加工較方便,壓電常數(shù)非常高.目前已研制出厚度為1—2mm,面積為30×80cm2的薄膜面元水聽器,它可以用于舷側(cè)線列陣聲納中,其缺陷是它的電壓靈敏度對溫度比較敏感.〔二〕現(xiàn)代聲納技術一現(xiàn)代聲納技術及其開展聲納技術開展的推進力-需求在由于聲納性能與海洋環(huán)境的親密關系,需求聲納設計者尋求一種新的體系構(gòu)造,它能把海洋環(huán)境融入聲納的整體設計中,以便使聲納系統(tǒng)的性能對模型失配更寬容一些.這就是基于模型的聲納系統(tǒng).它是立足于寬容性檢測的原理.任何聲納系統(tǒng)的設計都是基于某種模型的假設,然后在這種假設下尋求一種最正確的處置方法.當實踐環(huán)境符合最正確處置的假設條件時,系統(tǒng)的增益很大,但是一旦模型失配,最正確檢測器的性能迅速下降.而寬容性檢測就不同,它雖然在理想條件下的增益不如最正確檢測器,但是對模型失配卻顯得很“寬容〞,具有相對來說變化不大的系統(tǒng)增益.研討模型失配的概念非常重要,惋惜到如今為止,我們還無法在實際上回答模型匹配以及失配應如何從數(shù)值上進展刻劃.對聲納技術的需求還來自海洋開發(fā).水聲遙測一直是獲得海洋環(huán)境參數(shù)的最重要手段之一.大洋測溫、近海油氣田的數(shù)字地震勘探、聲層析、大洋海底金屬礦的開采以及水氣化合物的勘探開發(fā)都離不開聲納技術.〔二〕現(xiàn)代聲納技術一現(xiàn)代聲納技術及其開展聲納信號處置的熱點問題在作為聲納技術的實際支撐的水聲信號處置是一門綜合性的邊緣學科.它在開展進程中,既有本人的特征,又吸收了雷達、醫(yī)學成像、通訊、語音信號處置等其他領域的成果.1998年,IEEE信號處置分會為留念協(xié)會成立50周年,編發(fā)了一篇專稿,即<水聲信號處置的過去、如今與未來>.文章回想了水聲信號處置的開展歷史,提出了一些有潛在運用價值的熱點技術,如合成孔徑技術、聲層析、水聲通訊等.水聲信號處置實際的開展面臨著眾多問題,相關和臨近學科又不斷產(chǎn)生一些新的概念,所以水聲信號處置專家以積極而謹慎的態(tài)度來對待它們,一方面擔憂錯過了運用新實際的時機,一方面又疑心它們能否真的能在聲納系統(tǒng)中獲得運用.這些課題是不勝枚舉的,例如人工神經(jīng)網(wǎng)絡、混沌實際、小波變換、分維變換與時間反轉(zhuǎn)算法等.我們在本節(jié)中就水聲信號處置本身引見假設干熱點問題.〔二〕現(xiàn)代聲納技術一現(xiàn)代聲納技術及其開展聲納信號處置的熱點問題1.被動測距被動測距聲納是從20世紀70年代初開場研制的.從實際上講,只需聲納基陣的孔徑足夠大,用三點陣測距是沒有問題的.關鍵是把三個基陣的聲中心的相對延時準確丈量出來.可以證明,被動測距的相對誤差等于測延時的相對誤差,即ΔR/R=Δτ/τ根據(jù)這一公式我們就會明白被動測距聲納所面臨的問題.舉例來說,孔徑為40m的基陣要丈量相距為20km的目的,延時量大約為13μs.假設要求相對誤差為10%,那么延時估計誤差不能大于1.3μs.在海洋環(huán)境中要做到這一點非常困難.Urick,張仁和等曾報道,海水中聲傳播起伏值就在10μs這樣的量級,這就使得被動測距問題變得非常困難,由于要在接納到的大量數(shù)據(jù)中,剔除由不穩(wěn)定性引起的“野值〞(wildvalue),然后再進展平均.對延時丈量精度的過高要求,還使得基陣的準確安裝變得困難起來.目前還沒有找到突破傳統(tǒng)幾何原理進展被動目的測距的有效方法.〔二〕現(xiàn)代聲納技術一現(xiàn)代聲納技術及其開展聲納信號處置的熱點問題2.合成孔徑技術合成孔徑聲納的研制近十年來遭到很大的注重.曾經(jīng)報道有相當高性能的樣機問世.合成孔徑作為一種技術在雷達上勝利運用已近40年了,但在聲納上遲遲未獲得本質(zhì)性的進展.主要是由于聲傳播的海洋介質(zhì)比無線電傳播的大氣介質(zhì)復雜得多,另外聲納平臺運動速度與聲傳播速度之比約為1∶750,而雷達平臺運動速度和無線電波傳播速度之比是1∶106,所以合成孔徑聲納的運動補償、成像遠比合成孔徑雷達復雜.合成孔徑聲納(SAS)的初步研討結(jié)果是令人振奮的,它大約可以在400m的間隔上到達10cm的分辨率.這在以前的旁測聲納中是無法到達的.美國DTI(DynamicTechnologyInc.)研制的樣機在華盛頓(Washington)湖作實驗時,甚至得到了一架早先沉沒湖底的飛機殘骸的“聲像〞。合成孔徑技術還用于高分辨率的波束成形,這在安靜型潛艇輻射噪聲的丈量中可以獲得運用,利用這種技術可以把潛艇作為一個體積元,確定對輻射噪聲最有奉獻的分量的部位.〔二〕現(xiàn)代聲納技術左圖為美國LockheedMartin公司研制的被動測距聲納PUFFS右圖為PB4Y-2的SAS圖像(1997年4月,華盛頓湖,50kHz的SAS穿透湖水看到了飛機內(nèi)部)一現(xiàn)代聲納技術及其開展聲納信號處置的熱點問題3.水聲通訊與水下GPS水聲通訊不斷是聲納研討中的一個重要領域.美國和北約的其他國家有一系列研討課題是與水聲通訊有關的.水聲通訊系統(tǒng)的性能不斷遭到傳輸率和作用間隔的約束.Kilfoyle等根據(jù)美國幾十次海試結(jié)果,給出了一條曲線,以為在現(xiàn)階段傳輸率(R,以kbit/s為單位)和作用間隔(R,以km為單位)的乘積不超越40.但在20世紀70年代初,這個值只需5左右.由于為了提高傳輸速率必需提高信號頻率,而一旦頻率增高了,傳播損失增大,作用間隔就下降了.所以R·R≤40km·kbit/s,這在客觀上反映了當前水聲通訊所到達的程度.假設要突破這個約束,就要添加發(fā)射功率,采用新的編碼/解碼體制和信道平衡技術.水聲通訊的一個重要運用領域就是水下全球定位系統(tǒng)(GPS),雖然目前還只是一些想象,但一旦建立起完善的水下GPS體制,反潛戰(zhàn)的一些戰(zhàn)略、戰(zhàn)術原那么都必需隨之改動.〔二〕現(xiàn)代聲納技術水聲通訊傳輸率與作用間隔的關系曲線一現(xiàn)代聲納技術及其開展聲納信號處置的熱點問題4.數(shù)據(jù)交融由于聲納系統(tǒng)的集成度越來越高,數(shù)據(jù)量越來越大,單靠聲納員處置多平臺、多傳感器的信息就顯得很不夠.所以數(shù)據(jù)交融的技術自然而然地遭到注重.目前,雖然還不能完全做到全自動判別,但至少為輔助決策提供了強有力的工具.數(shù)據(jù)交融從所處置的信息層次來分,可以分為三級,即基元級、特征級和決策級.研討課題的級別越究竟層就越復雜.如今大多數(shù)的研討任務還是圍繞決策級展開的.數(shù)據(jù)交融中的一個根本定理,保證了聲納系統(tǒng).進展數(shù)據(jù)交融的必要性,這個定理是說,無論是獨立觀測資料還是相關觀測資料,最正確的線性數(shù)據(jù)交融所帶來的誤差不會大于任何個別觀測資料所帶來的誤差.基于這一現(xiàn)實,處理聲納系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交融問題就有了實際根據(jù).舉一個詳細的例子,假定潛艇上有圓陣和舷側(cè)陣同時進展目的定位.我們知道,圓陣的定向誤差根本上與信號入射方向無關.而線陣那么不同,在側(cè)射方向誤差較小,在端射方向誤差較大,把圓陣和線陣的數(shù)據(jù)進展交融,我們得到了很好的測向方法,它的誤差不僅小于各自的定向誤差,并且在360°范圍內(nèi)根本均勻.〔二〕現(xiàn)代聲納技術一現(xiàn)代聲納技術及其開展聲納信號處置的熱點問題5.目的識別與水下快速運動目的軌跡提取數(shù)字式聲納的根本功能是測向和測距,目的識別的功能通常由聲納員經(jīng)過鑒別目的輻射噪聲來完成.隨著聲納技術的開展,國外的一些聲納已具備目的識別功能,甚至專門配置魚雷報警聲納.目的識別和魚雷報警是兩個相關的課題,雖然后者可以籠統(tǒng)為水下快速運動目的的軌跡提取問題,但最后的判決仍離不開識別這一環(huán)節(jié).目的識別的關鍵當然是特征提取.只需對大量目的樣本進展設計分析,才有能夠確定適宜的特征量.于是數(shù)據(jù)庫的建立就是必不可少的,惋惜這是緣于高度的信息,因此在一定程度上妨礙了識別研討任務的進度.可以在目的識別方面發(fā)揚作用的方法很多,如專家系統(tǒng)(最小臨近準那么),人工神經(jīng)網(wǎng)絡、聚類分析等,但是目前還沒有一種方法被公以為是處理目的識別問題的有效方法.其緣由是實驗室系統(tǒng)模擬的結(jié)果與實踐海上的條件差別很大,要尋覓出不受傳播影響的信號特征非常困難.聲納任務平臺的任何機動(這在實驗室里不會出現(xiàn))都會干擾目的識別系統(tǒng)的任務.〔二〕現(xiàn)代聲納技術一現(xiàn)代聲納技術及其開展聲納信號處置的熱點問題6.水下蛙人探測聲納(DDS)系統(tǒng)2000年10月,美國導彈驅(qū)逐艦Cole號在也門港口遭到恐懼襲擊,艇身遭到重創(chuàng).港口警戒問題引起注重.“911〞事件之后,恐懼襲擊普及海陸空各個領域,港口警戒成為國土平安的重要課題.海軍基地、大型集裝箱碼頭、港口和VIP(貴賓)浴場的捍衛(wèi)問題已成為水聲技術研討的迫切義務.當然,我們需求的是海陸空的立體防護.但是在水下如何發(fā)現(xiàn)并阻止蛙人(包括有呼吸和無呼吸系統(tǒng)的潛水者)、水下有人或無人載器的攻擊顯得尤為重要.雖然從原理上講,DDS也是傳統(tǒng)意義上的自動或被動聲納,但是在聲納技術的運用上仍面臨一些新的挑戰(zhàn).比如,DDS通常用于淺海,作用間隔較短(例如1km),這就使聲納任務于混響背景限制的形狀,所以能抑制混響和抗多途效應的波形設計顯得很重要;又比如,蛙人的目的強度較小(例如TS=-10dB),檢測難度較大,等等.〔二〕現(xiàn)代聲納技術一現(xiàn)代聲納技術及其開展聲納SONAR聲納一詞的概念來源于二戰(zhàn)期間，是由聲音〔sound〕、導航〔Navigation〕和測距〔Ranging〕三個英文單詞的詞頭構(gòu)成的。現(xiàn)代聲納的定義是：利用水下聲波判別海洋中物體的存在、位置、及類型的方法和設備.更廣義的說，凡是利用水聲能量進展觀測或通訊的系統(tǒng)，均稱為聲納系統(tǒng)。為何不運用電磁波作為水下探測的手段？這是由于海水是電的良好導體，它使電能很快地以熱的方式耗散掉，所以在同樣的頻率下，電磁波的衰減比聲波快得多，結(jié)果就是傳播間隔也要近得多.〔三〕聲納系統(tǒng)的概念一現(xiàn)代聲納技術及其開展以任務方式分聲納普通可以籠統(tǒng)的分為被動聲納和自動聲納。一個根本的聲納系統(tǒng)模型，他有兩種任務方式，即自動和被開任務方式，在主開任務方式時，一個知的信號被發(fā)射出去，當它照射到某個目的時，反射信號〔或稱回波〕就被接納到，經(jīng)過適當?shù)奶幹茫儆山蛹{機顯示出來；在被動方式任務時，目的的被發(fā)現(xiàn)是由于它所輻射的噪聲.各種不同類型的聲納由于它們的用途不同，詳細構(gòu)成也不一樣，但其根本構(gòu)造都是一樣的。也就是說，其根本任務方式是一樣的。不同聲納模型的差別，在于這些根本任務方式的參數(shù)的差別，以及其聯(lián)接方法的不同。要了解聲納系統(tǒng)，首先要知道這些根本任務方式。〔四〕聲納的分類根本的聲納系統(tǒng)模型聲納發(fā)射機框圖控制程序信號發(fā)生器波束構(gòu)成功率放大發(fā)射基陣一現(xiàn)代聲納技術及其開展以任務方式分上圖是聲納發(fā)射機的典型方框圖。信號發(fā)生器可以有很多種方式的輸出：模擬的或數(shù)字的，延續(xù)波脈沖或線性調(diào)頻波，這取決于所思索的運用場所。信號發(fā)生器的輸出送到波束構(gòu)成矩陣，其目的是給信號一個適宜的加權和延時，使得發(fā)射基陣在聲信道中產(chǎn)生一個所希望的波束圖。該圖決議了由發(fā)射機所發(fā)射的聲納的集中程度和空間分布情況。信號的加權和延時通常叫做定向或波束成形。功率放大的目的是要獲得足夠大的電功率，然后將其與發(fā)射基陣匹配，并以較高的效率向水中發(fā)射聲能。

基陣的幾何外形〔如圓陣、線陣、球陣〕依賴于詳細的運用場所。此外，發(fā)射基陣是很多個輻射單元的綜合，它們的資料取決于傳播介質(zhì)。聲納系統(tǒng)中通常用壓電陶瓷或某類型的磁致伸縮金屬，作為電能和聲能互換的器件?！俺绦蚩刂屁曋饕腹芾砘蚩刂浦行?，它使整個發(fā)射機能在我們所希望的形狀下任務。〔四〕聲納的分類聲納接納機框圖控制程序接納基陣動態(tài)范圍緊縮波束構(gòu)成信號處置顯示判決一現(xiàn)代聲納技術及其開展以任務方式分上圖是聲納接納機的典型方框圖。經(jīng)過比較發(fā)現(xiàn)，它比發(fā)射機復雜一些，這是毫不奇異的。由于在發(fā)射過程中，信噪比是接近于無限的；而在接納過程中，在大多數(shù)感興趣的情況下，信噪比小于1.所以在做出有價值的判別之前，還必需做一些別的事情。

接納基陣〔或水聽器陣〕與發(fā)射基陣非常類似，在簡單的聲能系統(tǒng)中，它們通常就是同一個。動態(tài)范圍緊縮指的是自動增益控制〔AGC〕與時變增益放大〔TVG〕，它們是為了八接納到的信號動態(tài)緊縮到一定范圍，以便使波束成形系統(tǒng)及信號處置系統(tǒng)可以正常任務。接納機的波束成形功能與發(fā)射機的類似，但是接納機的波束成形方式要比發(fā)射機的復雜得多。接納機的波束成形是基陣在空間上抗噪聲和混響場的一種處置過程，實現(xiàn)波束成形時，要進展一系列的運算〔包括加權、延時及對空間各陣元收到的信號求和〕。然后再作進一步的頻域和時域處置。波束成形之后還需進展信號處置，它通常是某一個檢測信號的最正確準那么的物理實現(xiàn)。信號處置的主要方式為匹配濾波、相關技術和自順應技術。實踐上，信號處置系統(tǒng)、顯示、聽測、判決等都是和聲納員親密相關的，它們共同代表信號處置系統(tǒng)。處置增益的最大損失通常產(chǎn)生于它們的銜接處?！俺绦蚩刂屁暿菫榱诉M展同步和自順應?！菜摹陈暭{的分類一現(xiàn)代聲納技術及其開展以波束方式分可以分為單波束聲納和多波束聲納。以技術類型分可以分為合成孔徑聲納、多波束聲納、超短基線定位聲納等。以運用方式分探測聲納、拖曳聲納、水下地貌儀、魚探儀等等。彩色圖像聲納屬于機械掃描式的單波束探測自動聲納。

〔四〕聲納的分類二彩色圖像聲納CST-I彩色圖像聲納上世紀90年代投入運用的彩色圖像聲納。CIS-2000彩色圖像聲納運用范圍最廣的彩色圖像聲納。DFIS-I彩色圖像聲納具有雙頻率的彩色圖像聲納。TKIS-I頭盔式彩色圖像聲納可由潛水員攜帶運用的小型彩色圖像聲納。

〔一〕750實驗場的彩色圖像聲納設備DFIS-I雙頻彩色圖像聲納CIS-2000彩色圖像聲納TKIS-I頭盔式彩色圖像聲納二彩色圖像聲納CIS-2000彩色圖像聲納功能特點：1.逐行顯示，圖像穩(wěn)定、明晰；2.極坐標、扇形和B型掃描；3.深度丈量顯示；4.聲納畫面硬盤存儲、回放；5.預留GPS接口，可輸入GPS信號實時顯示和存儲；6.扇掃中心與實踐掃描中心一致；7.光標間隔不隨間隔換檔變化；8.可存儲8幅聲納圖像；9.硬拷貝輸出圖像；10.系統(tǒng)參數(shù)永久保管；11.實時時鐘。性能特點：1.任務頻率：675kHz；2.波束開角：程度1.7°，垂直約60°；3.掃描步距角：0.225°；4.掃描范圍：360°延續(xù)掃描；5.測深精度：3‰；6.任務深度：大于100m；7.最大量程：100m，5檔可調(diào)?！捕巢噬珗D像聲納設備功能及性能特點二彩色圖像聲納DFIS-I彩色圖像聲納功能特點：1.體積小，分量輕；2.雙頻任務，適用于不同作業(yè)場所要求；3.可靠性、可維修性好，低磁性，耐腐蝕；4.功能齊全，圖文明晰易懂，操作簡一方便；5.良好的互換性，聲納頭、信號處置機都采用規(guī)范接口；6.防接錯設計，一切接插件一一對應；7.可利用計算機進展聲納圖像記錄和回放；8.信號處置機采用高可靠的工控機作為主機，可輸出視頻信號進展實時錄像；9.WindowsXPEmbedded操作系統(tǒng)；10.測高功能；11.測深功能。性能特點：1.任務頻率：400kHz±2kHz，655kHz±2kHz；2.波束開角：程度1.9°，垂直約30°；3.掃描步距角：0.225°；4.掃描范圍：360°延續(xù)掃描；5.測深精度：3‰；6.任務深度：大于100m；7.測距精度：優(yōu)于0.1米±2.5%dR；8.最大量程：200m，延續(xù)可調(diào)；9.最小量程：2m?！捕巢噬珗D像聲納設備功能及性能特點二彩色圖像聲納TKIS-I頭盔式彩色圖像聲納功能特點：1.體積小，分量輕；2.功能齊全，圖文明晰易懂，操作簡一方便；3.潛水員攜帶；4.單人操作；5.具有良好的水下水上互動功能；6.可利用計算機進展聲納圖像記錄和回放；7.信號處置機采用高可靠的工控機作為主機，可輸出視頻信號進展實時錄像；8.WindowsEmbedded操作系統(tǒng)。性能特點：1.任務頻率：678kHz±2kHz；2.波束開角：程度2.2°，垂直約22°；3.掃描步距角：0.45°；4.掃描范圍：0～150°往復掃描；5.視場角：28.5°；6.任務深度：60m；7.最大量程：100m，4檔可調(diào)?！捕巢噬珗D像聲納設備功能及性能特點二彩色圖像聲納聯(lián)接及裝配步驟聯(lián)接步驟：銜接水下電纜與聲納頭→銜接過渡纜與水下電纜纜車→銜接主機與過渡纜→銜接電源線與主機→銜接電源線與電源插座→通電。本卷須知：1.設備銜接前應進展檢查，確保各部件完備完好；2.銜接設備時應斷電操作；3.銜接水密插頭座和航空插頭座時應遵照相應的步驟和要求；4.銜接及搬運過程中應確保人身平安和設備平安?！踩巢噬珗D像聲納設備的操作運用二彩色圖像聲納聯(lián)接及裝配步驟裝配步驟：聲納頭快出水前斷電→斷開電源線與電源插座→從主機上拆下電源線→從主機上裝配過渡纜→從水下電纜纜車上拆下過渡纜→清潔水下電纜及聲納頭并沖淡→從聲納頭上拆下水下電纜。本卷須知：1.設備裝配前應關斷電源并拔除電源線；2.聲納頭及水下電纜應進展沖淡處置并擦拭干潔后再裝配裝箱；3.裝配水密插頭座和航空插頭座時應遵照相應的步驟和要求；4.裝配及搬運過程中應確保人身平安和設備平安?！踩巢噬珗D像聲納設備的操作運用二彩色圖像聲納水密插頭座的銜接裝配技巧步驟：先對準止口插入硫化頭，再按①②步驟反復順時針扭壓蓋和插入硫化頭的動作，直到可靠上緊！裝配水密插頭時，先拉硫化頭，后松金屬壓蓋，同樣是不斷反復直到卸下水密插座。以上過程不可用力過猛！本卷須知：銜接前，應仔細檢查水密插頭及插座，確認針孔對應，排除能夠存在的異物、破損、進水、變形等缺點，以保證水下電纜的銜接可靠！裝配前應進展沖淡處置并擦拭干潔，不可帶電裝配，以免呵斥設備及人員損傷?！踩巢噬珗D像聲納設備的操作運用水密插頭的銜接及裝配

①②水密插座止口位置水密插頭止口位置水密插頭硫化頭水密插頭金屬壓蓋深度傳感器防塵蓋②順時針旋緊金屬壓蓋①推入黃色硫化頭二彩色圖像聲納航空插頭座的銜接裝配技巧步驟：先對準止口插入航空插頭，再順時針擰動螺套，直到可靠上緊！裝配航空插頭時，逆時針擰動螺套直到卸下航空插座。本卷須知：銜接前，應確認針孔、類型對應，仔細檢查插頭及插座，排除能夠存在的異物、破損、進水、變形等缺點，以保證電纜的銜接可靠！裝配前應斷電，以免呵斥設備及人員損傷。〔三〕彩色圖像聲納設備的操作運用航空插頭的銜接與裝配二彩色圖像聲納拖魚的安裝運用

〔三〕彩色圖像聲納設備的操作運用二彩色圖像聲納拖魚的安裝運用在彩色圖像聲納的運用過程中，應防止聲納頭以及聲納主機發(fā)生磕碰、損傷，對于聲納公用水下電纜與聲納頭、主機的銜接部分應嚴厲按照操作闡明完成電氣、機械銜接，任何不規(guī)范的操作都能夠?qū)﹃P鍵銜接器件呵斥不可修復的損傷！水密插頭座在銜接時必需保證無異物、無水分、無損傷，以確保水密銜接可靠！彩色圖像聲納的公用水下電纜只作為傳輸信號運用，不能用于承重，在吊放聲納頭及拖魚的過程中，應防止水下電纜承載聲納頭及拖魚的分量！拖魚布放應運用專門的承重纜繩，并要保證公用水下電纜不接受分量！公用水下電纜的水密插頭一端采取了防止水下電纜及水密插頭插座銜接處接受外力的設計，如下圖，固定在水下電纜水密插頭一端的公用防受力高強度纜繩：每次運用拖魚都必需將防止水密插頭座銜接處受力的高強度纜繩固定到拖魚的吊環(huán)上，以不使水下電纜受力為宜，即在高強度纜繩拉緊時銜接段的水下電纜仍能堅持松弛。當水下電纜或拖魚遇到不測情況受力時〔如拖魚遭到撞擊或者水下電纜不測纏繞〕，高強度纜繩可以維護水密插頭座銜接處不因外力沖擊而損傷或毀壞。拖魚的承重吊纜在拖魚布放、運用時接受拖魚與聲納頭的全部分量，公用水下電纜不接受分量！

〔三〕彩色圖像聲納設備的操作運用二彩色圖像聲納聲納頭零方位確實定聲納頭0°方位：聲納頭的0°位方向其實是指，當面板上掃描中心為0°時，聲納啟動后聲納頭開場轉(zhuǎn)動的起始位置。這是一個為了方便判別聲納掃描方位而設定的零位，是一個用于參考的相對位置。。本卷須知：不同類型聲納頭的0°位方向能夠會有所不同，應根據(jù)實踐情況來判別。0°方位的作用：聲納頭的0°位方向的設定主要是為了方便目的與聲納頭之間的相對方位的斷定，與羅經(jīng)的意義不同，但作用類似?！踩巢噬珗D像聲納設備的操作運用二彩色圖像聲納聲納頭零方位確實定DFIS-I聲納頭0°方位：聲納頭兩個水密插座連線的垂向，朝向深度傳感器的一端為聲納頭掃描的0°方位，它對應于掃描中心為0°時的換能器面的法線方向。

〔三〕彩色圖像聲納設備的操作運用二彩色圖像聲納聲納頭零方位確實定CIS-2000聲納頭0°方位：聲納頭兩個水密插座連線的垂向，朝向深度傳感器的一端為聲納頭掃描的0°方位，它對應于掃描中心為0°時的換能器面的法線方向。

〔三〕彩色圖像聲納設備的操作運用二彩色圖像聲納聲納頭零方位確實定另一種確定聲納頭掃描的0°方位的方法是：(1)將聲納的任務方式開關撥至極坐標；(2)將掃描中心開關撥至0°；(3)翻開聲納電源；(4)待聲納自檢終了，進入到極坐標方式。此時，立刻按下凍結(jié)鍵,聲納頭換能器面的法線方向固定指向聲納頭掃描的0°方位。

〔三〕彩色圖像聲納設備的操作運用二彩色圖像聲納聲納頭零方位確實定聲納頭固定在載體上時的0°方位的方法：

〔三〕彩色圖像聲納設備的操作運用二彩色圖像聲納聲納頭磁羅經(jīng)的運用聲納頭磁羅經(jīng)：聲納頭的磁羅經(jīng)對應大地真北所確定的方向坐標。磁羅經(jīng)安裝在聲納頭中，用于聲納頭在水下的方向指示。磁羅經(jīng)運用時要求周圍沒有鐵磁物體構(gòu)成的磁場干擾。磁羅經(jīng)的校準：聲納頭的磁羅經(jīng)校準功能對用戶是封鎖的，由于校準時對環(huán)境的要求較高，且需求校準設備，普通需求返場校準。磁羅經(jīng)的精度：聲納頭的磁羅經(jīng)的精度約為10°，我們將不斷提高磁羅經(jīng)的精度。本卷須知：聲納頭在存放、安裝及運用時，應防止聲納頭接近鐵磁物質(zhì)，如鐵、鎳及其合金以及磁鐵等，以免導致聲納頭內(nèi)置電子羅盤偏向或失靈?！菜摹巢噬珗D像聲納設備的操作運用二彩色圖像聲納聲納數(shù)據(jù)的記錄CIS-2000：2005年以后消費的設備都配備硬盤，具備本機記錄數(shù)據(jù)的功能。同時還可以經(jīng)過聲納記錄軟件利用計算機進展同步記錄。DFIS-I：可以保管到本機，也可以保管到外接的挪動存儲介質(zhì)。TKIS-I：保管到本機或挪動存儲介質(zhì)。本卷須知：DFIS-I的數(shù)據(jù)不能保管到C盤，以免呵斥設備系統(tǒng)解體。〔三〕彩色圖像聲納設備的操作運用二彩色圖像聲納聲納數(shù)據(jù)的記錄系統(tǒng)進入任務形狀后，將用于聲納資料存儲的USB設備〔通常是U盤〕插入主機面板USB接口，并在軟件里設置將聲納記錄途徑為該USB設備。引薦運用Sandisk的高速USB設備。〔三〕彩色圖像聲納設備的操作運用警告！嚴禁將聲納數(shù)據(jù)保管到系統(tǒng)C盤！任何對C盤的操作能夠?qū)е聡乐氐南到y(tǒng)解體，請勿更改、刪除C盤的任何文件，同時嚴禁向C盤寫入任何文件！請將重要資料保管到USB設備！二彩色圖像聲納聲納操作系統(tǒng)開機：按照闡明將聲納各系統(tǒng)銜接好，并將聲納頭置于水中。當系統(tǒng)安裝就緒后聲納即可進入任務。在翻開聲納電源前，應首先檢查電源電壓能否正常。正常的電源電壓應在180V～240V之間，過高的電源電壓會損壞聲納系統(tǒng)。增益調(diào)整：聲納圖像的彩色和亮度〔當前的調(diào)色板為彩色表。對于黑白表那么為灰度和亮度?！撤从沉寺曅盘柣夭ǖ膹娙?。回波越強，圖像的亮度就越高，彩色就越艷麗。增益旋鈕控制系統(tǒng)的增益；增益太低，反射身手較弱的目的就不能顯示出來；增益太高，那么系統(tǒng)的輸出噪聲添加，使得目的難以分辨。轉(zhuǎn)動增益旋鈕，仔細察看聲納圖像的變化。操作時，將“作用間隔〞置于5米檔，任務方式選擇為“PPI〞。增益的選擇與聲納的任務間隔也有很大的關系。普通在近間隔(5～10米)作業(yè)時，可將增益設置在1/4滿刻度以下；在中等間隔(20～50米)作業(yè)時，可將增益設置在1/4滿刻度左右；在遠間隔(100米)作業(yè)時，可將增益設置在1/4～1/2滿刻度之間；在長電纜任務時，應相應提高增益?！踩巢噬珗D像聲納設備的操作運用二彩色圖像聲納聲納操作任務方式選擇：根據(jù)聲納的用途來確定聲納的任務方式，DFIS-I聲納可用在水下載體導航、避碰、水下目的搜索、目的定位、測深等方面。聲納具有四種任務方式：“PPI〞、“扇掃〞、“B掃〞、“側(cè)掃〞。“PPI〞方式用在全景搜索，聲納以載體為中心進展360度搜索，該方式的主要優(yōu)點是搜索范圍大，但搜索同一目的的間隔時間較長，對聲納頭的安裝位置有特殊要求〔載體不應影響聲納頭換能器的波束〕。在“PPI〞方式下，聲納頭的位置處于圖像顯示區(qū)的中心?！吧葤擗暼蝿辗绞结槍δ骋还潭ǖ纳让鎱^(qū)域進展掃描，它與“掃描角度〞、“掃描中心〞配合運用。在導航、避碰等運用場所，感興趣的區(qū)域普通都在載體的正前方，此時可將“掃描中心〞設置在‘0°’，“掃描角度〞設置在‘120°’進展扇掃。在水下目的搜索運用場所，在“PPI〞方式下找到目的后，可調(diào)整載體的方位使得目的處于載體的正前方，然后再改用“扇掃〞任務方式，為了加快掃描速度，可將“掃描角度〞設置得小一點。“扇掃〞任務方式下，聲納頭的位置處于圖像顯示區(qū)的邊緣。改動“掃描角度〞和“掃描中心〞，聲納頭的位置也將在顯示區(qū)邊緣上挪動。

〔三〕彩色圖像聲納設備的操作運用二彩色圖像聲納聲納操作任務方式選擇：“B掃〞任務方式是將聲納圖像進展線性變換后顯示在屏幕上，其結(jié)果使得近間隔的目的被放大。當聲納接近目的時，將聲納作用間隔設置為近間隔任務形狀〔5～10米〕，此時“B掃〞任務方式會顯示出優(yōu)越性，近間隔的目的被放大后顯示出來，可以更清楚地察看目的及其方位。值得留意的是，聲納圖像是畸變的，并且顯示的聲納圖像不隨中心角的變化而旋轉(zhuǎn)，操作時應留意聲納當前的中心角度。該方式與“掃描角度〞、“掃描中心〞配合運用?！皞?cè)掃〞可使聲納具有旁視的功能，也可用此方式測深。但作為圖像聲納，普通很少用作測深，并且在測深任務時需將聲納頭作程度安裝。在“側(cè)掃〞方式下，圖像作走航式挪動，根據(jù)中心角度的不同分為左右舷。當聲納頭朝右舷時，圖像顯示的原點位于圖像顯示區(qū)的左邊，反之，圖像顯示的原點位于圖像顯示區(qū)的右邊。

〔三〕彩色圖像聲納設備的操作運用二彩色圖像聲納聲納操作作用間隔選擇：聲納的作用間隔檔的選擇依賴于聲納的運用場所。對于較大目的的搜索，聲納的作用間隔檔普通應首先選擇在最大作用間隔檔〔200米檔或100米檔〕，以保證最有效的搜索半徑。在聲納發(fā)現(xiàn)目的，逐漸引導載體接近后，應不斷地改動作用間隔檔以提高聲納的掃描速度和目的的分辨率。當聲納用在避碰作業(yè)時，可根據(jù)載體的航行速度及要求的妨礙物預警間隔來確定聲納的作用間隔檔和掃描范圍。普通地，載體的航速越快，要求聲納的掃描范圍越小，作用間隔越大。

〔三〕彩色圖像聲納設備的操作運用二彩色圖像聲納聲納操作掃描速度選擇：作為搜索、避碰聲納的運用場所，都希望聲納的掃描速度越快越好，但在單波束機械轉(zhuǎn)動的聲納系統(tǒng)中，聲音的傳播速度制約了掃描速度的提高。本系統(tǒng)在堅持聲納目的不喪失的情況下將聲納的掃描速度提高到了極限。設有：“特快〞、“快速〞，“中速〞、“慢速〞、“特慢〞五檔。普通地，“中速〞檔的聲納圖像曾經(jīng)比較細膩，對于要求圖像質(zhì)量較高的運用場所，可采用“中速〞或“慢速〞檔掃描；在要求掃描速度的運用場所，可采用“快速〞甚至“特快〞檔掃描，它們在犧牲圖像質(zhì)量的根底上到達了掃描速度的提高，這兩檔掃描速度均不影響目的的搜索。在中、遠間隔任務時，建議運用“快速〞或“特快〞檔掃描。在較小的區(qū)域或比較淺的水域任務時，“特慢〞檔提供一種有力的手段來保證圖像的明晰度，免受多次回波的影響。當然，會大大降低掃描速度。

〔三〕彩色圖像聲納設備的操作運用二彩色圖像聲納聲納原理彩色圖像聲納是一種利用超聲波進展水下目的探測的聲學設備。它經(jīng)過聲納頭上的換能器發(fā)射出聲波，聲波在水下傳播，遇到物體就會構(gòu)成反射的回波，回波被換能器接納到以后，經(jīng)信號處置后構(gòu)成聲納圖像，顯示在主機屏幕上。彩色圖像聲納是一種機械掃描式聲納，聲納頭上的換能器在處置主機的控制下，可以360度旋轉(zhuǎn)掃描。換能器的旋轉(zhuǎn)角度可以準確控制，換能器旋轉(zhuǎn)到一個角度時，換能器發(fā)射出聲波，在既定的量程里，反射回波被接納到后，換能器才旋轉(zhuǎn)到下一個角度。這個時間非常短，足夠聲波到達目的并構(gòu)成反射回波，并被換能器接納到。由于聲波在水下傳播的速度是知的〔約1500m/s〕，聲波發(fā)射和接納到回波的時間也是知的〔信號處置計算得出〕，故而可以得出目的與換能器之間的間隔。換能器延續(xù)轉(zhuǎn)動，就可以得到目的的延續(xù)聲納影像。在這個影像中，可以得到目的與換能器的方位和間隔。

〔四〕彩色圖像聲納設備的任務原理二彩色圖像聲納聲納原理聲波在水中會衰減，不同頻率的聲波衰減程度不同，通常情況下，頻率越高，衰減得越快。衰減意味著聲波能量的耗費，能量耗費越快，聲波傳播的間隔就越近。故而一樣能量的聲波，低頻傳播的間隔要比高頻遠。DFIS-I彩色圖像聲納是一種雙頻聲納，它有兩個任務頻率，400kHz和655kHz，可以滿足不同間隔的探測要求。水域環(huán)境良好的情況下，DFIS-I彩色圖像聲納任務在低頻〔400kHz〕的作用間隔是200m，任務在高頻〔655kHz〕的作用間隔是100m。由于聲波對目的的特性，高頻任務時的分辨率要優(yōu)于低頻，故而低頻適用于大范圍粗略搜索目的，高頻適用于近間隔的察看探測。DFIS-I彩色圖像聲納的操作非常簡單，利用它來進展目的探測的難點集中在聲納圖像的判讀上。這對操作人員的要求相對較高，一方面，要有一定的水聲學和電子學專業(yè)知識，對DFIS-I彩色圖像聲納的任務原理有深化的了解，熟習設備的構(gòu)造和操作，另一方面，要有豐富的運用閱歷，可以結(jié)合目的特性、環(huán)境特征和設備特點，對目的的聲納圖像進展識別、分析并做出判別。DFIS-I彩色圖像聲納的運用是一個漸進的過程，隨著操作人員對設備的任務方式、任務原理越來越熟習，實踐運用的閱歷越來越豐富，操作運用將會越來越簡單。

〔四〕彩色圖像聲納設備的任務原理消聲水池聲納掃描圖像二彩色圖像聲納聲納原理上圖是DFIS-I彩色圖像聲納在專業(yè)消聲水池里獲得的圖像，該圖像顯示的是水池的輪廓。從聲納圖像上可以獲得該水池的外形和尺寸〔尺寸的丈量在后續(xù)章節(jié)里有詳細表達〕。假設熟習該聲納運用的操作人員，可以從聲納圖像上得出如下信息：1.水池是長方形的；2.水池的尺寸是8m×20m；3.聲納位于水池一側(cè)中心線上〔即知道聲納與水池的相對位置關系〕；4.聲納所在一側(cè)為淺水區(qū)域，另一側(cè)應為深水區(qū)域。普通來說，第一、二、三個結(jié)論應該很好得出，由于從圖像上看，很直觀。但實踐上，這是一種理想形狀下得到的聲納圖像，在真正的江河湖海環(huán)境中，很難得到這樣理想的圖像。首先，這是專業(yè)的消聲水池，在水池的池壁上都安裝了消聲尖劈，可以有效降低聲波的反射和混響，從而使得到的聲納圖像沒有鏡面反射，看起來比較直觀，操作人員可以直接判別出水池的外形、尺寸，以及聲納所處的位置。對比以下圖來看，操作人員很難一眼判別水池的池壁是哪一個，從而也就無法判別外形、尺寸。以下圖是普通水池的聲納掃描圖像，可以看到池壁的反射回波很厲害，在各個方向構(gòu)成了劇烈的鏡像反射，從而構(gòu)成復雜的聲納圖像〔圖中虛線框為實踐水池輪廓，讀者可嘗試本人判讀〕。實踐上，上圖的情況有助于剛?cè)腴T的操作人員對聲納任務原理的了解，由于它是最貼近實際情況的直觀顯示。假設運用人員對實際知識掌握的好，就很好了解上圖的聲納圖像所蘊含的信息，同樣的，對更進一步的聲納圖像判讀起來，也就更容易上手。

〔四〕彩色圖像聲納設備的任務原理普通水池的聲納掃描圖像二彩色圖像聲納聲納原理我們再回到上圖的情況，強反射依然存在，只是相對以下圖的情況要好得多。從圖中可以看出來，池壁與聲納頭連線垂直的部位反射最劇烈，在聲納圖像上呈現(xiàn)鮮紅色，在這些部位后面都可見到強反射多次回波呵斥的鏡像。通常情況下，狹窄水域，淺水水域容易呵斥強反射和多次回波，從而使聲納圖像呵斥鏡像，影響識圖和判別。還有一種情況，就是光滑平整的平面，當該平面與聲納發(fā)射聲波的方向垂直的時候，反射回波最劇烈，假設聲納頭間隔該平面較近的話，也容易構(gòu)成鏡像。這些情況是操作人員需求留意的。那么上圖得到的4個結(jié)論跟我們討論聲納的判圖有什么關系呢？第一個結(jié)論其實是指的目的外形的判別，這對目的的識別很重要。利用聲納探測目的，主要是經(jīng)過目的的外形和位置來進展判別，然而實踐運用中，目的物體的外形和位置，有的是知的，有的是未知的，那么怎樣來判別呢？普通來說，第一要充分利用知的信息，比如目的的外形、尺寸、位置，周圍環(huán)境的特點，比如規(guī)那么的建筑物、地形等，來作為參考，第二要根據(jù)現(xiàn)有條件和信息合理推測目的物體當前能夠呈現(xiàn)的形狀，從而確定目的物體。在實踐的運用環(huán)境中，情況能夠很復雜，聲納圖像上的目的外形，能夠跟目的實踐的外形相差較大，這多數(shù)情況下是由于聲納與目的物體之間的相對位置關系呵斥的，就好比我們察看一個輪胎，從不同的角度去看，它能夠呈現(xiàn)不同的外形，某個角度看是圓形，某個角度看是橢圓，另一個角度看能夠就是條狀了。所以，聲納在不同位置掃描同一目的能夠呈現(xiàn)不同的外形，因此在實踐運用中，可以嘗試從不同方向探測同一目的，從而得到可靠的斷定根據(jù)。當然，還有其他情況也會呵斥目的外形與預期不符的，比如目的物體損毀、被泥土掩埋，或是被其他物體遮擋，這時，就需求操作人員根據(jù)閱歷來進展判別了。

〔四〕彩色圖像聲納設備的任務原理二彩色圖像聲納聲納原理第二個結(jié)論是聲納圖像更進一步的判讀，就是丈量目的尺寸。要得到第二個結(jié)論，首先要滿足第一個結(jié)論，即首先要確認目的。只需確認目的后，第二個結(jié)論才有意義。確認目的有很多手段，可以根據(jù)聲納圖像上的外形判別，也可以利用水下電視、潛水員等輔助手段確認。確認目的后，即可對感興趣的尺寸進展丈量。丈量目的尺寸需求滿足一個要求，即聲納頭形狀的穩(wěn)定。DFIS-I彩色圖像聲納是一種機械式掃描聲納，延續(xù)的目的圖像的構(gòu)成依托的是聲納頭上換能器的轉(zhuǎn)動，假設聲納頭是猛烈運動的，目的圖像就會發(fā)生嚴重變形，從而導致無法判圖，更無從丈量尺寸了。普通情況下，聲納頭是安裝到艦船、ROV、潛器等平臺上固定運用的，并且要求平臺盡量平穩(wěn)低速行駛，甚至是靜泊不動的，這樣，聲納頭是相對穩(wěn)定的，可以得到無變形的聲納圖像。還有一種情況是聲納頭安裝到拖魚上運用，此時要求運用水域有一定流速，或是作業(yè)船只帶有一定航速，這樣拖魚在水流作用下可以使聲納頭堅持適當?shù)姆€(wěn)定，從而得到無變形或變形不大的聲納圖像。

〔四〕彩色圖像聲納設備的任務原理二彩色圖像聲納聲納原理第三個結(jié)論的根底依然是目的確實認，只需確認目的了，才干根據(jù)聲納圖像進展判別。有的操作人員往往忽視這個結(jié)論，其實目的與聲納的相對位置關系是很重要的一個判別，由于這通常是后續(xù)作業(yè)的根底。我們利用聲納探測、察看目的，一是要找到目的，獲取目的現(xiàn)有的形狀信息，二是為針對目的的后續(xù)作業(yè)做預備。很多情況下，目的都是要打撈、清理或者是繼續(xù)在其根底上進展其他作業(yè)活動的，相對位置關系的判別，可以為后續(xù)任務提供重要的根據(jù)。最后一個結(jié)論，能夠很難直接得出，由于從聲納圖像上無法直觀的看出，DFIS-I彩色圖像聲納只能對換能器旋轉(zhuǎn)方向上的尺度進展丈量，我們可以從聲納圖像上量出水池的長和寬，但是無法量出水池的深度。那么淺水區(qū)和深水區(qū)的結(jié)論是怎樣來的呢？這里其實就要考量操作人員對聲納的任務原理的了解、周圍環(huán)境的分析以及聲納運用的閱歷的積累程度了。調(diào)查圖3，可以看到，聲納頭周圍有一個不規(guī)那么的圈狀區(qū)域是黑色的，沒有任何目的反射信號，這是由于聲納換能器的盲區(qū)呵斥的，而在水池的另一頭，也有一片方形的區(qū)域是沒有任何目的反射信號的，這是什么緣由呵斥的呢？其實假設深知聲納任務原理富有閱歷的操作人員，立馬就能判別，是那一側(cè)的水池底部向下凹陷了，聲納發(fā)射的聲波打不到池底〔聲波被平坦部分的池底擋住了〕，從而構(gòu)成陰影，故而可以推斷，聲納頭所在的一側(cè)是淺水區(qū)，而另一側(cè)是深水區(qū)。這個結(jié)論說穿了其實很簡單，但從這個結(jié)論，我們可以得到很多啟示：聲納實際和任務原理是根底，一定要掌握牢靠，但要靈敏運用；更重要的是，要學會利用實際、環(huán)境和閱歷來做出合理的推斷，從而將聲納的運用發(fā)揚到極致。

〔四〕彩色圖像聲納設備的任務原理二彩色圖像聲納圖像根底很多情況下，聲納圖像會很類似于該物體的光學圖像。其他情況下，聲納圖像能夠很難闡明，并且和預期的光學圖像有差別。掃描產(chǎn)生的聲納圖像不同于人眼看到或是照相機拍攝的光學圖像。由于產(chǎn)生聲納圖像的超聲信號的物理性質(zhì)，導致聲納圖像的分辨率總是低于光學圖像。通常，粗糙不平的物體在很多方向上反射聲波較好，因此它們是很好的聲納目的。平滑有角的外表會在某個特定方向上呵斥很強的反射，但其他方向上能夠根本沒反射。有些物體，諸如平滑的平面，聲納能夠難以發(fā)現(xiàn)。它們能夠構(gòu)成完美的鏡像〔因此叫做鏡面反射〕，把聲納脈沖反射到預料之外的方向上。在察看者的視角里，就像是在窗戶里看到東西一樣。人眼每天都會看到反射的倒影，但是當同樣的情況出如今聲納圖像里，也會感到吃驚。就像通常的視覺一樣，它對于從不同位置掃描物體很有用，可以協(xié)助識別它們。從一個方向識別不了的目的，能夠很隨便的就從其他方向識別出來了。有一點值得留意的是，聲納圖像上的目的間隔都是斜距。通常，目的的相對高度是不知道的，僅知道其到換能器的間隔。這意味著，顯示在屏幕上一樣位置的兩個目的能夠位于不同的深度度。舉個例子，他能夠看到一個目的在海底，但是另一個目的漂浮在海面的同一位置。經(jīng)過分析陰影，可以預估海底目的的物體高度。

〔四〕彩色圖像聲納設備的任務原理二彩色圖像聲納圖像根底

〔五〕彩色圖像聲納設備的任務原理短發(fā)射脈沖約30°高約1.9°寬二彩色圖像聲納圖像根底

〔五〕彩色圖像聲納設備的任務原理二彩色圖像聲納圖像根底

〔五〕彩色圖像聲納設備的任務原理換能器轉(zhuǎn)動掃描二彩色圖像聲納圖像根底

〔五〕彩色圖像聲納設備的任務原理換能器轉(zhuǎn)動掃描目的陰影目的回波沒有回波海底回波一樣斜距不同高度的目的在聲納圖像上顯示在同一位置利用陰影長度估算目的高度二彩色圖像聲納聲納圖像案例分析彩色圖像聲納設備的運用中，聲納操作人員的作用很重要，其不僅要根據(jù)實踐情況隨時操控聲納設備，還要根據(jù)聲納圖像得出結(jié)論。聲納只是一種設備，功能性能是一定的，但是在不同閱歷的操作人員手中，發(fā)揚的作用卻不同。操作人員應立足于設備，積極開動腦筋，發(fā)揚想象力，不斷的發(fā)掘設備的潛力，開發(fā)出更多的運用方法。下面的案例分析，僅作為學員了解聲納任務流程，學習判圖方法的簡單講解，實踐閱歷的積累還要靠操作人員在運用過程中不斷的探求?！参濉嘲咐治鰪U棄油井潛水員

2003年4月，利用彩色圖像聲納進展油井的搜索和引導潛水員定位深圳西麗水庫堤壩檢查經(jīng)過軟件上標尺可以很方便地用鼠標得出各邊的長度，因此可以很容易地完成丈量堤壩坡比任務，直觀地反映出堤壩護坡的石塊堆積情況。以下圖是監(jiān)測過程中發(fā)現(xiàn)的堤壩塌陷部位的圖像由圖中可察看到堤壩水下發(fā)生坍塌，詳細位置及范圍、深度可由圖中標尺直接計算出來。檢測目的：檢查橋閘護坦有無凸出物、水流沖刷呵斥的溝壑。檢測方法，先以彩色圖像聲納進展大范圍檢測，再以水下電視確認。左圖為聲納在護坦上檢測到的圖像。從中可以看到有一明顯的不明突起物。然后用水下電視進展水下拍攝，發(fā)現(xiàn)是一塊施工時期留下的大石塊。右圖是水下電視圖像截圖。潮陽海門灣橋閘下游護坦檢測聲納設備在底坎附近的掃描圖像(圖中亮顯部分為鐵架等雜物)水下電視察看到的底坎附近堆積的鋼架等雜物小灣電站導流底孔閘門檢測聲納掃描到閘門口的外形構(gòu)造水庫閘門檢測二彩色圖像聲納●彩色圖像聲納應存放在溫度適宜、空氣枯燥、通風良好的