SHALLOW WATER MULTIBEAM SONAR PERFORMANCE,RESULTS FROM A MODERN HYDROGRAPHIC SURVEY SYSTEM

浅水多波束声呐在现代水文测量系统中的表现

介绍

根据与美国国家大气和海洋管理局（NOAA）的分支机构——海岸调查办公室的合同，科学应用国际公司（SAIC）在1995年四月至九月期间进行了一次水文调查活动，这是首次采用多波束侧扫声呐。调查活动使用了SAIC的综合水文调查系统（IHSS），该系统集成了一个Reson SeaBat多波束声呐和一个Klein侧扫声呐。

调查活动在Long Island Sound和Martha’s Vineyard附近水深5.5米至60米区域进行。合同的要求包括实现100%多波束覆盖和200%侧扫覆盖；在450侧扫角度，试验测得数据要符合IHO（国际海道测量组织）标准，在更大的可用角度，数据要符合2倍的IHO标准；非交叉轨迹的多波束“脚印”要大于3米；波束间隙不大于3m 3m；20m以内水深，空间分辨率小于1m，20-30m水深空间分辨率小于2m，超过30米水深，分辨率下降1%每米。

本文讨论了多波束声呐以及相关传感器和IHSS的选取、配置和校准，使测量满足IHO标准。为了将多波束声呐应用到水文测量，许多事情（波束精度、覆盖、校准器的应用、数据量和吞吐量）都需要讨论。一些实时处理工具被用来修改SAIC的IHSS，文章描述了第一次的调查活动。

多波束声呐的选择

SAIC开发了误差模型和覆盖模型来决定误差容限和描述声呐性能。误差模型是建立在Pohner[1]的工作基础之上的，该模型分析了绘图系统各部分误差以及估计了它们对系统总误差的贡献值。输入到模型的单个传感器误差包括它的位置、姿态、朝向、声速、时间同步、延时。该模型的价值在于能够让个人明白怎样提高单个传感器的精度，从而提高整个系统的性能。覆盖模型控制波形尺寸、波束宽度、船速，以及根据SAIC的调查计划软件制定调查计划。

根据合同要求以及误差模型和覆盖模型的结论，具有双换能器的SeaBat9002多波束声呐被选取。这个选择基于SeaBat的更新速率和测量精度。双换能器的配置允许的最大测量角度1500.此外Reson系统的波束模式是1.50的交叉轨迹，同时可附带1.50、2.40、100的沿迹调查，这使得波束覆盖适合各种深度。在这些调查深度，使用了两个宽带的发射波。波束发射频率1.5Hz--7.5Hz，使得沿迹波束覆盖不会影响调查速度。

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选择Reson的另一个有意义的根据是，在给定的侧扫角度下，其产生的数据符合IHO以及2 IHO标准。误差模型根据Huff et al[2]和Du et al[3]研究成果估计了Reson的精度。如图一所示，重复试验和采用Eeg模型[4]对实时数据的误差分析表明，数据精度超过了原先的误差模型的估计值。

除了SeaBat9002声呐，SeaBat6042处理器也被用来将角度测量信息转化为声压信息。根据SAIC的要求，对SeaBat6042处理器做了改进，使它能够进行实时折射修正以及几何修正。其它的改进包括一个高精度定时接口，一个能将数据快速转移到计算机的网络适配器。SeaBat9002声呐安装在一个直径8公分的不锈钢柱，可以水平放置或者垂直放置。一旦安装固定，它与参考罗经保持垂直不变。

系统配置

多波束声呐通过一个接口连接着IHSS，IHSS是SAIC的核心系统之一，基于UNIX或者OS操作系统。这些系统接有许多导航声呐和海洋用声呐。IHSS与ISS-60有很大的联系，最早应用于美国海军。

IHSS使用惠普712 UNIX工作站，通过接口与Reson SeaBat6042和计算机连接，能够提供定时和导航信息。所有的相关的数据采用GPS系统时钟同步。时间延时测试表明，所有采集到的用来测深的数据同步精度达0.01秒或者更好，所有用来水平位置定位的数据，同步精度达0.2秒或者更好。

水平位置的控制采用的差分GPS定位，通过一个私人的维护站提供校准。为了提供独立的定位精度评估，第二个差分GPS定位----美国海岸警卫队使用的，被投入使用。IHSS通过对两组定位导航数据实时比较，如果差别大于门限值则会发出警告。姿态信息通过TSS 335B提供，船艏数据则是通过MK32罗经提供。

误差模型表明，多波束声纳最大的测量误差来自于声速的变化，由于测量地区是近岸河口地区，水中物理特性变化迅速。试验配置了Seabat CTD，来实时监控声速。数据经过SeaBat SeaCat STDs分析过之后，生成的声速剖面被下载到Reson 6042处理器中。

IHSS还配置了一个Klein 595侧扫声纳和一个Polaris Eoscan系统。IHSS为两者提供定时和导航信息。侧扫声纳的连接和覆盖信息通过Eoscan处理之后，送入IHSS。数字化的数据直接在Eoscan中magneto-optical媒介上取对数。 工程测试

适合浅水条件的阵列校准程序修改自NOAA深水标准校准程序。这些程序

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用来修正多波束声纳阵列与罗经传感器的相对垂直，验证所有的天线和换能器的偏移量得到了有效的补偿。无论什么时候，任何一个系统组成单元发生了变化，阵列校准程序都会运行。SAIC开发的统计软件用来自动测量纵摇、横摇、船艏等偏移量，以便能用一个小时内测得的数据来确定偏移量。自动化程序还能提供几百个独立的测量值，用来计算合成的偏移角度，结果比纯手动计算结果要好很多。

在移除了最 …… 此处隐藏：4495字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……