一種側(cè)掃聲吶檢測(cè)力的評(píng)價(jià)方法

庫(kù)安邦，周興華，董立峰，王方旗，丁繼勝，劉敦武，陶常飛

（1.山東科技大學(xué) 測(cè)繪科學(xué)與工程學(xué)院，山東 青島 266510；2.國(guó)家海洋局第一海洋研究所，山東 青島 266061）

一種側(cè)掃聲吶檢測(cè)力的評(píng)價(jià)方法

庫(kù)安邦1,2，周興華2*，董立峰2，王方旗2，丁繼勝2，劉敦武2，陶常飛2

（1.山東科技大學(xué) 測(cè)繪科學(xué)與工程學(xué)院，山東 青島 266510；2.國(guó)家海洋局第一海洋研究所，山東 青島 266061）

側(cè)掃聲吶是海洋調(diào)查常用的探測(cè)儀器，為保證測(cè)量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，對(duì)其實(shí)際探測(cè)性能的評(píng)價(jià)就顯得尤為迫切。文中從側(cè)掃聲吶的工作原理出發(fā)，梳理了檢測(cè)力和分辨力在概念上的混淆，并提出了一種評(píng)價(jià)檢測(cè)力的方法；通過(guò)在海底人工放置一些已知大小的目標(biāo)物，精確測(cè)量各個(gè)目標(biāo)物的位置信息，并使用EdgeTech 4200MP雙頻側(cè)掃聲吶系統(tǒng)對(duì)目標(biāo)物進(jìn)行掃測(cè)試驗(yàn)以檢測(cè)其檢測(cè)力。結(jié)果表明，目標(biāo)物和航跡線方向平行時(shí)，能夠清晰地分辨直徑或邊長(zhǎng)為20 cm，30 cm的物體，不能分辨出直徑為10 cm的圓形物體，但能較清晰的分辨出直徑為0.9 cm的長(zhǎng)繩；目標(biāo)物在垂直航跡線方向時(shí)，能夠清晰地分辨直徑或邊長(zhǎng)為10 cm的目標(biāo)物，但是不能分辨出直徑為0.9 cm的長(zhǎng)繩；綜合評(píng)價(jià)得出其縱向檢測(cè)力優(yōu)于1 cm，橫向檢測(cè)力優(yōu)于10 cm。對(duì)常用聲吶探測(cè)儀器的標(biāo)準(zhǔn)化體系的建立有一定的幫助。

側(cè)掃聲吶；檢測(cè)力；分辨力；方法

海底地形地貌作為認(rèn)識(shí)和了解海洋的基本信息，在海洋資源開發(fā)、海洋工程建設(shè)和海洋權(quán)益維護(hù)方面有著不可或缺的作用。海底信息的探測(cè)是進(jìn)行海底科學(xué)研究的基礎(chǔ)[1-3]，是了解海洋空間形態(tài)特征的基礎(chǔ)性資料。由于聲音在水中傳播的特殊優(yōu)勢(shì)，目前海底信息的快速獲取還主要依賴于聲學(xué)探測(cè)設(shè)備[4-6]，側(cè)掃聲吶和多波束系統(tǒng)等聲學(xué)設(shè)備已逐漸成為獲取海洋地形地貌的主流手段。然而市場(chǎng)上各種型號(hào)的聲吶儀器讓人眼花繚亂，如何正確地選擇一款質(zhì)量過(guò)硬的產(chǎn)品是各個(gè)科研單位和公司所關(guān)心的。一款好的儀器設(shè)備主要體現(xiàn)在數(shù)據(jù)質(zhì)量上，而在數(shù)據(jù)質(zhì)量保障上沒(méi)有得到應(yīng)有的關(guān)注。目前國(guó)內(nèi)對(duì)于聲吶儀器的檢校工作還處于摸索階段，沒(méi)有形成一套統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)體系，對(duì)于一些常用的側(cè)掃聲吶設(shè)備，通常直接使用或采取自校準(zhǔn)的方法，相關(guān)系統(tǒng)性能檢測(cè)方法和相應(yīng)的測(cè)試設(shè)施嚴(yán)重匱乏，沒(méi)有形成一個(gè)嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)對(duì)儀器的性能進(jìn)行評(píng)價(jià)，這樣所獲取的數(shù)據(jù)資料將會(huì)存在很大的質(zhì)量隱患，嚴(yán)重影響了探測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性。隨著海洋測(cè)繪學(xué)科的迅速發(fā)展，國(guó)家海洋局海洋標(biāo)準(zhǔn)計(jì)量中心開展了海洋聲學(xué)設(shè)備檢測(cè)校準(zhǔn)的研究，擬制定統(tǒng)一的聲學(xué)設(shè)備計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)，有效地推動(dòng)了常用聲吶儀器標(biāo)準(zhǔn)化體系建立的進(jìn)程；張濟(jì)博[7]等曾對(duì)比過(guò)相干聲吶和傳統(tǒng)聲吶的差異，對(duì)兩款儀器的檢測(cè)能力進(jìn)行了比較，但結(jié)果較為粗糙，可信度較差；董希貴[8]曾介紹過(guò)多波束聲吶主要技術(shù)指標(biāo)的鑒定方法，對(duì)多波束測(cè)量成果具有一定的保證性。長(zhǎng)期以來(lái)人們一直把側(cè)掃聲吶系統(tǒng)作為物探的儀器設(shè)備，并沒(méi)有對(duì)其各方面的探測(cè)精度做更多的要求，往往忽略了儀器的校準(zhǔn)和各個(gè)性能指標(biāo)的檢測(cè)，得到的數(shù)據(jù)資料會(huì)存在重大的安全隱患。所以研究側(cè)掃聲吶系統(tǒng)性能檢測(cè)的關(guān)鍵技術(shù)和方法，建立科學(xué)的、權(quán)威的檢測(cè)和評(píng)價(jià)體系，保證探測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可信度，對(duì)我國(guó)海洋測(cè)繪事業(yè)的發(fā)展有一定的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)價(jià)值。

本文依托海洋公益性行業(yè)科研專項(xiàng)《常用海底聲吶測(cè)量?jī)x器計(jì)量檢測(cè)關(guān)鍵技術(shù)研究與示范應(yīng)用》，在項(xiàng)目實(shí)踐的基礎(chǔ)上，提出了一種測(cè)掃聲吶檢測(cè)力的評(píng)價(jià)方法，為以后開展此類儀器設(shè)備的檢測(cè)和應(yīng)用提供參考。

1 側(cè)掃聲吶系統(tǒng)組成和工作原理

1.1 系統(tǒng)組成

本次試驗(yàn)采用的側(cè)掃聲吶系統(tǒng)是美國(guó)EdgeTech公司生產(chǎn)的EdgeTech 4200MP系列，整個(gè)系統(tǒng)主要由拖魚、拖纜、甲板單元和計(jì)算機(jī)等組成，拖魚中集成姿態(tài)、壓力等各種傳感器，為海底探測(cè)提供必要的輔助參數(shù)，拖魚通過(guò)兩側(cè)換能器發(fā)射和接收脈沖信號(hào)，實(shí)現(xiàn)對(duì)海底的探測(cè)；拖纜連接拖魚和甲板單元，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳輸，計(jì)算機(jī)主要起到控制和顯示的功能，通過(guò)運(yùn)行在計(jì)算機(jī)上對(duì)應(yīng)的采集軟件，實(shí)時(shí)顯示探測(cè)到的地形地貌。此次試驗(yàn)選用的側(cè)掃聲吶系統(tǒng)全頻譜CHIRP和多脈沖技術(shù)集成于一體，全頻譜CHIRP技術(shù)可以得到寬頻帶、高能量發(fā)射脈沖和高分辨率、高信噪比的回波，寬頻帶、低噪音的前置電子電路有效地消除了儀器引起的相位誤差和漂移。主要性能指標(biāo)如表1所示。

表1 EdgeTech 4200MP主要性能指標(biāo)

1.2 工作原理

側(cè)掃聲吶左右各有一個(gè)換能器線性陣列，每個(gè)線陣均由許多個(gè)微小的陣元組成，試想每個(gè)陣元發(fā)射一個(gè)脈沖，波束相互疊加，最終在指定的角度內(nèi)產(chǎn)生較大的波束能量。發(fā)射換能器發(fā)射一個(gè)短促的脈沖，通常我們認(rèn)為聲波是以固定的開角形成一個(gè)扇面向遠(yuǎn)處傳播，事實(shí)上發(fā)射的聲脈沖信號(hào)并不是完全按照人們意愿的那樣，如圖1(a)，實(shí)際的聲吶信號(hào)是以球面波的形式向四周發(fā)射的，儀器標(biāo)稱的垂直波束開角也是局限在-3 dB內(nèi)的角度，它是主瓣軸線與其側(cè)下方的旁瓣軸線之間的夾角，而脈沖的大部分能量都集中在這個(gè)角度內(nèi)，我們稱之為波束的指向性。通常為了提高測(cè)量效率，更多地接收海底回波，如圖1(b)所示的探測(cè)剖面圖，側(cè)掃聲吶兩側(cè)換能器基陣會(huì)有一個(gè)斜向下20°～40°不等的安裝傾角，使盡可能多的波束向海底發(fā)射，發(fā)射的扇形脈沖碰到海底產(chǎn)生的反射或散射回波會(huì)原路返回，根據(jù)距離長(zhǎng)短被先后接收，每一次接收的回波數(shù)據(jù)顯示在顯示器上為一窄梯形，每一點(diǎn)的位置和回波到達(dá)的時(shí)刻對(duì)應(yīng)，因此每次發(fā)射得到的回波是一個(gè)個(gè)的脈沖串。脈沖串幅值的高低變化對(duì)應(yīng)海底起伏軟硬的信息，幅值較低說(shuō)明無(wú)回波信號(hào)或回波較弱，而幅值較大則說(shuō)明回波信號(hào)較強(qiáng)，海底可能存在顯著的目標(biāo)物。通常硬的、粗糙的和凸起的海底回波信號(hào)強(qiáng)；軟的、平滑的和凹陷的海底回波弱；被遮擋的海底無(wú)回波，形成聲影區(qū)；另外，距離越遠(yuǎn)回波信號(hào)越弱[9]。換能器按一定的時(shí)間間隔發(fā)射接收脈沖，將每次接收到的一呯呯回波數(shù)據(jù)顯示排列起來(lái)，就得到了二維海底地形地貌的聲圖。操作人員借助計(jì)算機(jī)對(duì)聲圖進(jìn)行進(jìn)一步的處理，根據(jù)輸出的二維圖像對(duì)海底地貌進(jìn)行判讀。

圖1 側(cè)掃聲吶工作原理

1.3 檢測(cè)力與分辨力

分辨力是側(cè)掃聲吶的一個(gè)重要指標(biāo)，它指的是在聲吶圖像中能區(qū)分兩目標(biāo)物的最小距離，可分成縱向分辨力dx和橫向分辨力dy（如圖2）。換能器發(fā)射脈沖不僅有一個(gè)較寬的垂直開角，還有一個(gè)很窄的水平波束角，兩者分別對(duì)應(yīng)著側(cè)掃聲吶的橫向分辨力和縱向分辨力，橫向分辨力是區(qū)分垂直于航向海底兩目標(biāo)物之間的最小距離；而縱向分辨力是區(qū)分平行航行方向的兩目標(biāo)物之間的最小距離。

圖2 脈沖發(fā)射立體圖

圖3 側(cè)掃聲吶分辨力解譯圖

側(cè)掃聲吶的分辨力大小可以通過(guò)具體的模型計(jì)算出來(lái)，它們的關(guān)系如（1）式所示：

式中：R為換能器至目標(biāo)物的斜距；θx是水平波束角；c為聲速；τ為發(fā)射脈沖的長(zhǎng)度；θ為聲波掠射角，就是斜距與水平海底面之間的夾角，而這些關(guān)系成立的前提均是假設(shè)海底為一平面。其中縱向分辨力受水平波束開角和斜距的影響較大，同樣也與船速和脈沖發(fā)射間隔有關(guān)；而橫向分辨力受發(fā)射脈沖寬度的影響較大，同樣也受拖魚高度和船速等的影響。圖4表示的典型側(cè)掃聲吶在脈寬為0.1 ms時(shí)縱、橫向分辨力與掠射角的函數(shù)關(guān)系，由圖可知，在掠射角為15°～60°的區(qū)域內(nèi)，兩者分辨力都相對(duì)較高，總體上伴隨斜距的變化二者呈現(xiàn)出相反的趨勢(shì)，可以為下面試驗(yàn)提供一定的參考依據(jù)。

圖4 側(cè)掃聲吶分辨力與掠射角關(guān)系圖

分辨力是體現(xiàn)儀器性能的量化指標(biāo)，可以通過(guò)相關(guān)的計(jì)算求出其影響因素的最優(yōu)組合，從而提高工作效率。而在日常工作中，人們往往會(huì)把分辨率、分辨力和檢測(cè)力這三個(gè)概念混為一談，以前人們多用分辨率這一概念形容或評(píng)價(jià)儀器或圖像的質(zhì)量?jī)?yōu)劣，在不同的領(lǐng)域有不同的解釋。根據(jù)GJB2715-2009《軍事計(jì)量通用術(shù)語(yǔ)》第2.6.16條[10]，分辨力的英文也為“resolution”，意為“引起相應(yīng)示值產(chǎn)生可覺(jué)察到的變化的被測(cè)量值的最小變化”。另外，根據(jù)2.6.17條，顯示裝置分辨力“resolution of a displaying device”，解釋為“顯示裝置能有效辨別的最小示差值”。因此，分辨力是有單位的數(shù)值，而不只是泛泛地對(duì)“分辨能力”的簡(jiǎn)稱。而根據(jù)最新國(guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，分辨率和分辨力所表達(dá)的意思基本上是一致的，但分辨率是推薦使用的行業(yè)術(shù)語(yǔ)，而分辨力已成為強(qiáng)制執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)，所以使用分辨力這一術(shù)語(yǔ)描述儀器性能指標(biāo)更為規(guī)范一些。而檢測(cè)力和分辨率、分辨力均不相同，它沒(méi)有固定的量化標(biāo)準(zhǔn)和計(jì)算模型，它表示的是能看到最小目標(biāo)的能力，而不是像分辨力那樣分辯兩目標(biāo)物之間的最小距離，可以這么理解，檢測(cè)力是分辨力的總體現(xiàn)，檢測(cè)到的目標(biāo)能力越強(qiáng)，對(duì)應(yīng)著的分辨力也越好，相應(yīng)的儀器性能也就越好，它可以作為體現(xiàn)儀器性能的重要指標(biāo)。但檢測(cè)力的影響因素是綜合性的，不像分辨力有具體的量化計(jì)算方法，加上試驗(yàn)過(guò)程外部因素影響眾多，因此實(shí)際的檢測(cè)力大小只能進(jìn)行相對(duì)性的評(píng)價(jià)，沒(méi)有一個(gè)絕對(duì)的數(shù)值體現(xiàn)，而其實(shí)際影響因素需根據(jù)相關(guān)試驗(yàn)進(jìn)行分析總結(jié)。

2 方法設(shè)計(jì)

檢測(cè)力的概念跟分辨力相近相通，因此可以推斷檢測(cè)力也不外乎受船速、拖魚高度和量程等因素的影響，試驗(yàn)的過(guò)程中需適時(shí)調(diào)整相關(guān)參數(shù)使其達(dá)到最優(yōu)的探測(cè)效果，從而才能對(duì)檢測(cè)力這一指標(biāo)進(jìn)行相對(duì)準(zhǔn)確的評(píng)價(jià)。

2.1 試驗(yàn)準(zhǔn)備

根據(jù)試驗(yàn)要求，加工制作了邊長(zhǎng)為10 cm，30 cm的正方塊和直徑為10 cm，20 cm，30 cm的圓球共計(jì)6個(gè)（下圖5），材料均選用不銹鋼材料。因?yàn)榍捌谠囼?yàn)時(shí)各目標(biāo)物之間間距太短，海流等因素的影響易造成目標(biāo)物的纏繞，不易對(duì)其進(jìn)行解譯，所以后期試驗(yàn)改為5 m等間距，通過(guò)直徑為0.9 cm的細(xì)繩相互連接，在繩子兩端分別捆綁一個(gè)小型船錨，當(dāng)目標(biāo)物被釋放到海底時(shí)，便于將其穩(wěn)定在海底，位置不會(huì)因海流等的影響發(fā)生太大的變化，長(zhǎng)繩的另一端系一個(gè)浮球，方便打撈時(shí)尋找?，F(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)時(shí)，需頂流將其慢慢的放入水中，各個(gè)目標(biāo)物都能夠相互分離開來(lái)，方便數(shù)據(jù)采集后對(duì)目標(biāo)物的解譯。

圖5 目標(biāo)物連接設(shè)計(jì)圖

待放入海底的目標(biāo)物位置趨于穩(wěn)定后，利用GPS和Seabat7125高分辨率多波束測(cè)量系統(tǒng)對(duì)各個(gè)目標(biāo)物進(jìn)行掃測(cè)得到其精確的位置信息，為后續(xù)側(cè)掃聲吶的測(cè)線布設(shè)和測(cè)量提供基礎(chǔ)信息。圖6為多波束掃測(cè)到的鋪設(shè)的海底目標(biāo)物的信息，為防止海流對(duì)此次試驗(yàn)制作的目標(biāo)物的沖刷影響，一方面是在目標(biāo)物兩端加裝了船錨，另外就是此次制作的目標(biāo)物相對(duì)較重，位置相對(duì)穩(wěn)定，為試驗(yàn)提供了有利條件。

圖6 多波束測(cè)量系統(tǒng)確定目標(biāo)物位置圖

2.2 測(cè)線布設(shè)

在確定目標(biāo)物的精確位置后，根據(jù)目標(biāo)物的位置信息，在該目標(biāo)物連成的直線兩側(cè)間隔為10 m各布設(shè)測(cè)線5條；同時(shí)在垂直該目標(biāo)物直線方向兩側(cè)布設(shè)測(cè)線作對(duì)比分析。每條測(cè)線至少往返測(cè)量?jī)纱危{(diào)整好各參數(shù)保持不變，改變拖魚至目標(biāo)物的距離，對(duì)比側(cè)掃聲吶系統(tǒng)對(duì)目標(biāo)物檢測(cè)效果的變化；同理在保證其他參數(shù)一定的情況下，改變側(cè)掃聲吶的量程，對(duì)比不同量程對(duì)其檢測(cè)力的影響效果；同理調(diào)整拖魚入水深度，比對(duì)拖魚入水深度的不同對(duì)檢測(cè)力的影響效果；最后在垂直于目標(biāo)物連成的直線方向?qū)δ繕?biāo)物進(jìn)行探測(cè)，對(duì)比印證縱橫向探測(cè)檢測(cè)力的變化情況。

2.3 結(jié)果分析

（1）選擇頻率為400 kHz，量程50 m，為使探測(cè)效果達(dá)到最佳，船速盡量保持在3 kn左右，測(cè)區(qū)水深大約11 m，地勢(shì)較平坦，拖魚入水深度調(diào)整到3 m左右。首先測(cè)試目標(biāo)物連成的直線和拖魚平行時(shí)側(cè)掃聲吶的檢測(cè)力，如圖7所示，圖(a)為探測(cè)目標(biāo)與拖魚平行距離為10 m左右，圖(b)為探測(cè)目標(biāo)與拖魚平行距離為20 m左右，圖(c)為探測(cè)目標(biāo)與拖魚平行距離為30 m左右，3張圖都能清晰的看到4個(gè)目標(biāo)物，圖（7）中最下邊目標(biāo)是小型船錨，上邊依次為繩子串聯(lián)的目標(biāo)物，由圖（7）可知，圖(b)效果為最佳，它能清晰的分辨出直徑或邊長(zhǎng)20 cm、30 cm的目標(biāo)物，也能分辨出邊長(zhǎng)為10 cm的方形目標(biāo)物，能略微看到直徑為10 cm的圓形目標(biāo)物，但效果較差；圖(a)目標(biāo)物變形最小，但是圖像效果較差，分析可能是因?yàn)閳D(a)中的目標(biāo)物位置離拖魚正下方較近，海底散射回波較大，噪聲污染影響了對(duì)目標(biāo)物的判讀；圖(c)中目標(biāo)物變形較大，原因是距離換能器距離較遠(yuǎn)，距離向的壓縮變形導(dǎo)致的，但是能更加清晰地看到連接目標(biāo)物的細(xì)繩，推斷其原因，一是跟目標(biāo)物的形狀有關(guān)，二是距離向的變形反而使繩狀的物體更易被發(fā)現(xiàn)；綜合評(píng)價(jià)在縱向探測(cè)方向上，側(cè)掃聲吶探測(cè)系統(tǒng)檢測(cè)力優(yōu)于1 cm，也與縱向分辨力的變化相符合。

圖7 距離變化對(duì)檢測(cè)力的影響

（2）保持發(fā)射頻率、拖魚入水深度、船速等參數(shù)不變，改變側(cè)掃聲吶的量程，如圖8所示，圖(a)為量程50 m檔探測(cè)到的目標(biāo)物，圖(b)為量程25 m檔探測(cè)到的目標(biāo)物，目標(biāo)物均位于距離拖魚約20 m的位置，可以看到量程50 m檔時(shí)不能清晰地看到10 cm的圓形目標(biāo)物，量程為25 m檔時(shí)能清晰地反映出目標(biāo)物的輪廓，但是對(duì)于直徑為10 cm的圓形目標(biāo)物也無(wú)法做出精確地判讀，但是圖(b)反映的目標(biāo)物更加清晰，同樣的距離，量程的改變實(shí)則是起到了一個(gè)“放大鏡”的作用，但同時(shí)也使得目標(biāo)物在圖像上的變形顯得更大；說(shuō)明同樣的距離，量程與檢測(cè)力呈現(xiàn)反相關(guān)的關(guān)系，實(shí)際探測(cè)時(shí)要予以考慮。

圖8 量程變化對(duì)檢測(cè)力的影響

（3）保持發(fā)射頻率、船速、量程等各參數(shù)保持不變，改變拖魚入水深度，圖9(a)～(c)分別為拖魚入水深度5 m，6 m和8 m時(shí)探測(cè)到的目標(biāo)物，可以看到拖魚入水深度為8 m時(shí)探測(cè)所得的聲圖對(duì)目標(biāo)物的反映更加細(xì)致，基本上可以看到直徑為10 cm的圓形目標(biāo)物，同樣變形也較大，所以拖魚距海底越近，側(cè)掃聲吶的檢測(cè)力相對(duì)越高，探測(cè)精度相對(duì)就越高。

圖9 拖魚入水深度變化對(duì)檢測(cè)力的影響

（4）頻率為400 kHz，船速保持在3 kn左右，拖魚入水深度為3 m。在垂直于目標(biāo)物連成的直線方向上對(duì)目標(biāo)物進(jìn)行掃測(cè)對(duì)比橫向上側(cè)掃聲吶檢測(cè)力的變化。如圖10所示，在距離向上，可以清晰地看到直徑為10 cm的圓球，但是卻看不到連接目標(biāo)物的細(xì)繩，推斷是因?yàn)樵跈M向上，反映在聲圖上的目標(biāo)物主要受壓縮變形的影響，而把細(xì)繩分解為一個(gè)個(gè)橫向上的小目標(biāo)元，其目標(biāo)物上的回波信息太少以至不足以呈現(xiàn)在聲圖上，而在橫向上對(duì)目標(biāo)物之間的區(qū)分能力明顯優(yōu)于縱向，說(shuō)明側(cè)掃聲吶系統(tǒng)橫向分辨力優(yōu)于縱向分辨力，與其性能指標(biāo)相符合；綜合分析在橫向上檢測(cè)力優(yōu)于10 cm，對(duì)于管線的檢測(cè)相比縱向較差，對(duì)以后的海底管線測(cè)量也是一個(gè)很好的啟示。

圖10 垂直于目標(biāo)物直線探測(cè)圖

3 結(jié)束語(yǔ)

本文根據(jù)側(cè)掃聲吶工作原理對(duì)分辨率、分辨力和檢測(cè)力進(jìn)行了區(qū)分，對(duì)分辨力變化進(jìn)行了量化解釋和分析，并就檢測(cè)力這一性能指標(biāo)提出了一種評(píng)價(jià)方法，進(jìn)行了相關(guān)試驗(yàn)并分析了不同因素對(duì)檢測(cè)力的影響，對(duì)一款常用的側(cè)掃聲吶儀器的相對(duì)檢測(cè)能力做了分析，綜合分析試驗(yàn)儀器在平行航跡方向上測(cè)探管狀物體效果較好，優(yōu)于1 cm，而對(duì)分離的目標(biāo)物探測(cè)精度相對(duì)較差；而在垂直航跡方向上，對(duì)目標(biāo)探測(cè)得到的圖像效果較好，對(duì)分離的目標(biāo)物的探測(cè)檢測(cè)力優(yōu)于10 cm，而對(duì)管狀物的檢測(cè)效果較差。評(píng)價(jià)側(cè)掃聲吶性能的指標(biāo)有很多，檢測(cè)力只是其中的一個(gè)方面，而影響側(cè)掃聲吶探測(cè)性能的許多重要指標(biāo)如聲源級(jí)、橫向分辨力和縱向分辨力等則需要更系統(tǒng)的方法去驗(yàn)證，一款聲吶探測(cè)儀器的性能好壞需要通過(guò)對(duì)各個(gè)因素進(jìn)行綜合分析，才能得出比較全面的結(jié)論。

因?yàn)榇舜卧囼?yàn)是在海上進(jìn)行的，海上不確定因素很多，每次測(cè)量的試驗(yàn)環(huán)境都會(huì)有或多或少的不同，對(duì)試驗(yàn)結(jié)果會(huì)產(chǎn)生一定的影響；而且對(duì)檢測(cè)力的判斷是通過(guò)人的肉眼對(duì)探測(cè)聲圖的解讀，沒(méi)有一個(gè)量化的解決方法，做出的判斷會(huì)存在一些偏差。筆者會(huì)以此為開始，繼續(xù)詳細(xì)地研究側(cè)掃聲吶其他性能指標(biāo)的檢測(cè)方法，同時(shí)也希望相關(guān)部門能夠協(xié)同合作，早日建立起我國(guó)聲吶標(biāo)準(zhǔn)化計(jì)量體系，形成一套完整的檢測(cè)解決方案，保障聲吶數(shù)據(jù)的可靠性和準(zhǔn)確性。

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An Evaluation Method for Side Scan Sonar Detection Force

KU An-bang1,2,ZHOU Xing-hua2,DONG Li-feng2,WANG Fang-qi2,DING Ji-sheng2,LIU Dun-wu2,TAO Chang-fei2
1.Geomatic College,Shandong University of Science and Technology,Qingdao 266510,Shandong Province,China; 2.First Institute of Oceanography,State Oceanic Administration,Qingdao,266061,Shandong Province,China

Side scan sonar is often used for marine survey detection.In order to ensure the accuracy of measured data,evaluation of the actual detection performance is of particular significance.Based on the working principle of side scan sonars,this paper analyzes the confusion of detection force and resolution in terms of concepts,and presents an evaluation method for the detection force.Some objects with known size and position are placed on the seafloor,and the EdgeTech 4200MP dual frequency side scan sonar system is applied to accurately detect the position information of each target.The results show that when the objects and track direction are parallel,it is capable of clearly distinguishing the object whose diameter or length is 20 cm and 30 cm.However,it cannot clearly distinguish the object whose diameter is 10 cm.Nevertheless,it can clearly distinguish the long rope whose diameter is 0.9 cm.When the objects and track line are vertical,it can clearly distinguish the object whose diameter or length is 10 cm,but it cannot distinguish the long rope whose diameter is 0.9 cm.It can be concluded that its parallel detection force is less than 1 cm and its vertical detection is less than 10 cm.The results of this paper is conducive to establishing a standardized system for side scan sonars.

side scan sonar;detection force;resolution;method

P715

A

1003-2029（2017）02-0035-06

10.3969/j.issn.1003-2029.2017.02.006

2017-01-11

海洋公益性行業(yè)科研項(xiàng)目資助（201305034）；國(guó)家自然科學(xué)年基金資助項(xiàng)目（41606056）

庫(kù)安邦（1991-），男，碩士研究生，主要從事海底地形地貌測(cè)量及其數(shù)據(jù)處理。E-mail:13156285132@163.com

通訊簡(jiǎn)介：周興華，教授，博士生導(dǎo)師，主要從事海洋勘測(cè)技術(shù)及導(dǎo)航定位方面的研究。E-mail：xhzhou@fio.org.cn