第一章 海洋调查和探测技术(part2).

侧扫声纳描隆起物的情形
扫描声纳图像
• ( 三) 鱼探仪 • 在 20 年代初使用测深仪的时候 , 一些细心的航海 家仔细观 察了测深仪记录之后 , 发现在记录上除 了海底反射信号之外 , 还 出现星星点点的黑斑。 经过仔细研究, 发现这种黑斑原来是鱼的反射信号, 黑斑越多, 鱼就越多。所以垂直测深仪经过改进 , 就 成为专门的鱼探机。现代的鱼探机都已小型化 , 功能增强, 可利 用获得的鱼群回波, 大致判断出鱼 群的位置、范围和密集程度。 通常使用垂直探鱼 仪可以探测底层的鱼类; 水平探鱼仪能探测上层和 中层的鱼类, 估计鱼群的大小和范围。
• 四.水声通讯技术 • 水声通讯是无缆的水下信息传输设备， 利用海水介质以应答和自动方式实时的传 输各类传感器的输出数据至岸战、指挥船 或水面浮飘。 主要有水声通讯机、水下图像传输、水 声遥测遥控系统。
（一）水声通讯机 利用声波在水下传递信息的设备 分两种： 第一种：载波语言调制声波或直接辐射语 言声波 • 第二种：数字编码通讯 • • • •
（二）侧扫声纳
• 又称“旁视声纳”或“海底地貌仪” • 侧扫声纳的水平波束角极窄 , 般只 有 1.5°-2.5°, 垂直波束角为 10° - 30° • 组成：拖曳体 、拖缆、绞车收放装 置、发 射接收系统及终端记录装 置组成。
侧扫声纳拖曳体
侧扫声纳示意图
• 发射机与换能器基阵相对应，分左右两个 发射机，统一于主控同步触发脉冲，产生 的振荡脉冲分别送入左右换能器阵列，转 换成声波脉冲向两侧海底辐射 。 • 为补偿回波随时间（距离）增大引起的声 波衰减，接收机设有时间增益控制，放大 倍数随着声波传播时间变化。
• 拖鱼上的两个换能器, 在与船迹垂直方向上 分别发射一个扇形声 波束,在水平面中波束 宽度一般是1° -2 °, 在垂直面内一般为 20 °-30°, 并且相对水 平面倾斜 10 °
• 侧扫声呐换能器收到海底 各点回波的时间有先后之 分,故记录器在将一次声 波脉冲发射过程中的各点 回波记录时,是按先后次 序依次记录在一条横线上 的。 • 如图所示,0 为零位线,M 为海面线, 它是从海面M 反射回来的回波信号记录 线,OM为换能器吃水深度; A为海底回波信号记录 线,OA(Hf)为换能器至海 底的深度;c为礁顶。
水下探头部分
• 目前国内外广泛使用的 CTD 剖面仪有 Neil/Brown MarkⅢ型和 SeaBird 911 型。 MarkⅢ型CTD由水下部分和船上接受部分组成, 两 部分之间用绞车电缆连接。水下部分也称探头, 它用来感应需测量的物理量并将它们转换成移频 信号, 通过铠装电缆传送到船上的接受部分。 • 水下部分主要包括压强(D)、温度(T)和电导率(C) 传感器相应的接口、10KHZ 振荡器、精密的AC数 字化器、格式器、控制器及移频调节器等电子元 件器件和线路。
• 双频探测仪—同时高低频发射 • 低频深度Hlf，高频深度Hhf • 淤泥厚度
• 4.四波束扫海测深仪 • 四波束扫海测深仪具有安装灵活、操作方 便等优点。 • 在航道、港口及近岸地区大比例尺水下地 形测量及障碍物探测中得到了广泛应用 。 四波束扫海测深仪主要由四个收、发台的 换能器, 同步控制器和记录器组成。 安装方式有舷挂式和悬臂式两种
• ( 四 ) 声学多普勒海流计 • 用于测量海流速度的仪器。即以海底和海水作 为调查声源的参照物, 从船上向海中发射频率稳定 的声脉冲信号, 当声波到达海底, 相对运动船上的 声源, 就会产生多普勒频移, 由船上的接 收器接收 海中和海底的声散射信号, 通过计算机就可获得各 层海水流动的速度。在此基础上, 还研制了剖面海 流计。采用这些设备, 发现了大洋中有周期几十秒 到几十分钟的内波传播。
• Tw 闭端颠倒温度计经器差和还原订正后的主温表 读数 ( 即当场水 温 ); t ‘ --开端颠倒温度计的辅温 表经器差订正后的读数; T ’ --开端颠倒温度计的主 温表经器差订正后的读数； V0‘ --开端颠倒温度计 的主温表自接受泡至刻度0℃处的水银容积 , 以温 度度数表示
• 3）电子式温盐深自记仪 (CTD) 测温 • CTD 仪自 1974 年问世 后很快被用于海洋调查 中, 近年来在我国海洋调 查中也日益广泛地使用 CTD 仪。
• 原理： • 当投下使锤,击中释放器的撞击 开关, 于是挡钩张开, 仪器上端 离开钢丝绳,整个仪器以固定点 为中心, 旋转180°这时 , 通过 连接杆使上下活门 自动关闭。 当连接杆移动过圆锥体的金属 片之后, 上下活门自动关闭。 • 当仪器上端离开钢丝绳的同时, 使锤继续沿钢丝绳下落, 击中固 定夹体 上的小杠杆 , 使锤在钢 丝钩上的第二个击锤又沿着钢 丝绳下落, 击中下一个 采水器 的撞击开关, 使下一个采水器也 自动颠倒、采水。
海洋观测仪器
• （1）海洋物理性质观测仪 • 1）颠倒采水器 • 结构：颠倒采水器是由一个具有活门的采水桶构 成 , 在上下活门的两端装有平行杠杆 , 通过连接 杆将平行杆连接在一起 , 使上下活门可以同时启 闭 , 通 过仪器下端的固定夹杆和上端的释放器及 穿索切口把颠倒采水器固定在直径不大于 5 mm 的钢丝绳上。
• 在离贮蓄泡不远的毛细管上 , 有一狭窄处 (9), 并从这里向贮蓄泡方面伸出一盲枝当温 度计被颠倒时 , 水银必须永远断在盲枝的分 枝处 , 这是决定温度计示数量确性的主要原 因。在盲枝上面不远的地方,有一个弯了一 圈的困环,整个圆环部分的毛线管部很彭大, 它是用来容纳在温度计颠倒后由于温度升 高而从贮蓄泡膨胀出来的水银。
—回声探测仪、侧扫声纳、鱼探器、声学多普勒海流计。
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被动声纳 声纳重入系统 水声遥测控制 水声通讯议
• 一.主动声纳
主动声纳工作原理框图
（一）回声探测仪（测深仪）
• 1.基本原理 • 声波在均匀介质 中做匀速 直线传播, 在不同介面上 产生反射, 利用这一原 理, 选择对水的穿透能力最佳、 频率在 1500Hz 附近的超 声波, 在海面垂直向海底 发射声信号, 并记录从声 波发射到信号由水底返回 的时间间隔, 通过模拟或 直接计算, 测 定水体的深 度。
• 颠倒温度计的结构和原理 • 颠倒温度计有闭端 ( 防压 ) 和开端 ( 受压 ) 两种 , 均需配在颠倒采水器上使用。前者用 于测量水温, 后者与前者配合使用，确定仪 器的沉放深度。
• 2）颠倒温度计 • 原理： • 将两支温度计--主要温度计 ( 简称主温 1) 和辅助温度计 ( 简称辅温 2) 一同装在 一个厚壁玻璃套 (3) 内。主温用于测量 水温, 辅温用于测量玻璃套管内的温度 以进行还原订正。主温与辅温互相倒置, 用两金属箍 (4) 和 (5) 固定在一起 , 并用 软木塞 (6) 及镶在金属箍上的弹簧片 (7) 固定在厚壁玻璃套管内 。 • 主温由贮蓄泡和与其相连的毛细管 (8) 构成 , 在贮蓄泡与外套管之间的间隙 里，为了消除空气的绝热作用而装有 银 , 并用软木塞 (6) 堵住使它不往外涌 , • 水银不能完全装满 , 以免温度计沉入后 贮蓄泡受到压力而破裂。
d e 侧扫声纳系统拖曳式工作方式
•
回波信号的强弱除与海底地貌的起伏、海底底 质的性质等有关外,还与传播路径的远近有关。 • 海底有一障碍物 (如暗礁、沉船等)：从a至b 这一段海底基本是平坦的,由于接收机时间增益控 制电路的补偿作用,α至b线的黑度是均匀的。而 隆起物正面b至c一段海底,由于声波的掠射角增大, 反向散射回波强,记录bc段的黑度就加深了。过了 C点以后,由于Oc和Od的斜距有一个突变,因而就有 一段时间内没有回波信号, 直到d点为止,cd 段在 记录纸上就没有记录。再向前,de 段又是平坦海 底。回波记录与 ab 段又一样。
回声探测仪原理图
• 水深的计算
• H：水深， C：声速（1500m/s） • D：换能器吃水深度
• 2.回声探测仪的组成
• 3.仪器的校正 小于20m，改正法 大于20m，水文资料改正法
改正法：直接测量，修正
• 水文资料改正法 吃水改正数 ΔHb 转速改正数 ΔHn 声速改正数 ΔHc 总改正数
第一章 海洋调查和探测技术
第二部分
第四节 水声探测技术
• 水下探测技术 • 电磁波不同波段的衰减问题 • 20赫到2万赫 • 1490年达.芬奇艺术家，闭口管听船音。 • “泰坦尼克”----英国科学家L.F.理查逊 两项 专利。美国科学家费森世界上第一台测量 水下目标的实用装置。
• 声纳系统通常包括： • 主动声纳
第五节 海洋观测仪器
一、海洋观测仪器的种类 按原理： 声学式仪器 光学式仪器 电子式仪器 机械式仪器 遥测遥感仪器
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按操作方式： 投弃式 自返式 悬挂式 拖曳式
海洋观测仪器
• • • • • 按所测要素分类 （一）海洋物理性质观测仪 （二）海洋化学性质观测仪 （三）海洋生物观测仪 （4）海洋地质及地球物理观测仪
• 一.被动声纳 • 无源声纳---根据水中目标所辐射的噪声或 声源所发出的声音信号，判断所发声体的 位置和特性。
• （三）动态定位和井口重入技术 • 在海底放一个水声应答器作为基准点,同时在船 上布放三个水听器进行应答测距.在下钻作业时船 上向基准点应答器发出脉冲, 应答器收到信号之 后发出回答脉冲,这回答脉冲被船上的三个测距水 听器收到,这时可以测出三个水听器与基准应答器 的距离。当外界条件使船位移时,水声应答器测距 系统随即测出这三个距离的变化。将这些数据送 入计算机,计算出船位的水平移动量,再开动几个 可变螺距的推进器,使船复位,也就是使三个距离 和原来的一样。这样,船在不断运动中保持位置不 变.
• 颠倒温度计测温记录的整理 • (1) 利用颠倒温度计测标准层水温时, 温度 计读数须作器差订正。 • 闭端温度计还原订正值
• T--经器差订正后的主温表读数;t 经器差订正后的 補温温表读数 , Vo --闭端颠倒温度计的主温表自 接受泡至刻度0℃处的水银容积 , 以温度度数表示。