表层信息声探测技术研究现状及发展

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1、万方数据第20卷第11期2005年11月地球科学进展ADVANCESINEARTHSCIENCEV01．20No．1lNOV．．2005文章编号：1001_8166(2005)11-12104)8海底浅表层信息声探测技术研究现状及发展+吴自银k2，郑玉龙1，初凤友1，陶春辉1，高金耀1(1．国家海洋局海底科学重点实验室，浙江杭州310012；2．浙江大学地球科学系，浙江杭州310028)摘要：回顾了我国海洋仪器研发的历史，综述并对比了多波束测深、侧扫声呐和浅层剖面仪等海底浅表层信息声呐探测技术的国内外研究现状：经过数十

2、年的海洋技术研发，国内在设备研发、数据资料处理方法研究和探测数据资料应用研究等方面已取得了较丰硕的研究成果，但同时也发现在"-3前国内海洋技术研发中仍存在一些潜在的问题，与国外相关海洋技术尚存在一定差距。以维护海洋权益为目标的系列重大海洋基础勘测项目的启动和深海资源勘查及研究的纵深发展是近年海洋技术得以快速发展的源动力。声学底质分类、声学海底原位测试、动力地貌和构造地貌等是目前海底浅表层声探测信息资料应用于海底科学研究的热点。对海洋技术的可持续发展提出了几点建议：(胀高理论研究水平；②加快仪器设备研制的国产化进程；③加

3、强自主知识产权数据处理软件的研发；④进行探测数据资料的深层次利用研究。关键词：海底科学；多波束测深；浅层剖面仪；侧扫声呐中图分类号：P736．1：17714．8文献标识码：A0引言海底是水圈、生物圈和岩石圈的重要地质界面，在海底记录了水圈、生物圈和岩石圈相互作用的详细信息““’：不仅记录了海陆相互作用的过程和海陆变迁的历史，还记录了气候演化旋回和沉积过程，在洋底和边缘海盆地中还记录了板块裂离产生、运动和俯冲消亡的历史，海底为研究古气候学、古环境学、地质学、地貌学和板块构造提供了重要的素材。海底还蕴藏丰富的烃类资源(石油

4、、天然气和天然气水合物等)、热液硫化物、富钴结壳、多金属结核和深海生物基因资源等”“o，近年来世界各国更是掀起调查和研究海底的高潮。海底信息的探测是进行海底科学研究的基础”。，，声波在海水中的传播优于电磁波和可见光，目前海底信息的快速获取还主要依赖于声探测设备”“⋯。多波束测深、浅层剖面仪和侧扫声呐是近数十年快速发展起来的探测海底浅表层信息的高新设备，这些技术设备已经在当代海洋工程、海洋开发、海洋研究、海底资源环境调查中发挥极其重要的作用，从航道的疏竣，到沿海海洋工程的勘测和施工，从边缘海大陆架的勘测，到大洋多金属结核

5、及富钴结壳资源的调查，均是这些海底声探测设备的用武之地。因此，有必要对这些技术设备的国内外研究现状进行总结、分析和对比，了解目前国内在这些领域的研究水平及其与国际研究间的差距，发现存在的问题，为后续的海底探测和研究探明方向。1探测原理及基本配置多波束测深系统、浅层剖面仪和侧扫声呐等海洋声学设备具有相似的工作原理：由安装在船底的换能器探头(有的设备悬挂在船弦)，或安装在拖体收稿日期：2004—114)2；修回13期：2005-074)4-x基盒项目：国家自然科学基金项目“东海外陆架线状沙脊群精细结构及其成冈机制研究”(编

6、号：40506017)；863青年基金项R“高精度测深边缘被束误差处理的戈键技术研究“(编号：213(12AA616010)；大洋技术项目“海底自动成图与潜在功能技术开发”(编号：DYl05-03_01-07)联合资助．作者简介：吴白银(1972-)．男，河南光山人，副研究员．博士研究生，从事海洋地质及信息技术研究E-mall：d血wu@163t!Olll万方数据第11期吴自银等：海底浅表层信息声探测技术研究现状及发展1211上的换能器探头向探测水体发射声波，声波遇到海底或障碍物后产生反射和散射回波，换能器探头接收到回

7、波信号后，处理单元根据回波振幅和相位计算声波旅行时间，再根据勘测水体的声速剖面计算声波的实际传播距离，然后根据发射开角，及运动传感器的姿态参数(探头载体的横摇、纵摇和摆动角度)计算回波信号的位置和水深值，同时也记录下回波的振幅和强度信息”J。这几种海底探测设备的主要差异在于：由于探测目标的不同，换能器发射声波的频率和强度存在差异，一般高频用于探测中浅海水深或侧扫图像信息，低频用于探测深海水深或浅层剖面信息。高频能够提高分辨率，低频能够提高声波作用距离和穿透强度o。⋯。目前很多设备采用双频探头，以提高探测能力，如L-3C

8、om．公司的多波束设备多采用双频探头，国内已购置了数套该公司生产的多波束系统，在“中国海监49船”上的多波束系统同时安装了50kHz和180kHz两种工作频率的探头，具备1～3000m的水深探测能力，在“大洋一号”船上安装了12kHz和36kHz两种频率的探头，具备50～11000m的水深探测能力。国内生产的PGS中地层地质剖面仪