多波束原理安装及操作.ppt

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1、普通声学和多波束声纳原理普通声学原理水中的声速海洋中各处的声速都可能不一样取决于三个参数盐度变1ppt=声速约变1.3m/s温度变1ºC=声速约变3m/s压力：165米深度变化的影响相当于温度变1ºC表面声速典型海洋声速剖面表面层季节性温跃层永久性温跃层深部等温层声速（米/秒）水深度（米）传播损失扩展损失衰减吸收散射反射扩展损失注意并没有真正的能量损失，只是随着波前面的增大而能量密度变小。与声波频率无关。一般为30logDB.(FigurefromSonarTechnology,byHerma

2、nW.Volberg)球面扩展柱面扩展吸收水吸收声能量后转变成热量，单位：dB/km与水中MgSO4和MgCO3含量有关与声波频率有关与温度有关与盐度有关与压力有关扩展损失和吸收损失值将用于计算TVG增益曲线的上升速度对应不同频率声波的吸收系数频率淡水吸收系数盐水吸收系数12kHz(SeaBat8150)<1dB/km2dB/km100kHz(SeaBat8111)5dB/km30dB/km240kHz(SeaBat8101)20dB/km70dB/km455kHz(SeaBat8125)70d

3、B/km110dB/km散射水中的声波遇到下列物体后发生散射:?水面、水底和陆地?有机颗粒?海洋生物?气泡?温度变化被散射的能量大小是声波传播路径上杂物的大小、密度和浓度，以及声波频率的函数。散射一部分散射的能量作为回波回到声源处叫做后向散射。后向散射一般称为反射。反射分为：水面反射水体反射水底反射反射水体反射鱼/水中生物悬浮固体，气泡，温度变化水面反射波浪/气泡，与风速有关水底反射水底粗糙度/沉积物声波频率海底吸收变化幅度为2dB–30dB随声波频率、海底类型、入射角变化随着频率和入射角的增加

4、损失增加海底的吸收和反射背景噪音自身噪音声纳和船体电子和机械操作引起的噪音，一般可控制环境噪音其他声源引起，一般不可控制自身噪音的例子机械噪音–柴油机，齿轮箱，传动轴，螺旋桨及其他辅助机械流噪音-与速度有关-层流和船体情况电子噪音–声纳中的噪音分量空化–与速度有关的由于极低压引起的气泡断裂噪音—通常由螺旋桨造成流噪音–气泡船体形状和设计影响船体流体特性改变声纳头到船壳的高度可使影响最小化?环境噪音水力的–波浪，潮汐，流速。与天气有关地震–只有低频系统受影响交通–其他船生物的–海洋生物，一般<10

5、kHz普通波动原理-为什么多波束深度量程第一回波量程不正确的水深测量不规则海底普通波动原理-单波束测深仪的局限性窄波束来自有限面积的回波该窄波束叫做未经稳定的波束普通波动原理-单波束测深仪的局限性纵摇角度希望照射的区域实际照射的区域未经稳定的波束受船舶运动影响普通波动原理-单波束测深仪的局限性固定的波束立体角小深度小照射面积大深度大照射面积面积=立体角x深度2波束立体角的大小决定了测深仪的分辨率普通波动原理-单波束测深仪的局限性只有未经稳定补偿的单波束要想得到更窄的波束只能靠加大换能器面

6、积。这将显著增加费用要想得到海底的3维图非常困难，且精度较差对海底填图来说，效率太低.普通波动原理-多波束条带宽度多波束普通声纳原理普通波动原理点源声纳方程单波束测深仪的局限性波束导向束控技术波束形成普通波动原理点源球面波（全向）基本换能器单元普通波动原理普通波动原理普通波动原理蓝色=高压力白色=低压力水听器距离波长1/频率振幅静态水压时间测量的压力普通波动原理各向同性展开的波压力距离波峰波谷(低压)普通波动原理相长相消干涉相消干涉点相长干涉点声源普通波动原理相长干涉位置1Soundsource

7、sS1S2Locationequidistantfromthetwosourcesd1d2d1=d2=>ConstructiveinterferenceLineofequidistantlocationsd相长干涉位置2dS1S2AA=dxsin()相长干涉:A/=0,1,2,3......or(d/)xsin()=0,1,2,3,4,....etc相消干涉:(d/)xsin()=0.5,1.5,2.5,3.5,....etc普通波动原理间隔/2的二个声源相消无声d=/2S

8、1S2相长最大声=0=90相长最大声相消无声=180=270普通波动原理间距为/2的二个声源的波束指向图相消无声S1S2=0=90=180=270普通波动原理直线阵的波束指向图直线阵的轴线主波瓣旁波瓣指向轴0w半功率波束宽度P(w)P(0)P(w)/P(0)=1/2-3dB普通波动原理矩形孔径换能器的波束指向图-13dB第一旁瓣AAL-90-90+90+90普通波动原理普通波动原理-旁瓣旁瓣产生于特定的声源相长干涉点我们的目的是要使主波瓣最大化而所有旁瓣最小化旁瓣