海洋论坛▏国产地形地貌探测声纳的研究现状及思考

【编者按】本文是作者在《》中“先进海洋智能装备及技术论坛”上的大会发言，原文是短小精悍的课件版式，为便于读者们更加清晰的阅读本文，在征求作者同意后，我们编发时改为文本版式，特此说明。在此，十分感谢张方生总经理对我微信公众平台的支持与厚爱，也特别希望国产高端海洋装备能早日赶超国际先进水平，推向市场并被用户认可。本文作者张方生是北京联合声信海洋技术有限公司总经理，原为中国科学院声学研究所副研究员。从2002年起全程参与了我国第一套国产声学深拖系统的研制工作，并作为课题负责人于2011～2014年承担了我国第一套声学深拖系统的适用性改造工作，并带领团队首次获得太平洋5200米水深海底微地形地貌数据，首次获得南大西洋洋中脊海底微地形地貌数据，同时也带队参加了马航370南印度洋的深海海底搜寻任务。2011年～2014年负责国产“潜龙一号”6000米无人无缆潜器的载体声学系统研制工作并顺利通过项目验收。张方生总经理有着丰富的声学理论与实践经验，一直致力于地形地貌探测声纳的研制创新和载体声学系统的集成研究，他本人特别希望能为我国海洋声学探测领域做出应有的贡献。北京联合声信海洋技术有限公司是由原任职中科院声学所长期从事海洋声学技术研发和应用的科研人员和长期从事海洋设备销售和服务的管理人员联合组成的海洋声学技术公司，致力于海洋声学设备的产业化生产和海洋声学装备的集成。他们依托国内一流科研院所，精心打造国产声学设备，服务海洋声学技术的国产化推广。他们研发和生产面向水下AUV、ROV、无人船等水中作业平台的声纳探测设备及声纳探测设备的系统集成，公司的主要产品有侧扫声纳、测深侧扫声纳、浅地层剖面仪、高度计、多普勒计程仪、水下通信机和声学深拖系统等。公司设立在科研创新氛围浓厚的北京海淀区，产品相较与国外公司，具有人员成本低、服务专业快捷等特点。

一、常用探测类声纳

常用探测类声纳主要分方位测量和声强测量两类。其中方位测量包括海底地形探测、障碍物探测，产品类型包括多波束声纳、测深侧扫声纳、避碰声纳、前视声纳等；声强测量包括测量海底反向散射强度的侧扫声纳等，测量海底反射强度的浅剖声纳、单波束测深仪等，及测量目标辐射强度的监听声纳等。⒈ 侧扫声纳国外代表性厂家及产品有Klein及Edgetech两大品牌，其中Klein典型品牌为klein3000、klein5000，Edgetech典型品牌为4200、2205。图片见下图表列。

侧扫声纳的主要技术特点包括：①CW、Chirp技术；②多脉冲技术（Edgetech）和多波束技术；③低频、中频和高频；④安装方式多样。国内代表性厂家主要有中科院声学所、北京联合声信，其中中科院声学所具有技术指标先进、品种多等特点，北京联合声信研发的双频侧扫声呐具有面向市场化的产品。北京联合声信研发的DSS3065双频侧扫主要技术指标如下:

频率：	300kHz/650kHz
调制方式	全频谱 Chirp调频脉冲
探测距离	200m/300kHz、100m/650kHz
垂直波束开角	≥40°
水平波束开角	0.8°/300kHz 、0.4°/650kHz
垂直航迹分辨率	2.5cm/300kHz、2.5cm/650kHz

见下图所示

⒉ 测深声纳国外测深侧扫声纳代表性厂家及产品有Klein及Edgetech两大品牌，其中Klein品牌为UUV3500，Edgetech品牌为6205。下图是经过渲染处理后的测深侧扫声纳后处理成图。

⒊ 多波束声纳目前，国外多波束声纳代表性厂家为Reson公司和R2SONIC公司，主打产品为Reson公司的7125及R2SONIC公司的2024、2026等，如下图所示。

二、多波束声纳与测深侧扫声纳

二、多波束声纳与测深侧扫声纳⒈ 多波束与测深侧扫声纳各自不同特点多波束与测深侧扫声纳对比，呈现以下六个不同特点：①工作原理：多波束采用束控法，测深侧扫声纳采用相干法。②探测宽度：多波束一般为水深的6倍左右，测深侧扫声纳一般为水深的12倍。③分辨率：主流多波束为0.5°×0.5°，测深侧扫声纳0.5°×C/2B。④数据质量：多波束远端方差略大，测深侧扫声纳近端数据点略少、远端方差略大，两者均能提供高精度测深数据。⑤数据种类：多波束能够提供地形、水体发射强度和地貌数据，测深侧扫声纳能够提供地形、地貌数据。⑥应用方式：多波束一般用于船载和深水领域，测深侧扫声纳一般用于浅水领域，载体为AUV、ROV和USV等。⒉ 测深声纳国内研发测深声纳的主要有两类，即多波束声纳和测深侧扫声纳。其中研发多波束声纳的院校和厂家分别为哈尔滨工程大学、北京海卓同创科技有限公司、江苏中海达海洋信息技术有限公司。研发测深侧扫声纳的为中科院声学研究所。目前普遍的技术情况是多波束声纳的波束角为1°×1°，集成声速和姿态传感器，测深侧扫声纳的波束角为1°×C/2B。未来国内多波束声纳研发的技术发展趋势是扩充频率范围、提高角度分辨率，测深侧扫声纳研发的技术发展趋势是提高角度分辨率、提高测量精度。

三、测深侧扫声纳

北京联合声信海洋技术有限公司研发的测深侧扫声纳设备外观及现场采集的图片如下：

通过对产品的现场测试，其测深结果如下：经过系统校正，对十字测线进行误差计算，取单侧作用距离150米，300m×300m区域内整体测深标准差22cm，95%置信度测深误差为44cm，略优于IHO-S44特级标准。见下图。

测深侧扫声呐产品在AUV配套图片如下：

资料处理后的成图情况如下：

本文最后用图片展示一下大洋合作精神：

■2016中国（珠海）国际海洋高新科技展览会简介：致力于打造海洋高新科技领域展示与交流的国际专业平台，本届展会展览展示内容为海洋监测技术、海洋生物科技、海洋新能源开发、海水综合利用、船舶制造技术及装备、港口及海工装备和海洋防灾减灾技术七大板块。中国交通建设股份有限公司、珠海太平洋粤新海洋工程有限公司、珠海云洲智能科技有限公司、中科院广州能源研究所等一批大型涉海企业和重要的涉海机构参加了本次展会。国家海洋局宣教中心在展会期间同时举办了国际海洋高新技术论坛，以及2016年中国珠海海洋产业金融、先进海洋智能装备与技术、民间组织如何推进海洋科普教育等三大分论坛。本次会议邀请了中国工程院孟伟院士、曾恒一院士、李家彪院士、陈翼胜院士和吴立新院士进行了大会主旨发言，与会代表就中国海洋政策、海洋能源与海底资源开发、海洋环境安全、海洋生态问题、海洋生物医药以及海洋大数据平台等方面进行了深入讨论。珠海云洲智能科技有限公司承办了其中的“先进海洋智能装备与技术论坛”。

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