1、海洋中各處的聲速都可能不一樣取決于三個參數 鹽度變 1ppt = 聲速約變 1.3 m/s 溫度變 1C = 聲速約變 3 m/s 壓力 ：165米深度變化的影響相當于溫度變1CSound velocity (at surface)14001420144014601480150015201540156005101520253035Temperature (degrees C)Velocity (m/sec)0 ppt5 ppt10 ppt15 ppt20 ppt25 ppt30 ppt35 ppt表面層季節性溫躍層永久性溫躍層深部等溫層聲速（米/秒）水深度 （ 米）擴展損失衰減吸收散射反射注意

2、并沒有真正的能量損失，只是隨著波前面的增大而能量密度變小。與聲波頻率無關。一般為30 log DB.(Figure from Sonar Technology, by Herman W. Volberg) 球面擴展 柱面擴展水吸收聲能量后轉變成熱量，單位： dB/km與水中 MgSO4 和 MgCO3 含量有關與聲波頻率有關與溫度有關與鹽度有關與壓力有關擴展損失和吸收損失值將用于計算TVG 增益曲線的上升速度水中的聲波遇到下列物體后發生散射: 水面、水底和陸地 有機顆粒 海洋生物 氣泡 溫度變化被散射的能量大小是聲波傳播路徑上雜物的大小、密度和濃度，以及聲波頻率的函數。一部分散射的能量作為回波

3、回到聲源處叫做后向散射。后向散射一般稱為反射。反射分為：水面反射水體反射水底反射水體反射魚 / 水中生物懸浮固體，氣泡，溫度變化水面反射波浪 / 氣泡，與風速有關水底反射水底粗糙度 / 沉積物聲波頻率n 變化幅度為 2 dB 30 dBn 隨聲波頻率、海底類型、入射角變化n 隨著頻率和入射角的增加損失增加q機械噪音機械噪音 柴油機，齒輪箱，傳動軸，螺旋槳及其他輔助機械q流噪音流噪音 - 與速度有關 - 層流和船體情況q電子噪音電子噪音 聲納中的噪音分量 q空化空化 與速度有關的由于極低壓引起的氣泡斷裂噪音通常由螺旋槳造成n船體形狀和設計影響船體流體特性n改變聲納頭到船殼的高度可使影響最小化水力

4、的 波浪，潮汐，流速。與天氣有關地震 只有低頻系統受影響交通 其他船生物的 海洋生物，一般 Constructive interferenceLine of equidistant locationsd相長干涉位置相長干涉位置 2dS1S2AA = d x sin()相長干涉 : A/ = 0, 1, 2, 3. or (d/) x sin() = 0, 1, 2, 3, 4, .etc相消干涉 : (d/) x sin() = 0.5, 1.5, 2.5, 3.5, .etc間隔間隔 /2/2 的二個聲源的二個聲源相消相消無聲無聲d = /2S1S2相長相長最大聲最大聲 =0=90相長相長最

5、大聲最大聲 相消相消無聲無聲 =180=270間距為間距為 /2/2 的二個聲源的波束指向圖的二個聲源的波束指向圖相消相消無聲無聲S1S2=0=90=180=270直線陣的波束指向圖直線陣的波束指向圖直線陣的軸線主波瓣旁波瓣指向軸0w半功率波束寬度 P(w)P(0)P(w)/P(0)=1/2-3dB矩形孔徑換能器的波束指向圖矩形孔徑換能器的波束指向圖-13dB第一旁瓣AAL-90-90+90+90A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7 A8 A9電源電性上互相獨立的基元采用束控技術前、后的矩形孔徑換能器的波束指向圖采用束控技術前、后的矩形孔徑換能器的波束指向圖-27dB第一旁瓣AA-90-9

6、0+90+90-13dB第一旁瓣換能器陣越大或基元越多主波束越窄換能器陣尺寸一定時，頻率越高，主瓣越窄。但頻率越高， 衰減越大壓電陶瓷導電涂層 電連接線加強背板水密裝置壓力 導電涂層 連接導線123陣基元 聲波當 =0 時的聲源距基元 1時間振幅基元 2時間振幅基元 3時間振幅時間振幅 x 3123水聽器陣基元聲波在 角度下的距離基元 1時間振幅基元 2時間振幅基元 3時間振幅輸出信號的相位時間振幅123dd123BA聲源換能器陣軸波前A = d x cos (), B = 2d x cos ()T2 (到水聽器 2 的時間) = A/c = (d sin )/c ; c c 是當地聲速（非是

7、當地聲速（非常重要）常重要） T1 (到水聽器 1 的時間) = B/c = (2d sin )/c如前一張幻燈的例子，我們可以將水聽器3 的信號加上水聽器 2 延遲T2的信號，再加上水聽器1 延遲T1的信號（這個過程叫做導入時間延遲），這樣可得到波束指向圖主波瓣軸向轉向與垂直方向成角的方向。弧形陣，對表面聲速不敏感平面陣，表面聲速非常重要n 如果用于波束導向的聲速大于真實聲速，平坦海 底就會表現為“笑臉形”；n 如果用于波束導向的聲速小于真實聲速，平坦海 底就會表現為“哭臉形”；n 對弧形陣，因為每個波束都垂直于陣表面，對表 面聲速不敏感，大致聲速就滿足要求。n 因為水體中聲速變化而引起的聲

8、線折射，則需要 根據聲速剖面數據用射線追蹤的方法改正n 用波束導向后波束寬度會隨著導向角的增大而增大n 有效陣元孔徑會隨著導向角的增大而變小n 有效孔徑按函數 1/Cos A 減小，A 是導向角度。從中央波束到60導向角范圍內，波束寬度大致呈線性增加n例如：波束導向角為 0, 波束寬度為 0.5 （中央波束）波束導向角為 30,波束寬度為 = 1/cos30 x 0.5 = 1.15 x 0.5 = 0.575波束導向角為 60,波束寬度為 = 1/cos60 x 0.5 = 2 x 0.5 = 1波束輸出 求和基元 1& A/DRAM基元 2& A/DRAM基元 3&

9、 A/DRAM基元 .& A/DRAM基元 N& A/DRAM.基元 1基元 2基元 3基元 4基元 N-2 基元 N-1 基元 N.Amp. 1Amp. 2Amp. 3Amp. 4Amp. 30Amp. 31Amp. 32.Gen. 1Gen. 2Gen. 3Gen. 4Gen. 30Gen. 31Gen. 32觸發脈沖發生器波束編號脈沖長度束控發射波束1.0 to 3.0形成的接收波束0.5 to 3.0合成的腳印u發射換能器發射出固定頻率的聲波u采用束控技術以使主瓣最大旁瓣最小u有的系統還對發射脈沖應用導向技術做實時運動補償u一般用1060個基元形成所希望的波束形狀 Se

10、aBat 8101 或 8111 條帶扇區150度 它的發射脈沖寬 170 度 每個波束用28個基元形成 (要求 56 x 1.5 度 = 84 度附加扇區）因此在安裝時要留有 234 環形陣空間，以及170 的發射脈沖空間Transmit Pulse unobstructed.這里波束100 要求42的陣元扇區n8101 接收陣有160個接收基元n8125接收陣有254個接收基元n 要想生產出具有完全同樣特性的水聽器是不可能的。它們在靈敏度和諧振頻率上都少有些不同n 要想生產出具有完全同樣相位和增益特性的放大器也是不可能的。n 如果每個接收單元對信號的處理都不一樣，那么束控和導向函數就會畸變

11、，導致不可預測的主波瓣并加大旁瓣n 由模擬電路不可能使接受單元達到相同的特性，可以另外方法歸一化信號n 控制板生成較準正弦信號直接通過接收陣注入到各接收通道n 該信號經過放大轉換成數字信號值n 對所有信號值平均，每個通道的值與平均值比較，以決定對該通道應放大或衰減多少，以保證各通道對信號的處理一致。該處理包括相位和振幅二方面n 對所有通道的調節值成為一個歸一化調節數表保存并顯示出來入射角 15度振幅相位入射角 75度振幅相位振幅相位 101 個 1.5 x 1.5 度 波束 覆蓋寬度 150 度 最大測深 300 m 最大發射速率 40次/秒 q機械噪音機械噪音 柴油機，齒輪箱，傳動軸，螺旋槳

12、及其他輔助機械q流噪音流噪音 - 與速度有關的層流q電子噪音電子噪音 聲納中的噪音分量 q空化空化 與速度有關的由于極低壓引起的氣泡斷裂噪音通常由螺旋槳造成q其他測深儀其他測深儀 安裝位置靠近或頻率及諧波接近多波束聲納頭的其他測深儀將干擾多波束信號水利的 波浪，潮汐，水流。及天氣影響地震 只有低頻速度有影響交通 其他船生物的 海洋生物，一般 10kHzIn this case the pole was not properly supported for its length and what appears as a roll artefact, is caused by the motio

13、n of the pole. A motion that can not be measured by the motion sensor.Private survey company - USA接收增益接收增益 = (2 R) + Sp logR + G 其中其中: = 吸收損耗吸收損耗 dB/kmR = 深度范圍深度范圍 米米Sp = 擴展損失系數擴展損失系數TimeGainTimeGain增益設置只是整體向上或下移動增益曲線而不改變曲線形態TimeGainFixed gain當水深小于等于5米時 可使用固定增益 T0TRT0TRGainGainTypical TVG CurveTVG C

14、urve for waters with ahigh sediment load and/or a softmuddy bottom155155155ABC Good BrightnessPoor ColinearityGood Brightness Poor ColinearityPoor BrightnessGood ColinearityPoor BrightnessGood Colinearity1212Quality Brightness Colinerarity 1 GOOD POOR 2 POOR GOOD 3GOODGOODCross Section AreaSlow RunF

15、ast RunTwo lines were run normal to the slope; one at 2 kts, the other at 6 ktsNull is the established latencySystematically applied latenciesError in Metres Imagine vessel coming directly towards you.MinimaSystematically applied correctionsError difference in surfacesAn uncorrected roll error will

16、result in erroneous depths for the outer beamsProfile of slope produced from reciprocal runProfile of slope from first runTwice thePitchErrorLine run in two opposite directionsThis is the data set for the Pitch test. As a large section is also flat, it could be used for the Roll test. One of these l

17、ines could have also been used for the Latency test.The entire dataset is not used to solve for the pitch test, just the area of the slopePitch 誤差將導致水深點的位置誤差Two parallel lines normal to a feature. As the results of the roll test are applied prior to the yaw test, the lines are run in the same direct

18、ion.離中央波束越遠，位置誤差越大。海底海底航線航線船速船速航向航向測線號測線號延時延時斜坡相同不同相同1 和 3 (低速）ROLL 平坦相同相同相反1 和 2Pitch斜坡相同相同 相反1 和 2Yaw斜坡不同相同相同1 和4下列原因及其組合可造成數據質量問題：下列原因及其組合可造成數據質量問題：l ROLL 誤差l Heave 誤差l Yaw （Heading 誤差）l Pitch 誤差l 位置誤差 （GPS 延時）l 設備安裝位置l 深度位移l 聲速誤差l 船吃水變化特點：整個條帶沿航線波浪起伏典型原因：運動傳感器升沉帶寬設置；時間同步不對特點：邊緣波束波浪起伏典型原因：系統時間同步不對；安裝桿運動聲納旁瓣特性增加發射功率及接收增益可消除積減小其影響ROLL