單頻 & 雙頻 多波束圖像聲吶
由于它體積小,是應(yīng)用在微小平臺方面的理想設(shè)備,同時,它擁有堅固的結(jié)構(gòu),也是大型的工作級水下機器人和測量水下地形構(gòu)造應(yīng)用的優(yōu)選
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單頻 & 雙頻 多波束圖像聲吶
由于它體積小,是應(yīng)用在微小平臺方面的理想設(shè)備,同時,它擁有堅固的結(jié)構(gòu),也是大型的工作級水下機器人和測量水下地形構(gòu)造應(yīng)用的優(yōu)選
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多波束圖像聲吶是新一代的小巧圖像聲吶，在水下具有廣泛的應(yīng)用。由于它們 體積小，是應(yīng)用在微小平臺方面的理想設(shè)備，同時它擁有堅固的外形結(jié)構(gòu)，也是大型的工作級 水下機器人和測量水下地形構(gòu)造等應(yīng)用的選擇。
多波束圖像聲吶具有 500m, 1000m,4000m 不同耐壓選擇。
M 系列：標準型號，耐壓 500m。
MT 系列: 擁有所有 M 系列優(yōu)點，鈦外殼，耐壓 1000m。
MD 系列：鈦外殼，耐壓 4000m ，用于深水環(huán)境工作。
特點：
1 、頻率范圍 375kHz 到 3.0MHz ，單頻、雙頻系統(tǒng)，適合于水下導(dǎo)航，水下態(tài)勢感知和檢 測工作。
2 、提供廣闊視角范圍，130 度水平，20 度垂直波束角。
3 、廣泛的量程能力，從 0. 1m 到 200m。
4 、高清圖像質(zhì)量，角度分辨率最小 0.25 度。
5 、杰出的圖像清晰度，量程分辨率可達 2mm。
6 、簡單、直觀的操作軟件。
7 、輸出實時圖像的更新率高達 40Hz。
性能參數(shù):
機械參數(shù)
M-Series MT-Series MD-Series
尺寸 125mm (L) x 122mm (W) x 62mm (H) 125mm (L) x 122mm (W) x 62mm (H) 125mm (L) excluding connector x ?125mm
材質(zhì) 鋁 鈦 鈦
重量 980g (Air), 360g (Water) 1350g (Air), 730g (Water) 2.5kg (Air), 1.45kg (Water)
耐壓 500m 1000m 4000m
溫度范圍(工作) -5°c up to +35°c -5°c up to +35°c -5°c up to +35°c
溫度范圍 (存儲) -20°c up to +50°c -20°c up to +50°c -20°c up to
M370s M750d M1200d M3000d
MT370s MT750d MT1200d MT3000d
MD370s MD750d MD1200d MD3000d
頻率 375kHz 750kHz / 1.2MHz 1.2MHz / 2.1MHz 1.2MHz / 3.0MHz
量程 (Maximum) 200m 120m / 40m 40m / 10m 30m / 5m
量程 (Minimum) 0.2m 0.1m 0.1m 0.1m
量程分辨率 8mm 4mm / 2.5mm 2.5mm / 2.5mm 2.5mm / 2mm
最大更新率 40Hz 40Hz 40Hz 40Hz
水平探測角 130° 130° / 130° 130° / 60° 130° / 40°
垂直探測角 20° 20° / 20° 20° / 12° 20° / 20°
波束數(shù)量 256 512 512 512
角度分辨率 2° 1° / 0.6° 0.6° / 0.4° 0.6° / 0.4°
波束間隔 0.5° 0.25° / 0.25° 0.25° / 0.16° 0.25° / 0.1°
電器指標
M-Series
MT-Series MD-Series
接口 Impulse IE55 Series, 6-way Impulse MC Series, 6-way (Schilling SeaNet / Burton option)
通訊 4-wire 100-BaseT Ethernet, 2-wire DSL extender module 4-wire 100-BaseT Ethernet, 2-wire DSL extender module
電壓 12V to 32V DC non-isolated 18V to 32V DC isolated
功率 10W to 35W (model and range dependent*) 10W to 35W (model and range dependent*)
傳感器 溫度和壓力傳感器，用于聲速的計算 溫度和壓力傳感器，用于聲速的計算
工作原理
傳統(tǒng)上，聲納是一種機械裝置，通過旋轉(zhuǎn)傳感器（發(fā)射機和接收機）來掃描其前方或周圍的扇區(qū)。在每個換能器位置，一個聲脈沖將被傳輸?shù)剿校邮掌魇占幕芈晫⒈焕L制到顯示器上。根據(jù)所需的分辨率，圖像可能需要幾十秒才能更新，在此期間聲納的任何移動都可能會玷污和扭曲圖像。與機械聲納不同，Oculus是一種沒有運動部件的多波束聲納，它是一組接收器，從單個傳輸脈沖中收集回波，并使用稱為“波束形成"的過程將數(shù)據(jù)數(shù)學(xué)地組合成圖像。這允許每秒多次生成圖像，并像攝像機的輸出一樣實時查看。
一些Oculus聲納（名稱末尾帶有“d"后綴）為雙頻，具有低頻和高頻操作模式，允許操作員分別在更長的聲學(xué)范圍或高分辨率圖像之間進行選擇。
聲納圖像需要經(jīng)過一些培訓(xùn)和練習才能解釋，因為在操作員看來，顯示為覆蓋其前方區(qū)域的自上而下視圖，根據(jù)所選頻率模式，聲納圖像可以在水平方向上照亮130°，垂直方向上照亮20°。顯示器上目標和紋理的亮度表示它們反射了多少聲音（氣體或致密材料反射的聲音比泥漿、沙子和淤泥多），而聲音陰影可以根據(jù)物體或海底的幾何形狀投射。
通過將已知的水中聲速（VOS–“c"）與接收回聲的時間（“t"）相結(jié)合，聲納可以計算聲音傳播的距離（“d"）。
由于聲音必須從聲納傳到目標物體，然后再傳回，所以聲納和目標之間的距離（‘r’）是總距離的一半。
在現(xiàn)實世界中，聲納將在前方看到多個目標。發(fā)射的聲音脈沖將在不同的時間反射出每個目標，但接收器將在相當于最大工作范圍兩倍的時間段內(nèi)記錄所有回波（對于往返于目標的聲音）。
接收到的回波被組合成單個接收信號，其時間位置直接與距離相關(guān)，而每個回波的強度取決于目標的反射程度。
密度與水非常不同的目標（如氣體/空氣或巖石/混凝土）將具有很強的反射性和回波，而來自泥漿、淤泥、沙子和植物等材料的回波將具有較弱的回波
聲束模式
當考慮聲納如何工作時，把聲納想象成在黑暗的房間里使用的手電筒可能會有所幫助。使用者只能看到火炬照亮的房間部分，如果火炬的光束較窄，則其視野會減小。
類似地，聲納對聲音“照亮"的區(qū)域具有固定的寬度和高度，這些被稱為水平和垂直波束模式。
名稱后綴為“d"的Oculus聲納（例如M750d和M1200d）是支持兩種工作模式的雙頻設(shè)備，即低頻和高頻。單頻Oculus聲納（名稱后綴為's'，如M370s）僅支持低頻工作模式。E
每個模式都有自己的光束模式，如下圖所示：
目標可見性
位于聲納波束內(nèi)的物體（或目標）將被聲學(xué)“照亮"，并可以接收其回波（目標?), 而位于此之外的對象（目標? 和?) 可能不會出現(xiàn)在聲納顯示器上：
應(yīng)該注意的是，盡管上面的圖表顯示了聲納波束的邊界，但這實際上代表了聲波的“半功率"水平。該區(qū)域外的垂直目標可能仍然可以在顯示器上看到，但隨著它們遠離波束模式，其回波水平將迅速降低。
在水平方向上，由于“自頂向下"顯示的寬度固定，因此不會顯示光束模式之外的圖像。
聲納無法確定回波的垂直到達角，因此，如果兩個目標位于聲納前方，彼此垂直距離相同，聲納會將這兩個目標顯示為它們的回波組合的單一結(jié)果。
查看海底
如前幾節(jié)所討論的，聲納可以被認為是一個手持式手電筒，具有水平寬、垂直窄的照明光束——繼續(xù)這個類比，操作員顯示器上顯示的聲納圖像可以被看作是被照明區(qū)域的“自上而下"視圖。對于希望執(zhí)行搜索和定位活動或海底調(diào)查的用戶，Oculus可以安裝在顯示屏上，以便能夠照亮和看到不同數(shù)量的海底：
如果聲納靠近海床并向下傾斜? 然后只顯示它前面的一個小條。通過從海底獲取高度，操作員可以照亮更寬的線束，從而更好地利用顯示器?.
對于需要聲納搜索前方海床的情況，顯示的最佳用途是平衡海床上方的高度和聲納向下的角度，以便zui大程度地照亮海床?.
作為一個非常普遍的規(guī)則，如果向下角度為15°，高度高于工作范圍的10%，聲納可以在顯示屏上實現(xiàn)最佳的70%海底覆蓋率，即對于20m范圍，聲納應(yīng)安裝在海床上方約2m處，而對于80m范圍，高度應(yīng)增加至約8m。
聲學(xué)陰影
聲納和火炬之間的相似性繼續(xù)存在，因為聲納的“照明"可用于產(chǎn)生聲陰影，這對操作員確定聲納前方目標的高度、形狀和方向非常有幫助。
如前所述，可以將顯示器視為Oculus前方的自頂向下（或衛(wèi)星）視圖：
1.1. 了解回聲
盡管有人提到聲納顯示器可以被視為其前方區(qū)域的自上而下的圖像，但這種類比有一些局限性。
當聲納從側(cè)面照亮圖像時，只有距離聲納最近的目標邊緣或表面才會被照亮。
如果目標面呈一定角度，則一些傳入聲波將反射到聲納，而其他聲波將分散到不同的方向，目標的整體亮度將降低。
下圖說明了這一點，用紅色突出顯示了三個簡單目標上在顯示屏上最亮的區(qū)域，以及這些區(qū)域在真實目標中的顯示方式：
根據(jù)聲納與目標的距離，也可以對圖像產(chǎn)生顯著影響。
由于聲波從發(fā)射機中傳播的方式，遠處目標投射的陰影將在其后面變窄?, 但當聲納靠近它們時，陰影寬度會增加。在這些情況下，操作員應(yīng)意識到這些陰影可能會隱藏其他目標，因為沒有聲音來照亮它們?
當操作員的能見度因附近目標的陰影而受到限制時，他們應(yīng)致力于提高海底上方的聲納高度（以及造成陰影的目標），并可能使聲納向下傾斜以進行補償。
了解回聲
盡管有人提到聲納顯示器可以被視為其前方區(qū)域的自上而下的圖像，但這種類比有一些局限性。當聲納從側(cè)面照亮圖像時，只有距離聲納最近的目標邊緣或表面才會被照亮。
如果目標面呈一定角度，則一些傳入聲波將反射到聲納，而其他聲波將分散到不同的方向，目標的整體亮度將降低。下圖說明了這一點，用紅色突出顯示了三個簡單目標上在顯示屏上最亮的區(qū)域，以及這些區(qū)域在真實目標中的顯示方式：
范圍與頻率和圖像質(zhì)量
如前所述，一些Oculus聲納有兩種工作模式：
· 低頻，允許以寬視角進行遠距離操作–這對于搜索和測量任務(wù)很有用。
· 高頻，在較短范圍內(nèi)產(chǎn)生更多細節(jié)，視角較窄–
這對于近距離目標的詳細研究很有用。
下圖顯示了兩種操作模式下相同試驗場地的比較：
聲納操作總結(jié)
一般來說，以下幾點總結(jié)了聲納的操作：
· 聲納圖像顯示了從目標前緣接收到的回波的“自上而下"式顯示。
· 只能看到聲納波束照亮的目標：
o 水平面130°/80°，取決于頻率模式
o 20°/12°垂直方向，雖然這是半功率點，但在這之外可能會出現(xiàn)較暗的目標。
· 由于沒有垂直信息可用，聲納波束中垂直對齊或重疊的目標將合并為單個回波。
· 致密或氣態(tài)目標在顯示屏上顯得最亮，而泥和淤泥則顯得非常暗淡。
· 目標投射聲陰影，這可能會遮擋其背后的所有或部分目標，尤其是當聲納靠近目標時。
· 改變海床上方的高度，以改變目標的照明角度，以及它們投射的陰影長度，這有助于解釋聲納圖像上的特征。
· 在高雜波（巖石/巨石）環(huán)境中，使用增益控制增強微弱目標或減少背景噪聲反射。
· 如果可能，根據(jù)要求的范圍和詳細程度使用不同的頻率模式：
o 低頻模式可實現(xiàn)寬視角（130°），聲納支持的范圍最長。
o 高頻模式可提供詳細的高分辨率圖像，但視角（80°）和更短的范圍設(shè)置有所減少。
· 在海床導(dǎo)航或測量時，水平安裝聲納，指向前方，略微向下傾斜（10-15°）。
· 在獲得使用聲納的經(jīng)驗的同時，顯示器上最佳海底覆蓋的一個很好的經(jīng)驗法則是將海底高度保持在選定聲納范圍的大約10%。
· 為了準確校準量程，請檢查是否已將正確的水礦化度輸入到操作現(xiàn)場的軟件中。
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