高分辨率测深侧扫声呐系统

5.2.3　高分辨率测深侧扫声呐系统

高分辨率测深侧扫声呐是一种能够准确探测海底高度和海底地貌、区分不同方向同时到达的回波、用于复杂海底区域和声场复杂区域的声学探测仪器。该系统由中国科学院声学研究所研制。系统研制基于如下两个理论:

首先，认为产生声回波的是一海底薄层，不只是一个面，则声呐阵时空相关函数相位为:式中，第一项认为声呐阵时空相关函数的相位是φ，其中k是波数，d是声呐阵基元的间距，θ是掠射角，θ_m是声呐阵的法向与水平面的夹角(安装角)。

在一般的测深侧扫声呐中，d值取得比较大，以使θ变化时，φ变化大，则φ的测量精度高。但是，实际上声呐阵时空相关函数的相位是η，其中包括ζ，ζ是由于声波对海底有一穿透深度引起的。ζ是θ和d的函数。只有当d＜λ(λ是与声呐工作中心频率对应的声波波长)时，ζ的贡献才可以忽略;否则ζ对η有贡献，特别是在声呐正下方附近的贡献更大，甚至大于φ，致使测深侧扫声呐正下方附近的测深误差很大。选用多条平行等距线阵，间距d为λ/2，使测深侧扫声呐正下方附近的测深精度达到数字测深仪的精度。

其次，高分辨率的波达方向估计(DOA)信号处理方法可以区分不同方向同时到达声呐阵的声回波，因此克服了水声信道和复杂水域海底引起的多途效应，提取出所需回波。这需要把DOA成功地与测深侧扫原理结合起来，形成整套信号处理方法，最终获得精度较高的海底等深线图。

声呐系统的工作频率为150kHz，发射波形为线性调频，波束3dB角宽，垂直角宽100°，水平角宽1°，安装角20°～30°，测深覆盖宽度为2×300m，侧扫覆盖宽度为2×400m，垂直于航迹的分辨率为5cm，最小可检测高度为10cm。