廣州南方海洋科技有限公司

公司新聞2022-04-26

南方SE系列參量陣淺地層剖面系統(tǒng)--國(guó)產(chǎn)參量陣型淺地層剖面儀簡(jiǎn)述

淺地層剖面儀簡(jiǎn)介


淺地層剖面儀聲納是利用聲波在介質(zhì)中傳播時(shí)遇到不同聲學(xué)特性的分界層面時(shí)發(fā)生反向散射，這些反向散射的聲波攜帶了海底介質(zhì)中大量有用的地層信息，通過采集地層回波數(shù)據(jù)并對(duì)其觀測(cè)分析，可以獲取地層、地質(zhì)構(gòu)造，沉積物的地質(zhì)屬性等特征來闡明海底淺地層情況，用于輔助海底底質(zhì)識(shí)別，發(fā)現(xiàn)各類掩埋和半掩埋目標(biāo)等，這些是軍民用航道安全，地質(zhì)調(diào)查，海洋平臺(tái)建設(shè)所必須的。
根據(jù)淺剖設(shè)備聲源體制的不同，可以將其分為壓電陶瓷式，聲參量陣（非線性聲學(xué)）式，電火花式和電磁式；
根據(jù)淺剖設(shè)備作用范圍的不同，可以將其分為極淺水，淺水，中水和深水型；
根據(jù)淺剖設(shè)備的不同搭載方式，可以將其分為船載型（船底安裝，側(cè)舷安裝），拖曳型和無人搭載專用型（無人船，AUV，ROV，UUV等）。


國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀簡(jiǎn)述

國(guó)外現(xiàn)狀

國(guó)外淺地層剖面儀設(shè)備從極淺水覆蓋到全海深，系列完整，功能完備。對(duì)于線性聲納體制的淺地層剖面儀設(shè)備，但面臨如下的實(shí)際問題：


1. 設(shè)備聲源張角大，空間分辨差

一般尺寸該類型設(shè)備張角大于20度，海底腳印始終較大，伴隨而來的空間分辨較差會(huì)導(dǎo)致地形或地層目標(biāo)模糊甚至錯(cuò)漏。同時(shí)大水平腳印帶來的混響增強(qiáng)，會(huì)影響各地層回波質(zhì)量，干擾分層信息提取，從而增加淺剖數(shù)據(jù)后處理的難度。

 

2. 旁瓣多

受限于線性聲學(xué)理論，盡管有空間加權(quán)，濾波技術(shù)等，但線性淺剖設(shè)備的旁瓣始終是無法避免的。旁瓣結(jié)構(gòu)多雜會(huì)影響底層信號(hào)判斷，導(dǎo)致偽分層，偽目標(biāo)出現(xiàn)。

 

3. 尖銳張角要求下，尺寸龐大

當(dāng)需要較深的穿透，就必然需要較低的發(fā)射頻率。低的發(fā)射頻率限定下，若想獲得尖銳張角，則必然會(huì)導(dǎo)致設(shè)備尺寸龐大，如Kongsberg線性SBP的優(yōu)異表現(xiàn)是在大濕端尺寸和EM122加持下獲取的。線性淺剖龐大的設(shè)備尺寸和重量在目前適裝性的要求下不是最優(yōu)選擇，這個(gè)矛盾在線性淺剖設(shè)備范疇內(nèi)是不可調(diào)和的。

針對(duì)上述情況，這20年來國(guó)內(nèi)外開始廣泛裝備基于非線性聲學(xué)原理的參量陣型淺地層剖面儀（典型的進(jìn)口設(shè)備如Innomar公司的SES系列，Kongsberg公司的Topas系列，Teledyne公司的Atlas Parasound系列）。區(qū)別于線性聲學(xué)范疇，當(dāng)發(fā)射聲波的振幅（振速）較強(qiáng)，聲馬赫數(shù)較大，同時(shí)結(jié)合介質(zhì)的非線性強(qiáng)弱，會(huì)導(dǎo)致聲波發(fā)生畸變。實(shí)際聲場(chǎng)中會(huì)出現(xiàn)信號(hào)頻率豐富，遠(yuǎn)不止?jié)穸税l(fā)射頻率的情況出現(xiàn)。從聲學(xué)理論上說，線性聲學(xué)是非線性聲學(xué)的弱聲場(chǎng)表現(xiàn)。參量陣型淺地層剖面儀使用的低頻信號(hào)是在海水介質(zhì)中形成的，并非實(shí)際發(fā)射產(chǎn)生。示意如下：

淺剖原理示意圖.png

該類型設(shè)備具備張角尖銳，幾乎無旁瓣，寬帶寬，小尺寸，可掃描覆蓋，功能拓展性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，非常適用于海底掩埋物探測(cè)、海底底質(zhì)高分辨識(shí)別和勘測(cè)等，同時(shí)也便于海底管線巡查、海底工程建設(shè)、沉船找尋等軍民融合多用途。

國(guó)內(nèi)現(xiàn)狀


國(guó)內(nèi)參量陣淺剖的基礎(chǔ)研制單位主要是中科院聲學(xué)所東海研究站，中船重工715研究所等。商業(yè)產(chǎn)品研發(fā)單位主要有廣州南方海洋科技有限公司，北京星天科技有限公司，上海遨菲克科技有限公司等。國(guó)產(chǎn)淺水參量陣型設(shè)備于近5年開始面向市場(chǎng)，逐步在民品市場(chǎng)擁有一定份額。

目前，廣州南方海洋科技有限公司推出了一體式和分體式兩種類型設(shè)備。一體式型號(hào)有SE-2和SE-3——小巧便攜，便于無人船搭載集成。

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SE-2一體式淺地層剖面儀


南方SU12無人船搭載SE-2

南方SU17無人船搭載SE-2

SE-2淺剖控制軟件

SE-2實(shí)測(cè)地層剖面數(shù)據(jù)

分體式有SEP-1、相控型MPAS-100——適合中大型船舶搭載。

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SEP-1 分體式淺地層剖面儀

SEP-1實(shí)測(cè)地層剖面數(shù)據(jù)

MPAS-100  相控陣式淺地層剖面儀


MPAS-100實(shí)測(cè)地層剖面數(shù)據(jù)

針對(duì)專業(yè)用戶使用習(xí)慣和需求，廣州南方海洋科技有限公司開發(fā)了“地質(zhì)大師（Geo-Master）”淺剖采集后處理軟件。該軟件具備淺剖數(shù)據(jù)、RTK位置數(shù)據(jù)、姿態(tài)數(shù)據(jù)等的接入和后處理功能，為航運(yùn)交通、碼頭港口建設(shè)、海洋資源開發(fā)、國(guó)防軍事等領(lǐng)域提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。


“地質(zhì)大師（Geo-Master）”淺剖采集后處理軟件

“地質(zhì)大師（Geo-Master）”軟件導(dǎo)航采集界面

地質(zhì)大師（Geo-Master）”軟件后處理界面

國(guó)內(nèi)現(xiàn)狀總結(jié)


在淺水參量陣淺地層剖面儀上，我國(guó)的參量陣在型號(hào)和功能上已經(jīng)和國(guó)外裝備基本拉平，國(guó)產(chǎn)的參量陣主打高頻和便攜兩個(gè)特點(diǎn)，由于高頻帶來的高分辨率，對(duì)于國(guó)內(nèi)風(fēng)電管線和油氣管線探測(cè)帶來了很好適用性。而其出色的便攜性對(duì)國(guó)內(nèi)航道，湖泊，閘口等內(nèi)陸小船應(yīng)用場(chǎng)景的淤泥的測(cè)量有重要的幫助。國(guó)產(chǎn)參量陣淺地層剖面儀也正是因?yàn)橛辛瞬町惢母?jìng)爭(zhēng)市場(chǎng)，逐步創(chuàng)建了自己的市場(chǎng)份額，市場(chǎng)占有率逐步提高。不足之處是在淺剖的數(shù)據(jù)后處理成圖添加的濾波器較少，不符合目前國(guó)內(nèi)用戶的使用習(xí)慣。地層數(shù)據(jù)應(yīng)用和解釋領(lǐng)域，我們也是相對(duì)較為落后的，也缺乏成熟度很高的商業(yè)化專業(yè)淺剖后處理軟件，同時(shí)各類反/掃掩埋物的綜合聲納系統(tǒng)也是空白較多。




中深水參量陣淺地層剖面儀目前在國(guó)內(nèi)還是空白，只有中國(guó)科學(xué)院聲學(xué)研究所東海研究站在進(jìn)行這個(gè)領(lǐng)域的開發(fā)和研究。鑒于現(xiàn)在國(guó)外的設(shè)備壟斷國(guó)內(nèi)市場(chǎng)，且國(guó)外設(shè)備的技術(shù)比較先進(jìn)，用的換能器設(shè)計(jì)和聲學(xué)接收發(fā)射算法比較先進(jìn)。全系列參量陣型淺地層剖面儀的國(guó)產(chǎn)化是緊迫且任重道遠(yuǎn)。
值得一提的是目前國(guó)產(chǎn)的深海耐壓版本的參量陣淺地層剖面儀基本幾乎占有了國(guó)內(nèi)的全部市場(chǎng)，由于國(guó)內(nèi)此類需求較少且需要的二次開發(fā)和定制設(shè)計(jì)比較多，國(guó)外產(chǎn)品目前在這個(gè)領(lǐng)域不具備優(yōu)勢(shì)且價(jià)格高昂。國(guó)產(chǎn)化參量陣也正是因?yàn)槠涮赜械膬?yōu)勢(shì)占據(jù)這個(gè)利基市場(chǎng)。



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