SDH-13D测深仪对小目标探测能力的分析

　　0　引言

　　水深测量的任务就是探测某一水域的水深情况,为航道清淤、港口建设等水建工程提供水深资料。很多情况下对于水下某个不确定的障碍物要进行加密探测。随着科学技术的不断发展,水深测量技术已经进入以多波束和侧扫声纳为代表的大面积测深时代,但是SDH-13D单波束测深仪器以其稳定的性能、操作简单、价格低廉等优势,仍然是目前常用(全国各单位共装备1200余台)的一种浅海测深设备,对于一些无力购买昂贵的多波束和侧扫声纳的单位来说,合理使用该仪器进行要求不高的搜索、扫海也是不错的选择,不但可以降低工作成本,也便于实际操作,这就要求作业人员对于SDH-13D测深仪器探测小目标能力有详尽的了解,能够结合实际情况灵活使用,充分发挥改型测深仪的性能特点。

　　1　影响SDH-13D测深仪探测分辨力的主要因素

　　1.1　水深

　　测深仪器大多数固定安装在船体上,随着水深的增大,换能器至海底的距离增加,导致波束与海底的接触面即脚印变大,所以多波束垂直于航行方向的分辨力降低。此外,水深增大也导致换能器单位时间内能够收到的有效声信号数目(即采样更新率)减少,以SDH-13D测深仪为例,实验表明当换能器以208 kHz的频率发射声信号时,在20 m水深能接收到8个/s信号,50 m水深能接收到5个/s,到了80 m水深只能接收到3个/s,沿着航行方向的分辨力同样降低,水深的增加使测深仪器的横向与纵向的分辨力都降低了。

　　1.2　波束角与船速

　　单波束测深仪对海底小障碍物探测能力主要取决于单波束测深仪的波束角宽度、测深仪数据更新率、测量船的航速及测深仪记录纸的水平分力率等因素。通常,海道测量型单波束测深仪采用小于12°的窄波束。例如:以SDH-13D型测深仪为例,分析其对1 m3障碍物的海底小障碍物探测能力,SDH-13D的波束角为θ=8°,发射脉冲重复周期T=82.2 ms(F=1/T=12.16 Hz)。为了保证测深仪能够正确地检测出海底小障碍物目标,测深仪应该连续5次检测到海底小障碍物目标的回波。设测量船航速为Vs,则根据图1所示有如下关系式:

　　根据上述公式,给出不同的水深H对应于不同的测量船航速Vs如表1所示。

　　从上述分析可见,单波束测深仪对海底小障碍物探测的能力取决于测深仪波束角宽度θ、测深仪数据更新率F以及水深和测量船航速Vs。具有较高的脉冲重复频率F、较宽的波束角θ和较低的测量船航速Vs则有助于对海底小障碍物的探测。从表1水深H与测量船航速Vs关系数据分析,当水深浅于15 m,为了保证探测到小于1 m3的障碍物,测量船航速Vs必须控制在12节以内,这一结论对港口和航道的扫海测量作业实践具有重要的指导意义。