浅剖仪垂直探测分辨力分析

　　1 PCW信号浅剖仪垂直分辨力

　　PC W信号浅地层剖面仪垂直分辨力取决于声波脉冲宽度、换能器波束角、接收机带宽，记录纸图象分辨率等因素。

　　1.1脉冲宽度与分辨率的关系

　　设PCW的脉冲宽度为二，从图1可以看出，第一地层的回波应当在海底回波结束后到达，因此脉冲宽度:所决定的垂直分辩率为:

　　1.2接收带宽与分辨力的关系

　　设接收机通道的频率带宽为叮，则脉冲接收从零开始到稳态建立起来的过渡过程为:，，当外来接收脉冲消失后，具有同样的过渡过程:，。由图2可见，过渡过程的存在，使得接收脉冲延长拖尾了二，时延，如果下一地层回波与拖尾时延二，相重叠，则剖面仪无法分辨出下一地层回波，由此所限定的垂直分辨力为:△h:二C几/2，其中:1二l/匀内。

　　1.3波束角与分辨力的关系

　　脉宽为:的声波从换能器发射后，按照一定的波束角O以球面波的形式辐射到海底。其中换能器辐射面中垂线方向上的波前首先到达海底，除了产生反射外，余下的能量向下一地层穿透。由于浅剖仪较宽的波束角0，当中垂线方向上的波前到达海底时，波束边沿尚差连h3距离才能够到达海底。此时，中垂线方向上的波前已经穿透地层dh3的厚度，△h。=h(seco/2一1)。在时间波形上，相当于回波延时拖尾了△h3/C。如图3所示。

　　1.4记录纸垂直比例与分辨力的关系

　　在记录纸上分辨最小目标的间距d二O，5mm，设记录纸有效记录宽度为口，对应的量程为RM，则记录纸垂直比例为:RM/Q。记录纸间距d所对应的垂直分辨力为:△h;=dRM/Q)综合上面各因素，对于Pcw信号的浅剖仪，其他层垂直分辨力为:

　　分析表达式可见，主要是发射脉冲宽度:限定了地层垂直分辨力，如果希望提高地层垂直分辨力，必须缩短发射脉冲宽度T，但如此将极大地降低地层探测厚度，故脉宽丁的选择是地层垂直分辨力与地层探测厚度折衷的结果。

　　2 Chirp信号浅剖仪垂直分辨力

　　2.1 Chirp信号匹配滤波的脉宽压缩

　　针对PCW信号的不足，现代海测声纳采用了Chirp信号技术。Chirp信号即为线性调频脉冲信号LFM。其瞬间频率为:

　　丁为脉宽，详为扫频信号带宽。

　　根据信号理论，检测噪声中已知信号的最有效方法是采用匹配滤波器，即匹配滤波器声功率谱密度有关，与波形无关。图4为Ghirp信号及经匹配滤波器后的包络。

　　由图4可见矩形包络的LMF信号经匹配滤波器后包络为被(1一洲T)加权的sinX/X型函数，能量主要集中在第一对零点所夹的主瓣之内，可认为其所夹的时间间隔为输出脉宽的宽度。其两个零点分别是: