侧扫声纳数据的格式转换及应用

　　1 引言

　　声波在海水介质中传播的吸收损失最小,能够传播到较远的距离,因此采用水声技术可以探测到海洋的水体及海底的信息。侧扫声纳技术是探测海底地质、地貌信息的遥感技术,可应用于海底地貌测绘、海底底质勘探、水下目标搜寻等方面,在海洋开发、反潜作战、水下救援等军用与民用方面享有重要地位。

　　2 侧扫声纳的原理

　　侧扫声纳能直观地提供海底地貌图像,它是记录声波的回波强度的灰度图像。拖鱼(towfish)是用电缆与测量船联接的拖曳体,声波换能器设置在拖鱼的两个侧面。声波换能器向垂直于船的行进方向发射扇形声波。到达海底的声波对海底物质施加压力,声波会随着海底物质的形状密度等物质特性发生衰减,同时发生后向散射。按时间顺序取得后向散射波就得到面状图像,侧扫声纳向目标发射声波并记录其回波强度,因此是主动式遥感器。

　　3 声纳数据的格式转换

　　侧扫声纳数据的处理是获得海底信息的重要步骤,格式转换是数据处理的基础。现有的声纳数据主要有Qmips和XTF两种文件格式,二者均为二进制格式存储。另外还有BAC和GAC文件格式,它们是记录传感器角度补偿的文本文件。本文所研究的数据格式是Qmips和XTF格式。

　　3.1 Qmips和XTF文件格式

　　3.1.1 Qmips文件格式

　　Qmips文件开始是header结构,记录数据格式与版本、传感器参数、航行系统参数、声纳参数等信息。后面是ping数据及footer结构,每个ping数据又由若干个channel组成,每个ping结尾是footer结构,记录日期时间、传感器参数、拖鱼参数、各通道的参数等等。结构如下:

　　3.1.2 XTF文件格式

　　XTF文件格式是一种可扩展的数据格式,它的伸缩性和可扩展性很强,可保存声纳、航行、遥测、测深等多种类型的信息。它可以很容易地扩展成将来所遇到的不同数据类型。每个文件都包括不同的数据包,根据数据包的标识信息识别数据包的类型。这样可以仅读取所需要的可认识数据包,而跳过其它不需要或不认识的数据包。XTF文件开始是XTFFILEHEADER结构,长度最少为1024KB,它包括声纳通道信息和测深通道信息等等。后面是不同类型的数据包。目前主要有声纳、测深、姿态和注释四种类型。每个数据包都有一个头结构。数据包的位置可以任意,读取时依据头结构的头类型信息来确定数据包的类型。对于通道,每个通道有通道头结构,后面是通道测量数据。结构如下:

　　3.2 Tiff与GeoTif图像格式

　　3.2.1 Tiff图像格式

　　TIFF是一种通用的位映射图像格式,它支持从单色到24位真彩色的任何图像。这里输入的是8位或16位数据,输出8位灰度图像。TIFF格式可以利用指针存储多幅图像,文件的标识信息区和图像数据区可以利用标识参数来搜寻,可在文件中随意存放,图像可分割、压缩存储。为简化数据存储可选用单一图像、非压缩存储方式。