SHADOWS合成孔径声纳系统及性能测试

　　地球的陆地面积只占其表面积的29.2%,其它都是浩瀚的海洋。海洋不但有无尽的资源,而且对地球的环境有着重要的影响。随着科学技术的进步,人们的海洋活动逐渐增多增强。海洋已经成为人类活动的重要空间。进入21世纪以来,世界各国纷纷加大了对海洋研究和开发的投入,开发和利用海洋具有非常重大的意义。因此,21世纪被人们称为海洋的世纪[1]。海洋开发利用、航运、地质勘探、水下物体搜索、军事活动都需要有高效的水下观察手段。图像和声音是人获取信息的主要来源,图像的信息更生动、更丰富、更直观,借助于各种成像设备,可以把现实世界中的景象记录和再现出来。在水下由于电磁波或光波受到强烈的衰减而无法用于较远距离的探测,所以声波成为目前唯一可利用的能够在水中远距离传播的能量形式,水下较远距离的成像均采用水声成像技术。目前国际先进的水声成像技术有:多波束地形测深系统、浅地层剖面成像系统和地貌测扫声纳系统。因此声波作为在水中进行探测和通信的主要手段,在海洋探测、海洋工程、海上军事作战、海洋科学研究等方面发挥着不可替代的作用。

　　海洋探测作为海洋开发利用的主要方面,倍受人们关注。它包括海底地质勘探、海底地质结构分析、海底地形地貌测绘、水下物体探测等。海洋探测的大量需求促进了水声成像技术的飞速发展。海底矿物资源开发需要进行水下工程勘测;在海洋权益划界谈判中,需要海底地形地貌和地质结构资料的支持;水声成像技术还可用于水下管线等探查、水下文物打捞和水下物体的探测与识别[2]。

　　1 合成孔径声纳技术

　　合成孔径声纳(synthetic aperture sonar, SAS)技术作为现代最先进、最新型的水下探测成像技术,它以合成孔径理论为基础,结合合成孔径雷达的技术,是国际水声高科技研究产品之一。与普通的声纳相比具有突出的优点:合成孔径声纳具有很高的横向空间分辨率(约为普通侧扫声纳的20倍),而且从原理上来说,它的分辨率与声纳的工作频率和作用距离无关。这样就可以用较小的声纳基阵和较低的工作频率同时满足近距离和远距离的高精度探测需要。由于分辨率与距离无关,合成孔径声纳可以获得均匀的空间分辨率图像。目前,合成孔径声纳是国内外海洋探测领域的研究热点和前沿之一,它通过二维或三维的成像结果,使人们获取对水底地形地貌直观而准确的资料;并且克服了传统水下光学成像、水声成像等技术分辨率受距离影响大的缺点,是远距离、大面积海底测绘成像的理想选择[3]。

　　2 SHADOWS合成孔径声纳系统

　　2.1系统工作性能