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水声成像

/underwater acoustic imaging/
最后更新 2024-04-02
浏览 179
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通过记录水下物体的辐射或散射声场,经过转换、重构或反演处理,获得其外形或内部结构可见像的方法与技术,由水声学、现代电子技术、计算机技术以及现代信号信息处理理论和技术等融合发展而形成。

英文名称
underwater acoustic imaging
所属学科
海洋学

声成像起源于19世纪末20世纪初法国物理学家P.朗之万(Paul Langevin,1872~1946)和S.J.索科洛夫(S.J.Sokolov)在压电陶瓷和声呐方面的研究,到了20世纪60年代以后,声全息、声层析等技术相继出现。水下声成像可追溯到1985~1991年,M.J.白金汉(M.J.Buckingham)博士团队对美国海洋环境成像系统的研究和实验。

水声成像按照工作原理主要分为主动和被动两种方式。主动水声成像是由专门的声呐设备发射声波,通过处理目标物体的反向散射回波进行成像的技术。被动水声成像是指不主动发射探测声波,仅通过记录水中发声物体的辐射声场或背景噪声在无声物体上的散射声场,经过一定的处理得到的物体结构可见图像。无论是主动还是被动方式,都是把辐射或散射声场的物体当作无数点声源,应用换能器阵列和波束成形等技术,对声源进行定位,再将定位到的声源组成图像,实现水声成像。另外,也可按照声呐波束与载体运动方向的关系将成像分为同向成像和径向成像。同向成像即波束方向与载体运动方向相同,如前视声呐;径向成像即波束方向与载体运动方向垂直,如侧扫声呐等。

在军事上,由于主动式发声的成像声呐不利于自身隐蔽,多数采用被动成像,可用于水雷探测、港口防卫中对蛙人与潜器的探测等。在民用上,主要使用主动式水声成像,常用于水底地形成像、海底掩埋物体搜寻、大坝与桥墩水下结构检测、沉船与失事飞机等水下搜寻与打捞;高精度的成像设备也在养殖业中用于判断鱼的种类和数量;在科考中用于冷泉、气体泄露等探测任务。典型的应用水声成像成熟产品有:多波束测深仪、侧扫声呐、浅地层剖面仪、水下三维成像声呐等。

德国“卡尔斯鲁厄”号巡洋舰声呐图像德国沉船在挪威水下被发现 这张9月7日由路透社发布的声呐合成影像显示的是,在挪威克里斯蒂安桑13海里外沉没的德国二战时期“卡尔斯鲁厄”号巡洋舰。德国“卡尔斯鲁厄”号巡洋舰声呐图像

  • 张德俊.声成像的研究进展及应用前景.科技导报,1994,12(9409):15-18.
  • BUCKINGHAM M J, BERKNOUT B V, GLEGG S A L.Imaging the ocean with ambient noise.Nature,1992,356(6367):327-329.

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