海洋的耳目——声呐 - adcp声学多普勒流速仪百科

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海洋的耳目——声呐

PART.1

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 水声技术的发展

  水声探测发展的重大推动发生在1912年，英国豪华大客轮“泰坦尼克”号在赴美首航途中撞冰山而沉没。“冰海沉船”引起全世界的注意，1914年第一台回声探测仪成功地在两英里距离上探测到冰山。

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  到二十世纪中期，不但有回声探测设备（主动式声呐），还有靠收听舰艇发出的噪声进行探测的被动式声呐、有装在船壳上的大型声呐，也有可以拖曳的拖曳声呐。有直升机用的吊放式声呐，固定翼飞机用的声呐浮标。水下通信、导航都有很大的发展。与此同时，声呐技术也在应用于海洋开发，出现了探测海深的测深仪和鱼群探测仪。

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  半个世纪以来，陆续出现了数字化、计算机化、多功能的多种新型声呐。在海洋探测中也出现了一次能测几公里宽、上百个测点的多波束测深仪。高分辨力的合成孔径声呐和多普勒海流剖面仪也有很大进步。利用声波传播和散射情况反演各参数的方法不断发展。

PART.2

 水声在海洋开发中的应用

  海水的温度、盐度分布、流场、海面波浪和海中的内波，对整个海洋的运动变化、海洋生物的情况以及地球气候的影响都极大。要观察海洋深处的流速和温度就要使用声学方法。

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  在海水流速测量中，使用多普勒流速剖面仪（ADCP），只要发一个脉冲，就可以马上得到上百个深度的流速。使用声学相关流速剖面仪（ACCP），可以通过接受反射回来的声脉冲，与发射的脉冲信号求相关，可以测得更深处的海水流速。

  海深的观测是海上行动的基础。使用多波束测深仪，在船航行时向下发出与航向垂直的扇形波束，发一个脉冲就可以得到一百多个深度数据，这些数据可以直接得出海图，比以前的海图测点密度提高两个数量级。用这种测深仪发现了不少新的海底山和海沟。

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  在船航行时，利用侧扫声呐，向舷侧发出声波，利用回波强弱就可以得出该地域的地貌声图。侧扫声呐发现了不少沉船、飞机残骸、礁石等，泰坦尼克号沉船就是首先被侧扫声呐发现的。

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  不论筑海堤或在海中修筑石油平台，都要对几米至十几米深的海底底质情况有所了解。使用浅地层剖面仪，可以垂直向海底发出低频（几百到几千赫）声波，再接收海底各分层界面反射回来的声波，可以对浅地层有较好的了解。

  深地层的探测对海底结构、板块理论等有重要意义，对海洋油气的探测也是重要的手段。为了探测更深的地层，要使用更低的频率和更大的功率——如炸药——作为声源，在信号接收船后拖一条或几条长达几千米的中性电缆，电缆中装有许多水听器，接受由海底各分层反射回来的信号，经过复杂的信号处理，得出各层的剖面。

  目前海中有许多工程设施，如海底电缆、海底输油管线、海中平台、水下储油罐等设施。这些设备需要经常的观测和检查，以免造成污染和损失。为此研究人员研制了分辨能力很高的彩色成像声呐，装在水下机器人上，声呐观测到的图像，用电缆传到船上。

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PART.3

 海洋探测开发设备

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  利用水下机器人等载体，可以安装多种声呐设备进行海洋开发工作。中国科学院声学研究所研制了高分辨率测深侧扫声呐、声多普勒流速剖面仪（ADCP）、声相关流速剖面仪（ACCP）、声多普勒计程仪（ADL）、声相关计程仪（ACL）等多种声学探测设备。

  其中高分辨率测深侧扫声呐达到国际领先水平，获2003年国家技术发明奖二等奖。成功研制的大深度声相关计程仪和声相关海流剖面仪，使我国成为世界上掌握此项技术的两个国家之一。具有自主知识产权的声多普勒海流剖面仪和声多普勒计程仪，已成功地应用到各个方面。

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  声学所成功地研制了应用水声相干通信技术的水声通信机，已应用于水下机器人、载人潜器、拖曳体等工程项目中。

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合成孔径声呐技术

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  合成孔径声呐是一种新型高分辨水下成像声呐。其原理是利用小孔径基阵的移动来获得移动方向（方位方向）上大的合成孔径，从而得到方位方向的高分辨力。合成孔径声呐可以用于水下目标的探测和识别、海底测量、水下考古和搜寻水下失落物体等，尤其可以进行高分辨海底测绘，对数字地球研究具有重要意义。

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  中国科学院声学研究所在“863”计划支持下研制的国内第一套合成孔径声呐样机不仅完成了水下悬浮目标的高分辨清晰成像，而且也实现了水下沉底目标的清晰成像。

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编辑：张小龙

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校核：马贺

资料来源：中国科学院声学研究所

图片来源：百度百科

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