水下机器人及声呐探测为沪苏通长江公铁大桥完成沉井基底检测

+ D- o' V' y. R

% r+ U6 m1 `7 b" ]6 T

沪苏通长江公铁大桥，建设工程名为“沪通长江大桥”，是中国江苏省境内一座连接张家港市(由苏州市代管)和南通市的桥梁工程，位于苏通长江公路大桥上游、江阴长江公路大桥下游，跨越长江江苏段。采用主跨1092米的钢桁梁斜拉桥结构，是世界上首座超过千米跨度的公铁两用桥梁。沪苏通长江公铁大桥主航道6座桥墩都采用沉井基础，2座主墩钢沉井就有12个篮球场大、35层楼房高。

( t4 m7 J( T2 U& K, `0 A

沉井是井筒状的结构物，它是以井内挖土，依靠自身重力克服井壁摩阻力后下沉到设计标高，然后经过混凝土封底并填塞井孔，使其成为桥梁墩台或其它结构物的基础。一般在施工大型桥墩的基坑，污水泵站，大型设备基础，人防掩蔽所，盾构拼装井，地下车道与车站水工基础施工围护装置时使用。沉井既是基础，又是施工时的挡土和挡水结构物，下沉过程中无需设置坑壁支撑或板桩围壁，简化了施工。

5 i7 l# V' g( E7 }- n! n

7月初，沪苏通长江公铁大桥揭牌通车，中国船舶集团七〇二所利用机器人及视频探测、声呐扫描对沉井封底前的基底以及沉井地面进行了检查。并测量出淤泥的高度、厚度，发现水底障碍物，为精确实施井孔内抓泥、清除江底沉积障碍物提供了科学的数据支撑，有效避免了可能发生的立管倾斜等工程建设风险，为高质量建成沪苏通长江公铁大桥增添了闪亮的中国船舶科技色彩。

3 a9 i( u0 a) [! K& O1 n- a' l! k

* j9 ?+ t* j! x) i1 Y9 U

9 }( R, _9 t: f% ]' z+ a

U! {2 J: |* v

水下机器人可在高度危险环境、被污染环境以及零可见度的水域代替人工在水下长时间作业，水下机器人上一般配备声呐系统、摄像机、照明灯和机械臂等装置，能提供实时视频、声呐图像，机械臂能抓起重物。典型的遥控潜水器是由水面设备(包括操纵控制台、电缆绞车、吊放设备、供电系统等)和水下设备(包括中继器和潜水器本体)组成。潜水器本体在水下靠推进器运动，本体上装有观测设备(摄像机、照相机、照明灯等)和作业设备(机械手、切割器、清洗器等)。

声呐探测

7 u5 J5 n7 H$ J6 q4 h7 i- A3 h

是专门针对内河水下地形的测量系统。它与一般声呐测深仪一样，也是利用声波水底反射来计算水深，但不同的是：实时监控声呐设备由机械转动的声呐波束形成全方位或者某固定扇形角度内的扫描完成探测。它是由一个绕水平坐标轴机械旋转的水听器组成的，通过声呐波束连续转动一连串微小的角度来进行扫描，每一个声呐波束，将返回距离和回波强度的数据，根据这些数据可以模拟形成水下环境的声呐图像。使操作人员很方便地计算出相邻排体搭接距离，而及时指导施工。

声呐装置一般由基阵、电子机柜和辅助设备三部分组成。基阵由水声换能器以一定几何图形排列组合而成，其外形通常为球形、柱形、平板形或线列行，有接收基阵、发射机阵或收发合一基阵之分。电子机柜一般有发射、接收、显示和控制等分系统。辅助设备包括电源设备、连接电缆、水下接线箱和增音机、与声呐基阵的传动控制相配套的升降、回转、俯仰、收放、拖曳、吊放、投放等装置，以及声呐导流罩等。

9 k( G; m1 l# T. c1 a/ F% C

扫描声纳

3 y. O% U" |; n

向一定范围内发射声波，然后以窄波束在此范围内连续快速转动进行接收的声呐。发射波束很宽或者是全方向性的，而接收波速却很窄，在发射波速的范围内迅速旋转扫描，以接收不同距离和方向的目标回波的声纳。扫描声纳(声纳导航和测距)是一种有源声纳，其工作原理是将声音脉冲发送到水中并记录回声，当每个声音脉冲从其前面的物体反射回来时，回声将返回。

3 V3 y# `& E) e, O( ]8 x; r

扫描声纳的进一步定义是具有“扇形”声束，该声束具有较宽的垂直束和较窄的水平束，用于获取环境的声横截面，然后将这些横截面作为单个图像显示在查看器上。与光束相比，扫描声纳的声束具有固定的宽度和高度，称为水平和垂直波束图。正是这种声束以声能而不是可见光能“照亮”了周围的水下区域。扫描声纳通常具有较宽的垂直光束和较窄的水平光束，以在换能器前面产生较窄的“切片”。声纳显示显示一个光束“切片”要“绘制”图像或定位目标，扫描声纳内部的换能器头会通过步进电机进行机械旋转，并将其旋转成弧形，以将“切片”堆积到显示软件上的图像中。

7 B; z: s2 m. E% w2 Y

+ P1 g, Z6 q3 z4 [4 h8 _" d' R5 _

0 ]5 [/ t7 X0 x/ ^! ]4 Y! C/ e

声呐的分类：主动声呐和被动声呐

主动声呐：

5 s9 |1 A; `4 c

" y4 \% B) F9 v7 }2 S

是声呐主动发射声波“照射”目标，而后接收水中目标反射的回波时间，以及回波参数以测定目标的参数。有目的地主动从系统中发射声波的声呐称为主动声呐。可用来探测水下目标，并测定其距离、方位、航速、航向等运动要素。主动声呐发射某种形式的声信号.利用信号在水下传播途中障碍物或目标反射的回波来进行探测。

4 o, p, q8 I! m7 @7 E$ i4 u h) l* P

/ r3 b8 e. u# y

: g! F6 B5 J* ?- Z D0 r, G

由于目标信息保存在回波之中，所以可根据接收到的回波信号来判断目标的存在，并测量或估计目标的距离、方位、速度等参量。具体地说，可通过回波信号与发射信号问的时延推知目标的距离，由回波波前法线方向可推知目标的方向，而由回波信号与发射信号之间的频移可推知目标的径向速度。此外由回波的幅度、相位及变化规律，可以识别出目标的外形、大小、性质和运动状态。 主动声呐主要由换能器基阵(常为收发兼用)、发射机(包括 波形发生器、发射波束形成器)、定时中心、接收机、显示器、控制器等几个部分组成。

6 J' ]/ D) ^+ H' ]; L& {/ K9 T' Z

大多数采用脉冲体制，也有采用连续波体制的。它由简单的回声探测仪器演变而来，它主动地发射声波，然后接收回波进行计算，适用于探测冰山、暗礁、沉船、海深、鱼群、水雷和关闭了发动机的隐蔽的潜艇；

+ N% k& e# ] b- Y% ]

被动声呐：

5 i1 G2 G& O9 ?; O

8 l; r; {0 K2 ^4 V

是声呐被动接收舰船等水中目标产生的辐射噪声和水声设备发射的信号，以测定目标的方位和距离。它由简单的水听器演变而来，它收听目标发出的噪声，判断出目标的位置和某些特性，特别适用于不能发声暴露自己而又要探测敌舰活动的潜艇。

- @. J3 n) c B' ]

利用接收换能器基阵接收目标自身发出的噪声或信号来探测 目标的声呐称为被动声呐。由于被动声呐本身不发射信号，所以目标将不会觉察声呐的存在及其意图。目标发出的声音及其特征，在声呐设计时并不为设计者所控制，对其了解也往往不全面。声呐设计者只能对某预定目标的声音进行设计，如目标为潜艇，那么目标自身发出的噪声包括螺旋桨转动噪声、艇体与水流摩擦产生的动水噪声，以及各种发动机的机械振动引起的辐射噪声等。

1 n2 O6 I7 d. |4 l: y$ p5 g. T

因此被动声呐(噪音站)与主动声呐最根本的区别在于它在本舰噪声背景下接收远场目标发出的噪声。此时，目标噪声作为信号，且经远距传播后变得十分微弱。由此可知，被动声呐往往工作于低信噪比情况下，因而需要采用比主动声呐更多的信号处理措施。被动声呐没有发射机部分。回音站、测深仪、通信仪、探雷器等等均可归入主动声呐类，而噪音站、侦察仪等则归人被动声呐类。

$ V$ @/ D; F( u9 v

! y; r+ E8 b* g! z4 G% }

; e6 | q6 y3 g8 q( [

新闻来源：中国船舶集团

2 N" j$ t( p: u6 w& H7 B8 A/ h

: n/ F. V% w, U' f; V

举报/反馈

4 D* [. @, ?' `4 ` l

4 M* v/ ^- n9 i0 }; l& Q9 N