مقدمة

　　متعددة شعاع نظام السبر في المياه العميقةهي واحدة من المعدات الأساسية الحديثة في استكشاف المحيطات ، من خلال إرسال نبضات صوتية واسعة في القطاع وتلقي صدى متعددة الحزم ، وارتفاع القرار ، تغطية كاملة من تضاريس قاع البحر يمكن قياسها . بالمقارنة مع التقليدية شعاع واحد السبر ، مزاياه الأساسية هي كما يليالشمولية والكفاءة والدقة-- ثلاثة دعم بعضها البعض ، وكسر عنق الزجاجة التقنية في أعماق البحار الكشف معا ، وتوفير البيانات الرئيسية لدعم استكشاف الموارد البحرية ، قناة السلامة والإنذار المبكر بالمخاطر الجيولوجية وغيرها من المجالات . على أساس مبدأ التقنية وتطبيق القيمة ، هذه الورقة تحليل الخصائص الأساسية الثلاثة .

شمولية : تغطية منطقة البحر كله و الحصول على معلومات متعددة الأبعاد

" الشمولية " هو السمة الرئيسية في المياه العميقة نظام متعدد الحزم التي تختلف عن التقليدية تكنولوجيا السبر .تغطية الفضاءمع .معلومات متعددة الأبعادمستويين .

　　1. تغطية الفضاء : الانتقال من " نقطة قياس " إلى " سطح التصوير "​

شعاع واحد التقليدية السبر فقط يمكن الحصول على بيانات منفصلة من عمق المياه على طول خط المسار ، وهناك الكثير من " مسح المناطق العمياء " ( على سبيل المثال ، على جانبي الطريق ) ، والتي لا يمكن أن تعكس التضاريس العيانية من قاع البحر . في المياه العميقة من خلال نظام متعدد الحزممجموعة مراحل محول الصوتيةفي هذه الورقة ، موجة الصوت المنبعث من عدة عشرات إلى مئات من الحزم الضيقة ( عادة القطاع زاوية 120 درجة إلى 160 درجة ) ، وتلقي أصداء السمت في وقت واحد ، وتحقيق " رحلة واحدة تغطي عدة مرات من عرض البحر " . على سبيل المثال ، في المياه العميقة MBES يعمل على عمق 3000 متر ، عرض الملاحة يمكن أن تصل إلى أكثر من 10 كم ، وتغطي عرض خطي مع زيادة عمق المياه ( نظرية تغطي عرض ∶ 2 × عمق المياه × تان ( القطاع زاوية / 2 ) . هذا " مسح سطح " نموذج يلغي منطقة عمياء من شعاع واحد ، مما يجعل من قاع البحر التضاريس ترقية من " مجزأة سحابة نقطة " إلى " نموذج ثلاثي الأبعاد المستمر " .

　　2. معلومات البعد : من " عمق المياه " إلى " multiparameter الانصهار "​

بالإضافة إلى عمق المياه ، المياه العميقة نظام متعدد الحزمالسعة ، المرحلة ، خصائص الاستقطابانعكاس متعدد المعايير البيئية لقاع البحار :

　　تصنيف الرواسبالانعكاس من الرواسب المختلفة ( مثل الصخور والرواسب والشعاب المرجانية ) على الموجات الصوتية تختلف بشكل ملحوظ .

　　ميزة استخراج الجيومورفولوجيةمع الجمع بين التوزيع المكاني و صدى الوقت من آثار أقدام ، microtopography ( على سبيل المثال ، موجة رملية ، وتآكل حفرة ، فوهة الحرارية المائية ) يمكن تحديدها .

　　هيئة المياه المعلمة المساعدةبعض النظم المتكاملة مع الماء شعاع ، والتي يمكن الكشف عن توزيع ترموكلاين و الجسيمات العالقة في وقت واحد ، وتوفير الدعم لدراسة العمليات الحيوية البحرية . . . . . . .

هذا النوع من القدرة على الحصول على المعلومات المتعددة الأبعاد يجعل من المياه العميقة متعددة شعاع نظام الترقية من " أداة السبر " إلى " منصة الرصد البيئي في قاع البحر " ، وتلبية الطلب على البيانات المتكاملة " تضاريس الرواسب والبيئة " في البحوث العلمية البحرية .

الكفاءة : اختراق كفاءة التشغيل على نطاق واسع الكشف السريع

استكشاف أعماق البحار تواجه التناقض بين محدودية نافذة التشغيل ( على سبيل المثال ، رحلة قصيرة من سفينة علمية ) ، واسعة النطاق في المنطقة المستهدفة ( على سبيل المثال ، في كثير من الأحيان مئات الآلاف من الكيلومترات المربعة في المنطقة الاقتصادية الخالصة ) ،كفاءة عاليةأصبحت القدرة التنافسية الأساسية في المياه العميقة متعددة شعاع النظام .معدل الحصول على البياناتمع .معالجة البيانات الذكيةرفع مزدوج .

　　1. الحصول على البيانات : تغطية واسعة النطاق عالية التردد محرك الأقراص​

كفاءة نظام الحصول على البيانات في المياه العميقة متعددة الحزمتكرار النبضة ( PRF )- عدد النبضات الصوتية المنبعثة في وحدة الزمن . شعاع واحد التقليدية PRF عادة عدة مرات في الثانية ، في حين أن المياه العميقة الحديثة MBES يمكن أن تصل إلى عشرات PRF / ثانية من خلال الاستفادة المثلى من الأجهزة الصوتية ( على سبيل المثال ، عالية التردد محول الطاقة ، وانخفاض الضوضاء تلقي الدائرة ) و خوارزميات معالجة الإشارات ( على سبيل المثال ، PRF = 20 هرتز في عمق 3000 متر ، أي 20 شعاع الشرائط في الثانية ) . جنبا إلى جنب مع سرعة السفينة ( عادة 8-15 عقدة ) ، يمكن أن تغطي آلاف الكيلومترات المربعة في يوم واحد ، 10-100 مرات أكثر كفاءة من شعاع واحد . على سبيل المثال ، في التحقيق في الجبال البحرية في غرب المحيط الهادئ ، على متن سفينة " العلم " في الصين ، فإنه يأخذ فقط 72 ساعة لإكمال 2000 كيلومتر مربع عالية الدقة السبر في رحلة واحدة .

　　2. معالجة البيانات : أتمتة عملية ضغط دورة​

في وقت مبكر من multibeam معالجة البيانات تعتمد على التدخل اليدوي ( على سبيل المثال ، يدويا إزالة القيم الشاذة ، الربط بين خطوط المسح ) ، وتستغرق وقتا طويلا أكثر من 50 ٪ من دورة العمل . النظام الحديث من خلالفي الوقت الحقيقي لتحديد المواقع الديناميكية ( rtk-dgnss ) + نظام الملاحة بالقصور الذاتي ( INS )من خلال الجمع بين ذكي تصفية القاعده ( على سبيل المثال ، التعرف على صدى غير طبيعي على أساس آلة التعلم ، متعددة شعاع الربط التكيف ) مع برامج معالجة البيانات ( على سبيل المثال ، كاريس ، قطر للبترول qimera ) ، ونحن يمكن تحقيق " في حين الحصول على البيانات وتجهيزها " : البيانات الأصلية يمكن أن تنتج مباشرة من ماركا ( نموذج الارتفاع الرقمي ) بعد طلب التعويض ، تصحيح مستوى المد والجزر و تصحيح خط الانحناء ، وتجهيز الفترة يمكن اختصارها من " السماء " إلى " ساعة " . هذا النوع من " في الوقت الحقيقي + ذكي " القدرة على تجهيز المياه العميقة الكشف من " بعد التحليل " إلى " اتخاذ القرارات في الموقع " ، إلى حد كبير تحسين المرونة التشغيلية .

ثالثاً - الدقة : ضمان جودة البيانات الموثوقة في بيئات معقدة

هناك العديد من التحديات في البيئة في أعماق البحار ، مثل " طويلة مسار انتشار الصوت ( إشارة واضحة التوهين ) ، اضطراب قوي في المياه ( موجة الداخلية ، ودرجة الحرارة والملوحة التدرج يؤدي إلى تعقيد سرعة الصوت الشخصي ) ، والتضاريس تقلب كبير ( على سبيل المثال ، المنحدر من الجبال البحرية > 30 درجة ) .دقةهو شريان الحياة في المياه العميقة متعددة شعاع النظام .تقنية التحكم خطأمع .نظام المعايرةالتآزر .

　　1. مصدر الخطأ قمع : من التصميم الصوتي على التكيف البيئي​

أخطاء متعددة شعاع السبر في المياه العميقة تنبع أساسا من ثلاثة جوانب .

　　سرعة الصوت الشخصي خطأسرعة انتشار الموجات الصوتية في مياه البحر يختلف مع درجة الحرارة والملوحة والضغط ( مجموعة نموذجية من 1450-1540 م / ث ) . إذا كان الانحراف من سرعة الصوت نموذج 1 م / ث ، عمق 3000 متر سوف تنتج حوالي 20 متر السبر خطأ . النظام من خلال التكاملفي الوقت الحقيقي قياس سرعة الصوت الشخصي مع درجة حرارة الملح عمق متر ( CTD )أو الوصول إلى قاعدة البيانات العالمية / الإقليمية سرعة الصوت ( على سبيل المثال ، woa18 ) لتحقيق دقة عالية تصحيح تتبع راي .

　　موقف الحركة خطأالسفينة لفة ، نصب ، أو رفع يمكن أن يؤدي إلى انحراف شعاع البصمة .الألياف البصرية نظام الملاحة بالقصور الذاتي ( FOG IMU ) + استشعار الحركة ( MRU )الموقف الخطأ هو التحكم في مستوى سنتيمتر من 100 ~ 1000 هرتز تردد أخذ العينات ، جنبا إلى جنب مع الوقت الحقيقي تعويض الحركة الخوارزمية ( على سبيل المثال ، شعاع زاوية توجيه الموقف نموذج رسم الخرائط ) .

　　شعاع توسيع البصمة الارتباكفي المياه العميقة ، مع زيادة تباين زاوية الموجة الصوتية ، وحجم شعاع البصمة ( عمق المياه × تباين زاوية ) يمكن أن تصل إلى عشرات الأمتار ، مما يؤدي إلى تداخل شعاع إشارة . من خلال الاستفادة المثلى من تصميم محول صفيف ( مثل متفرق صفائف التكيف الإشعاع ) ، حجم البصمة يمكن تخفيضها إلى 5 ~ 10 متر ، لضمان أن الحزم المجاورة يمكن تحديدها بشكل مستقل .

　　2. المعايرة والتحقق : تتبع سلسلة كاملة من الدقة​

من أجل ضمان موثوقية البيانات ، في المياه العميقة نظام متعدد الحزمتوحيد عملية المعايرةالقضاء على الانحراف المتأصل في النظام :

　　مختبر المعايرةقبل مغادرة المصنع ، شعاع زاوية ، والحساسية ، والتوجيه من محول يتم اختبارها من قبل معيار يعكس الهدف .

　　معايرة البحرية" تصحيح مشروع " و " لفة الانحراف " و " سرعة الصوت المتبقية خطأ " معايرة باستخدام نقاط مراقبة دقيقة معروفة عمق المياه ( على سبيل المثال ، المد والجزر ومحطات المراقبة في قاع البحر ) .

　　عبر التحققمقارنة مع الأقمار الصناعية قياس الارتفاع ، ليدار ، أو شعاع واحد من البيانات ، والتحقق من اتساق قياس التضاريس المعقدة .

في الوقت الحاضر ، في إطار العمل من المعايير الدولية الرئيسية في المياه العميقة mbes الطائرة دقة تحديد المواقع يمكن أن تصل إلى ± 5 أمتار ، وعمق المياه دقة أفضل من ± 0.2 في المائة من عمق المياه ، والتي تلبي معايير المنظمة الهيدروغرافية الدولية s-44 ( أعلى درجة ) .

خاتمة

" الشمولية والكفاءة والدقة " في المياه العميقة متعددة شعاع نظام السبرالابتكار التكنولوجي الصوتية( قطاع واسع الإشعاع ، معالجة الإشارات التكيفية )نظام التكامل القدرةالملاحة الحركة الصوتية المستشعرات الانصهارتجربة تطبيق الهندسةخطأ التحكم ومعايرة النظام . جنبا إلى جنب مع الذكاء الاصطناعي ( على سبيل المثال ، عمق التعلم التلقائي صدى تفسير ) و الكم الاستشعار ( على سبيل المثال ، عالية الدقة الملاحة بالقصور الذاتي ) وغيرها من التكنولوجيات ، في المستقبل نظام متعدد الحزم في المياه العميقة سوف تذهب أبعد من ذلك إلى " سوبر المياه العميقة ( أكثر من 6000 متر ) ، سوبر عالية الكفاءة ( تغطي 10000 كيلومتر مربع في اليوم الواحد ) ، سوبر الدقة ( سنتيمتر مستوى عمق الماء ) " ، ومواصلة تمكين استكشاف أعماق البحار وبناء قوة المحيطات .