lu.se

Havsportalen

Lunds Tekniska Högskola

Denna sida på svenska This page in English

Bredbandig och avbildande sonarteknik

Den information man erhåller från en sonar representerar förhållandena inom den volym som träffas av och reflekterar den akustiska energin. Verksamheten avser metoder för att förbättra upplösningen i sidled och avstånd och därigenom förbättra detaljrikedomen i sonardata. Dessutom har metoder för att klassificera olika bottentyper studerats.

De sonarmoder som studerats är dels vertikalt profilerande dels sidtittande bildskapande. Vi är speciellt intresserade av sonarer som lämnar information om förhållanden under bottnen, vilket kräver att man använder frekvenser under 20 kHz.  

Upplösningen i avståndsled definieras av den utsända signalens bandbredd. Det är lätt att skapa elektriska signaler med stor bandbredd men tyvärr är effektiva sändare kraftigt resonanta och de fungerar därigenom som smalbandsfilter. Vi har funnit att den ideala signaltypen består av ett snabbt frekvenssvep, en sk chirp, vilken har en frekvensgång vars hastighet är proportionell mot sändarens frekvensrespons. Det innebär att signalen går snabbt förbi resonansfrekvensen, men uppehåller sig längre i de omgivande frekvensområdena. På så vis kan lika mycket energi sändas ut inom ett stort frekvensområde runt resonansfrekvensen. Förutom hög upplösning medger de bredbandiga signalerna att man karaktäriserar olika bottentyper med ledning av hur starkt de reflekterar olika frekvenser - kromatisk sonar.  

Upplösningen i sidled för en profilerande sonar bestäms av lobvidden, vilken i sin tur beror av hur stor sändarens tvärsnitt är räknat i våglängder. Detta gör att det vid lågfrekventa signaler krävs en stor sändare för att få god horisontell upplösning. Emellertid finns det ett undantag, vilket utnyttjar att akustisk energi läcker över till lägre och högre frekvensband om det förekommer olinjäritet i det medium energin utbreder sig. Då kan man alstra en smal lågfrekvent lob genom att amplitudmodulera en högfekvent signal med en lågfrekvent envelopp. Den lågfrekventa signalen får samma lobvidd som den högfrekventa  strålen och inga sidlober. Tyvärr förlorar man mycket energi med detta tillvägagångssätt, vilket kallas parametrisk sonar.  

En avbildande sonar sänder i allmänhet ut en solfjädersformad lob. Den är hög i vertikal riktning för att täcka ett stort bottenområde och smal i horisontell riktning för att ge hög upplösning i sidled. Varje utsänd puls ("ping") ger upphov till en bildlinje som bygger upp en bild efterhand som sonaren flyttar sig. Med reell apertur avser man hur lång sändaren är i våglängder räknat. Ju längre den är desto smalare lobvidd får man och därigenom högre upplösning i sidled. För att undvika ohanterligt långa sändare kan man utnyttja sk syntetisk apertur. Det innebär att man håller reda på sändarens position vid varje ping. Därigenom kan man på matematisk väg framställa en bild som har en horisontell upplösning motsvarande en många meter lång reell apertur.  

Vi har också tittat på kombinationer av dessa olika tekniker.  

Nedan visas ett exempel från arbetet med syntetisk apertursonar:

Detta s.k. T-mål användes i utvecklingen av den första svenska sonaren med syntetisk apertur. De vertikala stängerna är gjorda av glasfiber som har i stort sett samma impedans som vatten och därför är osynliga i sonaren. De vita bollarna består av frigolit och har mycket hög impedanskontrast mot vattnet och är därför goda mål.  

 
Bilden av T-målet i bilden ovan, men framställd med syntetisk aperturprocessering av signaler insamlade med sonaren monterad på en datorstyrd 4.2 m lång räls vid kajkant. Avståndet mellan sonar och mål är här 17-18 m, pulsformen är en 10% chirp vid 200 kHz.

 

Mer information

Kontakta
Peter Ulriksen, Peter.Ulriksen@tg.lth.se
Peter Jonsson, Peter.Jonsson@tg.lth.se

Finansiärer
FOA/FMV
NFR
STU/NUTEK

Relaterat
Teknisk geologi