应用实例|GeoScope 参量阵浅剖盐城滨海海域作业

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#设备介绍#

GeoScope是一款小型的便携式参量阵浅地层剖面系统,采用了单波束参量阵技术进行浅地层剖面勘探和精确水深测量。GeoScope可提供丰富的频率选择。原频率100/200/300KHz可选,差频覆盖宽,同时提供测深结果和穿透数据。GeoScope为中国首批走向商业应用的非线性声纳设备之一。

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#参量阵原理#

声参量阵是利用水介质的非线性特性,使用两个沿同一方向传播的高频初始波在远场中获得的差频和频波的声发射装置。

参量阵声呐在高压下同时向水底发射两个频率接近的高频声波信号(f1,f2 )作为主频,声波在水介质中传播时由于水的非线性效应而形成差频波,改变两个主频频率就可以控制差频波的频率,当换能器发射声波作用于水体时,在换能器以下会产生一系二次频率,如 f1、f2、(f1+f2)、 (f1-f2 )、2f1、 2f2等声波信号,因 f1、f2的频率非常接近,所以差频(f1-f2)的频率很低,可低至几千赫兹,具有很强的沉积层穿透力,可以用来探测海底浅部地层结构,反射的主频声波信号用于精确的水深测量。由于主频的频率高,换能器可以制作得很小。差频声波信号与高频时的波束角非常接近,且没有旁瓣,因此波束指向性好,具有较高的分辨率,可控的差频声波信号可以反映更多的沉积层信息,以便于对沉积层的分类识别。

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#GS-100的典型指标#
原频频率

90 ~ 120 kHz

差频频率
5 ~ 20kHz 可选
脉冲长度
0.05~1 ms 可选
原频张角
~4.5 度
差频张角
>5 deg
原频声源级
>238 dB/uPa @ 1m@110 kHz
差频声源级
>194 dB/uPa @ 1m@10 kHz
动态范围
>110 dB

距离分辨率

最优 5cm

穿透能力

最大 40 米(取决于海底底质和海洋环境噪音)

测深距离

<200 m(可定制升级到 400 米)

湿端重量

约 8Kg(空气中,带 20 米缆线)

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#设备组成#

每套 GeoScope 系列设备包含如下部分:
  • GeoScope 系列参量阵换能器单元(15/20 米缆线长度)
  • GeoScope 系列参量阵甲板单元
  • 连接 PC 端和甲板单元的网线
  • 甲板单元电源适配器, 电源线
  • 甲板单元地线
  • GeoScope 系列参量阵系统软件
  • 用户手册


每套设备按客户需求可能会有所出入。

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#设备连接#

设备连接较为简单,首先完成支架安装,其次完成电缆连接,包括:换能器缆、电源线、地线、网线、GPS/姿态仪连接缆(连接至采集电脑)。
 1   固定安装支架

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 2   电缆连接
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#作业#

本次采用侧舷安装,换能器吃水1.38米,GPS天线处于测量杆正上方,未配置IMU补偿。沿测线和检查线方向,以4节航速测量航道内淤积情况(为区分3D视图,采用不同颜色进行显示)。
ee1f4357431e2db23c54e37dc5a6e594.jpeg 图1

ccb7ae551af6e0bc6ff5cdd0b40fda99.jpeg 图2

708dc9ecefd2235887a7c82ef269188e.jpeg 图3

83b6603b173fbf316e5a0b3d120d4dfa.jpeg 图4

f0159e069cd6b627d7e40e05ba8f3663.jpeg 图5

本次选用10kHz CW波在航道附近进行扫测,穿透深度在9米左右,获得两个较明显的分层。第一层层厚在0.5-0.8米不等,由于航道回淤频繁,且经常需要疏浚,该层可能为悬沙或浮泥;第二层厚度在3米左右,可能是由于长期未清理导致的旧淤积层,由于该层较厚,是否为淤泥需地质取样进一步确定;第二层以下为较硬的底质。
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总结

由于本次未使用IMU对姿态进行补偿,海底地形有褶皱。经潮位和声速改正后,在3D视图中,测线的地层一致。由于该航道回淤十分严重,清理频繁,且未形成有效的监测,未做取样,所以无法准确判断第二层的情况。采集数据经处理后,将第一层和第二层(浮泥和淤泥)测量信息告知用户,方便对淤泥方量和航道清淤做评估。
和客户所用的双频单波束对比,此次测量同时使用双频测深仪对水深值进行测量,其中高频200kHz能准确获得水深信息,能准确显示海底地形;低频24kHz,水深数据与高频水深值对比,低频水深数据在海底以下0-1米波动,如果将低频数据理解为海底以下的地层,那么该层波动较大,且不连续。与双频测深仪对比,在做航道清淤等剖面测量时,浅地层剖面仪具有显著的优势。

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广州老梁
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