侧扫声呐（Side Scan Sonar，SSS）又称为海底地貌仪、旁侧声呐或旁扫声呐。顾名思义，侧扫声呐是运用海底地物对两侧入射声波反向散射（Backscattering）的原理来探测海底形态和目标，直观地提供海底声成像的一种设备，在海底测绘、海底施工、海底障碍物和沉积物的探测等方面得到广泛应用。

侧扫声呐主要由甲板和拖鱼（towed fish）两大部分组成，如图7-1所示。它的工作原理与侧视雷达很相似，如图7-2所示，拖鱼左右舷各安装一个换能器阵，由每个发射器向水柱区发射一个以球面波方式向外传播的短促声脉冲，发射波束在航向上很窄，在侧向上很宽。根据波的特性，当声脉冲被水中物体或海底阻挡时，便会产生反射或散射，一些反向散射波（也叫回波）会沿原路返回到换能器端，接收方向与发射波束正好相反，在航向上很宽，在侧向上很窄，接收到的回波，经过检波、滤波、放大，用一个时序函数对连续返回的散射波进行处理并转换成一系列电脉冲，将同一时刻的回波数据进行求均值处理，完成一次数据采集。当测船沿测线行进时，多次数据采集则形成了声呐图像。

由于海底凹凸不平，海底或者海底目标有的地方被照射，有的地方被遮挡，反映到图像上就是有的地方为黑色，有的地方为白色。图7-3为一架海底失事飞机的声呐图像，高亮区为飞机外形图像，飞机右侧暗区为飞机阴影，即为被遮挡处。由于声呐数据是在有信号反射时对其进行记录的，当信号没有到达海底时，对于水层一般是没有强回波信息的，所以图7-3中，左右舷发射线与海底线之间的阴影部分即为水层，也叫做水柱（water column）盲区。

图7-1　侧扫声呐系统构成示意图

图7-2　侧扫声呐波束指向性示意图

图7-3　侧扫声呐图像

通常情况下，硬质、粗糙、凸起的海底回波强；软质、平滑、凹陷的海底回波弱；被遮挡的海底不产生回波；距离声呐发射基阵越远，回波越弱。如图7-4所示，第①点为发射脉冲，正下方海底为第②点，因回波点垂直入射，回波是正反射，回波很强；海底从第④点开始向上凸起，第⑥点为顶点，所以第④、第⑤、第⑥点间的回波较强，但是这三点到换能器的距离不同，第⑥点最近，第④点最远，所以回波返回到换能器的顺序是⑥→⑤→④，这也充分反映了斜距和平距的不同；第⑥点与第⑦点之间的海底是没有回波的，这是被凸起海底遮挡的阴影区。第⑧点与第⑨点之间的海底也是被遮挡的，没有回波，也是阴影区。

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图7-4　回波数据采集示意图

通过对接收到的强弱不同的脉冲信号进行数字信号处理，每一个回波数据按时间先后顺序显示在显示器的一条扫描线上，每一点显示的位置与回波到达的时刻相对应，即先返回的数据记录在前面，每一点的亮度与回波幅度有关，与海底具体回波点的位置无关。随着测船的行进，将周期地接收数据并逐行纵向排列，在显示器上就构成了二维的海底地貌声图。声图的一般结构如图7-5所示，零位线是换能器发射声脉冲同时接收其信号的记录线，也可以表示拖鱼运动轨迹；海面线表示拖鱼的入水深度；海底线是拖鱼到海底的高度；扫描线是声图的主要部分，其图像色调随接收声信号强弱变化而变化，反映具有灰度反差的目标或地貌影像。侧扫声呐得到的图像是斜距成像，如将海底看作为平坦地形，或利用测深仪等其他设备获得海底地形，则可进行斜距改正，得到反映平面位置的图像。

声图平面与真实的海底平面成逐点映射关系，声图的亮度反映了海底及目标的特征。声呐图像的质量与拖鱼的高度和速度以及海底具体的目标有关。一般情况下，拖鱼距海底的高度大致是声呐探测距离的8%～20%。拖鱼越高，成像的阴影越短，则目标越不容易辨认；但也不能太低，否则覆盖范围太小，影响工作效率和作业安全。拖鱼的速度与被探测的目标大小有关。通常侧扫声呐可以测量尺寸在1m以内的海底块状目标，被探测的目标至少有3次被声波击中才能成像，因此对拖鱼的速度也有一定要求。如图7-6所示，右扇区中目标物只被1次击中，最终无法在侧扫图像中成像，在图像上表现为噪声。

声波从发射到接收的时间间隔为Δt，其取决于声波往返传播路径的远近。设声波在海水中的传播速度为c（m/s），声波传播的单程距离为S（m），则

图7-5　声图结构示意图

图7-6　侧扫声呐目标探测示意图

侧扫声呐的工作方式一般为拖曳式，但考虑到测区地形条件和操作之便，拖鱼（换能器）也可为船侧固定安装，即舷挂式，类似于多波束安装方式；根据测量要求与目的不同，换能器还可在船首安装。拖曳式作业，拖鱼受船体噪声影响小，成像分辨率高，但由于作业中换能器被拖缆拖拉在测船后一定的位置和深度，除声速的不准确外，船速、风、海流等均会给声呐图像中目标位置的计算带来影响，对船舶驾驶速度、航向等要求较高；舷挂式作业，由固定杆等装置固定拖鱼，拖鱼吃水深度等几何参数可人工量取，与定位装置的位置关系容易换算，且不受风、流和拖缆弹性误差的影响，但是受船体噪声和姿态变化的影响较大。两种方式各有利弊，可结合具体工作环境条件，选择合适的安装方式。