理论教育 水下地形测量:海底反向散射强度的影响因素

水下地形测量:海底反向散射强度的影响因素

时间:2023-09-28 理论教育 版权反馈
【摘要】:根据式,海底对声波的散射强度与声波在海底的照射面积AE有关,还与海底物质的物理属性BSB有关。多波束声呐图像具有高精度的几何位置和海底反向散射属性,因此利用多波束进行底质分类具有较大的优势。图7-33平均反向散射强度随入射角变化图7-34海底反向散射强度与底质特征之间的一般关系

水下地形测量:海底反向散射强度的影响因素

根据声呐方程式,发射波束与海底的直接作用体现在BS项上,它可理解为海底介质对声波反射和散射能力的一种反映。根据式(7.20),海底对声波的散射强度与声波在海底的照射面积AE有关,还与海底物质的物理属性BSB有关。BSB可表达为:

只要能够准确获得式(7.34)右边各项,便可求得BSB,再根据其与海底物质的关系,则可以反演海底不同底质类型的区域分布,即海底底质分类。声学底质分类是通过遥测海底沉积物的声学特性(如反射系数、声速、衰减、散射等)来了解其物理特性(如底质类型、粒度大小等),它具有工作效率高,获取资料连续、丰富等特点,为海底底质分类提供了一种迅速而可靠的方法。多波束声呐不仅能获取高精度的水深数据,还能同时获得高分辨率的海底反向散射强度数据。多波束声呐图像具有高精度的几何位置和海底反向散射属性,因此利用多波束进行底质分类具有较大的优势。

BSB不仅与海底类型有关,还与波束的入射角有关,式(7.15)描述了BSB与入射角的关系。图7-33显示了实测的海底不同底质的平均反向散射强度随入射角的变化(金绍华,2014)。

由于声呐通常是条带式的扫测,一次条带成像,每个波束声照区通常只对应一个入射角。在未知海底底质类别的情况下,如果要完全确定某种底质类型的反向散射强度与入射角的关系,需增加扫测趟的次数,缩小测线间距,使得声呐图像同一像点对应多个入射角,但这种情况下增加了作业时间和成本,因此实际作业时以不同入射角多次测量同一区域是不太现实的。

海底不同类型的BSB与入射角关系曲线还可能相交,如图7-34所示,因此简单地通过式(7.34)确定反向散射强度与底质特征之间的关系进行底质分类是不够科学严谨的,可能会造成分类失败。应根据实际情况,构建适合测区场景的反向散射强度与底质类型特征之间数学关系模型,获取不同入射角反向散射强度与底质类型之间的改正系数,并将其应用到声学底质分类中,从而提高分类精度(Goff等,2000;Gonidec等,2003;Collier等,2005)。一般情况下,可采用其他手段获取测区适当分布的少量真值数据,如底质取样、海底照相,应用多元统计分析方法详细分析沉积物的粒度大小、孔隙度等特征矢量与反向散射强度之间的关系,从而构建反向散射强度与底质类型特征之间的数学关系模型。(www.daowen.com)

图7-33 平均反向散射强度随入射角变化

图7-34 海底反向散射强度与底质特征之间的一般关系

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