Page 180 - 公路工程检测技术及施工管理

公路工程检测技术及施工管理
Inspection Technology and Construction Management of Highway Engineering

成一条线。随着声呐载体的前进，声呐不断地发射和接收信号，逐行记录数据，
在显示器上每条扫描线表示了每次发射返回的回波数据，各个回波到达的时刻分
别对应各点的位置，也即像素坐标，回波的幅度对应各点的亮度，即像素灰度

值。最终，在显示器上逐行排列显示出各个发射周期接收的回波数据，就生成了
水下二维声呐图像。
（三）多波束声呐系统
一个单波束在水中的传播是球形且等幅度的，结果就是各个方向上声音的能

量都是相同的，这种传播的方式可以称为等方向性传播，发射波束的发射阵也称
为等方向性源。生活中，将一块石头扔入水中。
很显然，这种形状的波是没有方向的，不能用来区分不同方向但距离相同的
目标，因此进行探测时不能采用这种波束。想要发射指定方向的波束，需要借助

播的相互干涉作用。
如果有两个波的发射器，当他们同时发射一个等方向性的波束时，声波图
将会发生重叠，两种波束之间将会互相干涉。若两个波峰或者两个波谷重叠时，
两束波之间的叠加就能增强波的能量，相反，若波峰和波谷重叠，两者的能量就

会相互抵消。正常来说，相长干涉会出现在与两个波源的距离之差为整数倍波长
处，相消干涉则发生在与两个波源距离差为半个奇数倍波长处。很明显，水听器
放在相长干涉处最好。
对于一个标准的声呐系统，两个信号源的间距d等于λ/2（半波长），这个

时候相长干涉和相消干涉出现的位置在最有利的角度，相长干涉位于两个信号源
的中垂线方向，而相消干涉则位于两点连线方向。
两个间距为λ/2（半波长）的发射器形成的波束指向图，左侧是平面图，右
侧是三维示意图，从图中可以看出波束的能量指向，在不同的角度波束的能量也

不相同，这就是波束的指向性。如果发射阵的能量可以控制在一个很小的角度
内，那么这个装置的指向性就好。实际上的发射阵包含很多个发射器，排布方式
有直线和圆形等多种方式。由两个发射器形成的波束图可以进一步衍化。
主瓣是能量最大的波束，旁边的旁瓣也是相长干涉，但不适合用于探测，

这导致了能量的损失。旁瓣的回波是属于干扰信号，可以通过加权降低旁瓣的影
响，但加权后波束会变宽。一般来说，波束角受波长和基阵长度的影响，波长越
短，基阵越长，指向性越好。但是波长越短，能量在水中衰减越严重，基阵也不

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