2025年3月18日

目录

1 概述

1.1 目的背景

1.2 测量区域

2 系统组成与方案

2.1 设备组成及介绍

2.2 安装方案

3 测量作业

3.1 测量准备

3.2 开始测量

3.3 成果展示

1 概述

1.1 目的背景

2025年2月15日-16日，翱飞（无锡）科技有限公司与某单位在福清市某海域组织了一次HydroFrog 25无人船搭载OPT GS-200参量阵浅剖及Ping 3DSS iDX-450三维侧扫及条带测深一体化声呐系统的演示，主要目的是扫测目标海域防波堤水下部分被淤泥掩埋的情况。

1.2 测量区域

测试区域位于福清某海域（红线标出区域），防波提受潮水影响大，需在高潮时段迅速完成测量，同时观测区域周边都是渔民密布的水产养殖网，对无人船安全性及操作都提出了极大的挑战。

2 系统组成与方案

2.1 设备组成及介绍

设备组成

本次演示采用了HydroFrog 25无人船，搭载OPT GS-200参量阵浅剖及Ping 3DSS iDX -450三维侧扫及条带测深一体化声呐。

HydroFrog 25无人船系统介绍

HydroFrog 25无人船是翱飞(无锡)科技有限公司（以下简称：OPT）全自主研发生产的多用途无人船系统。HydroFrog 25长2.5米，采用了双体船结构，横摇更稳定，中央采用开放式的桁架结构，可搭载单波束、多波束测深系统、浅地层剖面仪、ADCP、多参数水质仪等设备，以执行不同场景任务。

HydroFrog 25采用可更换拓展IP67防护等级电池包、电动推进器及自研电源管理系统，作业时间长、充电安全稳定且环境友好。主要连接处采用快装卸结构，一到两个人数分钟内即可完成船只的组装、任务设备安装及布放，折叠后小型SUV即可进行运输。

HydroFrog 25配备自研声速剖面仪绞车，可通过船控系统采集目标区域声速剖面数据，测绘调查更便捷。同时可选配全套可移动式收放系统，适用于国内大部分收放场景，作业更加安全高效。

无人船剖面图

无人船系统组成

HydroFrog 25由平台系统和任务载荷系统组成，两系统之间通过通用接口进行集成。平台系统主要指平台自身及操控设备，可以独自操作运行，该系统包括平台本体、动力系统、控制系统、通信系统、定位导航系统和交互系统六个部分，是基于任务剖面需求设计的多用途平台。任务载荷系统指无人船用以执行任务的仪器设备及其相关附属机构，规划设计为即插即用模块，可根据不同任务目的、用途规划出不同的任务载荷系统，模块更换装卸简单、便捷、快速，具备通用化、多用途接口。

无人船平台系统构架

无人船主要技术参数：

GeoScope系列参量阵浅剖介绍

GeoScope系列参量阵型浅地层剖面仪由中国科学院声学研究所东海研究站海底声学研究室和翱飞（无锡）科技有限公司共同研制生产。GeoScope系列参量阵型浅剖是基于非线性声学原理设计的，由于介质的非线性效应，在传播过程中产生差频、和频以及谐频。非线性声呐有诸多良好特性，在沉积环境调查和掩埋物探测方面，其相对丰富的频率组合以及窄张角表现优于传统的线性声呐设备所产生的单频点宽张角低频信号。GeoScope系列可用于掩埋物探测（水下管线，残骸等），辅助近海岸工程建设和沉积层探测（淤泥，沙层等）。

系统主要特点：

1) GeoScope 系列设备是便携式的浅地层剖面仪。

2) 推荐船舷安装此便携设备。

3) 发射窄波束，声学脚印小。

4) 宽带系统，具备高分辨率。

5) 没有明显的旁瓣。

6) 在混响背景下也有出色的表现。

7) 简单的安装以及使用操作。

系统主要技术指标：

Ping 3DSS iDX -450三维侧扫及条带测深一体化声呐介绍

3DSS iDX -450声呐是世界上第一款成功采用CAATI 技术的三维侧扫及条带测深一体化声呐。该声呐是由加拿大 PING DSP公司全自主开发生产的，PING DSP公司的总裁就是CAATI算法的发明者Paul. H. Kraeutner博士。3DSS-iDX-450声呐的核心是Ping DSP™ 最先进的SOFTSONAR™电子技术。该技术包括低噪、宽动态范围的接收阵和指向可调的发射阵，千兆以太网接口，在数据处理上，3DSS-iDX-450采用了Ping DSP™专利的基于CAATI 算法的高速模块化信号处理技术，革命性的改进了过去相干声呐中的单一入射角识别方法，实现了多入射角同时到达检测技术（如海底、海面、水柱和多路径等），成功的在一台便携且易用的小型声呐上，实现了真三维侧扫点云图像以及超宽覆盖水深测量一体化。

3DSS iDX -450声呐在每一次声波脉冲发射接收测量周期中可同时获得3种数据：与传统侧扫声呐相同的二维声呐图像数据（由回波强度信号得到）；前所未有的水下量程内全空间的高分辨率三维点云数据（由CAATI算法得到），和超宽覆盖的条带测深数据（由全空间三维点云数据提取得到）。3DSS iDX声呐的三维点云和条带测深数据有效覆盖宽度皆可达水深的10到20倍，没有任何一款现世多波束系统可与之比拟。其水深测量精度与波束形成多波束一致，而工作效率则明显高于波束形成多波束系统。

3DSS iDX -450声呐组成

3DSS-iDX-450声呐的工作频率是450 kHz，适用100米以浅水深。其采样间隔是量程上的1.3厘米。条带最大水深点个数可达1440个。每个水深点脚印的大小也可选择，一般设置成0.1米到0.25米。在有效覆盖宽度范围内，水深测量的精度可满足IHO水深测量的特级标准。

3DSS-iDX-450硬件系统由声呐探头、电缆及接线盒组成。声呐头中内置了精度为0.1度的纵横摇运动传感器及精度为0.5度的罗经。系统只需外配定向型GNSS即可以精确、高效、快速地进行水下地形地貌扫测。对水下特殊结构、管道、电缆、桩基、障碍物和其他小尺度物体，现场即可实时得到其准确位置、水深和三维物体尺度数据。

3DSS-iDX-450声呐主要技术指标。

2.2 安装方案

HydroFrog 25桁架上布置了升降鳍，升降鳍上部基座用以安装双天线，升降鳍下部安装基座用以安装OPT GS-200参量阵浅剖及Ping 3DSS iDX -450三维侧扫及条带测深一体化声呐。

HydroFrog 25安装声呐后下水图

3 测量作业

3.1 测量准备

2月15日上午到达演示区域，完成系统安装、连接相应电缆、通电测试，HydroFrog 25无人船功能正常，浅剖及相干声呐功能正常，依次开展扫侧作业任务。

3.2 开始测量

测量准备工作完成后，无人船以1-2m/s航速沿测线方向航行，分别用Geo Scope浅剖和Ping3D进行测量。在远程显示界面中实时查看回传的图像，并通过对采集软件的调节实现数据质量的控制。

在母船控制端，浅剖回波图像可清楚分辨出淤积层、防波堤边坡以及防波堤泥面以下结构。Ping3D一次采集三维点云、侧扫和条带测深三种数据，可探测水下全空间目标物信息，对此次防波堤作业区的消波块、抛石、海底礁石和养殖网箱等一览无遗。对防波堤海底面边界可进行实时打标定位。

三维点云、侧扫、条带测深一体化采集

防波堤扫测——消波块水深属性

防波堤扫测——消波块、养殖网箱回波强度

防波堤扫测——目标物捕捉、打标

3.3 成果展示

1) 浅剖演示成果图示

无人船垂直于防波堤测量，在靠近防波堤时，淤泥断层，且穿透深度逐渐减少，经判断向用户出具防波堤泥面以下的起始坐标位置。

无人船在往返垂直测量过程中，在靠近防波堤时，地层逐渐消失，出现不能穿透的结构物，当远离防波堤时，结构物逐渐下沿并出现底层和相应的穿透。图中标记点对应的是水下结构出现的位置，即为防波堤在海底以下的位置。

此外，在航行途中，在水深7米的区域，GeoScope 200获取了较好的分层，其穿透深度达10m，且分层清晰。

2) 多波束成果图示

3DSS-iDX-450声呐内置惯导搭配内部集成GNSS设备简化安装使用和校准。该声呐通过多基元侧扫型换能器实现水下全空间扫测，单次测量就可完成整个防波堤的作业。

成果图-0.5m格网图1

成果图-0.5m格网图2

3D点云——测区码头

3D点云-地笼

3D点云——防波堤

3D点云——防波堤