TWI696840B - 水下聲納量測校正裝置與方法 - Google Patents

Abstract

一種水下聲納量測校正裝置包括：一標準校正塊，具有一實際尺寸；一浮體，連接於標準校正塊之頂部；一聲學應答器，設置於標準校正塊之頂部上；一底錨，設置於標準校正塊之底部下方，用以安定標準校正塊之位置；以及一聲學釋放器，設置於標準校正塊之底部內，並機械連接於底錨，當聲學釋放器接收到一釋放指令時，使得該標準校正塊與該底錨分離。

Description

水下聲納量測校正裝置與方法

本發明是有關於一種水下聲納量測校正裝置，且特別是有關於一種利用水下聲納量測校正裝置的校正方法。

聲納離岸風場的運轉維修作業屬高難度、高風險，且從業人員流動性高，其中水下運轉維修的監控更是一大難事，測繪船隻出海測繪收集數據資料，每次測繪需要耗費的成本相當龐大。增加每次測繪數據資料的精準程度，除了提升測繪數據資料的可靠度外，同時也減少重新測繪的可能。

聲納是一種對水下目標進行探測、定位的電子設備。利用聲波在水下的傳播特性，通過電聲轉換和訊號處理，完成水下探測任務。隨著海洋新技術的介入和裝備的不斷升級，水下地形聲學探測技術獲得了迅速的發展，現已成為世界各海洋國家在海洋測繪方面的重要研究領域之一。目前利用聲納技術進行海洋測繪的設備有：單波束回聲測深儀、側掃聲納儀、多波束測深儀、淺地層剖面儀等。然而，這些海洋測繪的設備只可以判別這些聲音信號，用以確定對象的範圍和方位，並沒有校正補償相關技術。

中華民國專利證書號M406734公開一種三軸定位之水下超音波量測系統，包含一三軸定位單元、超音波量測單元及一處理單元。藉由固定於三軸定位單元上之超音波探頭向三軸方向移動並發射、反射接收訊號，進行精準的距離計算，再根據計算之距離描繪出河床地形。然而，該專利 文獻之水下超音波量測系統僅適用於淺水區水下量測。再者，該專利文獻之水下超音波量測系統也沒有針對待側物尺寸之校正補償的相關技術。

因此，便有需要提供一種水下聲納量測校正裝置與方法，解決前述的問題。

本發明之一目的是提供一種水下聲納量測校正裝置，可提供校正基準作為誤差補償。

依據上述之目的，本發明提供一種水下聲納量測校正裝置，包括：一標準校正塊，具有一實際尺寸；一浮體，連接於標準校正塊之頂部；一聲學應答器，設置於標準校正塊之頂部上；一底錨，設置於標準校正塊之底部下方，用以安定標準校正塊之位置；以及一聲學釋放器，設置於標準校正塊之底部內，並機械連接於底錨，當聲學釋放器接收到一釋放指令時，使得該標準校正塊與該底錨分離。

本發明更提供一種水下聲納量測校正方法，包括下列步驟：提供一作業船，其裝設有一聲學收發器及一聲納單元；將作業船行駛至一待測物所在之目標水域；作業船投遞上述水下聲納量測校正裝置於待測物附近；將作業船駛離待測物附近並行駛至一遙測地點，其中作業船與該標準校正塊之間具有一第一量測距離，且作業船與待測物之間具有一第二量測距離；以聲納單元遙測得知標準校正塊之量測尺寸，其中標準校正塊之量測尺寸與實際尺寸之誤差建立一高度標準尺寸誤差參考值；以聲納單元遙測得知待測物之量測尺寸；以及利用第一及第二量測距離之比例及高度標準尺寸誤差參考值，以校正待測物之量測尺寸。

本發明之水下聲納量測校正裝置於探測時，可提供校正基準。由於先前技術於水下使用聲納量測水中待測物時會產生尺寸誤差，因此本發明之水下聲納量測校正裝置所提供之校正基準可作為誤差補償，並透過計算修正補償誤差，使水下目標 物量測尺寸更加精準。

1‧‧‧作業船

111‧‧‧標準校正塊

11‧‧‧水下聲納量測校正裝置

1111‧‧‧頂部

1112‧‧‧底部

112‧‧‧浮體

113‧‧‧聲學應答器

114‧‧‧水平儀

115‧‧‧底錨

116‧‧‧聲學釋放器

117‧‧‧尺寸調整機構

118‧‧‧連接環

12‧‧‧聲學收發器

13‧‧‧聲納單元

14‧‧‧待測物

AG‧‧‧傾斜角度

A‧‧‧第一量測距離

B‧‧‧第二量測距離

D‧‧‧量測尺寸

H1‧‧‧實際尺寸

H1’‧‧‧量測尺寸

H2‧‧‧實際尺寸

L‧‧‧垂直分量

S‧‧‧目標水域

S10~S90‧‧‧步驟

圖1為本發明之一實施例之水下聲納量測校正方法之流程圖。

圖2為本發明之一實施例之水下聲納量測校正方法之剖面示意圖，其顯示提供一作業船。

圖3為本發明之一實施例之水下聲納量測校正方法之剖面示意圖，其顯示將作業船行駛至待測物所在之目標水域。

圖4為本發明之一實施例之水下聲納量測校正方法之剖面示意圖，其顯示作業船投遞水下聲納量測校正裝置於該待測物附近。

圖5a為本發明之一實施例之水下聲納量測校正裝置之剖面示意圖。

圖5b為本發明之另一實施例之水下聲納量測校正裝置之剖面示意圖。

圖6為本發明之又一實施例之水下聲納量測校正裝置之剖面示意圖。

圖7為本發明之一實施例之水下聲納量測校正方法之剖面示意圖，其顯示將作業船駛離待測物附近並行駛至遙測地點。

圖8為本發明之一實施例之水下聲納量測校正方法之剖面示意圖，其顯示聲學釋放器釋放分離底錨。

圖9為本發明之一實施例之水下聲納量測校正方法之剖面示意圖，其顯示作業船回收水下聲納量測校正裝置(但不含該底錨)。

為讓本發明之上述目的、特徵和特點能更明顯易懂，茲配合圖式將本發明相關實施例詳細說明如下。

圖1為本發明之一實施例之水下聲納量測校正方 法之流程圖。該水下聲納量測校正方法包括下列步驟：

請參考圖2，在步驟S10中，提供一作業船1，其裝設有一聲學收發器12及一聲納單元13。聲學收發器12可為短基線(Ultra Short Baseline,USBL)水下定位系統之聲學收發器。舉例，超短基線水下定位系統主要包含聲學收發器(Acoustic Transceiver)與聲學應答器(Acoustic Transponder)，其中聲學收發器由聲學換能器(Acoustic transducer)陣列所組成。聲學收發器通常安裝於作業船底，而聲學應答器則安裝於水下待測物。其定位原理是先由聲學收發器發出應答訊號，聲學應答器收到應答訊號後再發射回訊給聲學收發器。而聲納單元會自己發出音響訊號，藉由這個音響訊號接觸物體後反射回來的變化，做為計算這個物體的相對方位與距離的資料，其原理類似於都卜勒效應。該聲納單元之指向與海平面垂直線之夾角較佳地介於15~35度。

請參考圖3，在步驟S20中，將該作業船1行駛至一待測物14所在之目標水域S。待測物14可為海床地形、消波塊、沈船等。

請參考圖4，在步驟S30中，該作業船1投遞一水下聲納量測校正裝置11於該待測物14附近。請參考圖5a，水下聲納量測校正裝置11包括：一標準校正塊111(例如水泥塊)、一浮體112(例如浮球)、一聲學應答器113、一底錨115(例如廢棄後的橡膠輪胎)及一聲學釋放器116。標準校正塊111具有一尺寸(即實際尺寸H1)。浮體112連接於標準校正塊111之頂部1111。聲學應答器113設置於標準校正塊111之頂部1111上。聲學應答器116可為超短基線水下定位系統之聲學應答器。底錨115設置於標準校正塊111之底部1112下方，用以安定標準校正塊111之位置。聲學釋放器(acoustic release)116設置於標準校正塊111之底部1112內，並機械連接於底錨115，當聲學釋放器116接收到一釋放指令時，便釋放分離底錨115。舉例，聲學釋放器116是一種 用聲學訊號遙控的機械裝置，接到釋放指令後便啟動馬達以解開底錨115與聲學釋放器116之間的連接環118，或者燒斷卡榫以解開底錨115與聲學釋放器116之間的連接環118，使得該標準校正塊111與該底錨115分離。

請參考圖5b，在另一實施例中，水下聲納量測校正裝置11更包括：一水平儀114，其設置於該標準校正塊111內，用以記錄不同時間下該標準校正塊111之傾斜角度AG。藉由該標準校正塊111之傾斜角度AG而計算得知該標準校正塊111之實際尺寸H1的垂直分量L，以方便後續校正步驟之計算。舉例，標準校正塊111、浮體112、聲學應答器113、水平儀114、底錨115及釋放器116之重量總合大於浮力總合，因此水下聲納量測校正裝置11可以沉到水底。

請參考圖6，在又一實施例中，該標準校正塊111包括一尺寸調整機構117，用以將該標準校正塊111之實際尺寸由H1改變成H2。根據不同的待測物尺寸，可事先對應改變該標準校正塊111之實際尺寸，以方便後續校正步驟之計算。

請參考圖7，在步驟S40中，將該作業船1駛離該待測物14附近並行駛至一遙測地點，其中該作業船1與該該標準校正塊11之間具有一第一量測距離A，且該作業船1與該待測物14之間具有一第二量測距離B。舉例，以聲納單元13遙測得知作業船1與標準校正塊111之間具有一第一量測距離A，以聲納單元13遙測得知作業船1與待測物14之間具有一第二量測距離B。當第一量測距離A等於第二量測距離B時，藉由聲學收發器及聲學應答器之訊號收發及應答，以得知作業船1與待測物14之間的斜距。

請再參考圖7及圖5a，在步驟S50中，以該聲納單元13遙測得知該標準校正塊111之量測尺寸H1’，其中該標準校正塊111之量測尺寸H1’與該實際尺寸H1之誤差建立一高度標準尺寸誤差參考值。在步驟S60中，以該聲納單元13遙測得知該 待測物14之量測尺寸D。在步驟S70中，利用該第一及第二量測距離A、B之比例及該高度標準尺寸誤差參考值，以校正該待測物14之量測尺寸D。舉例，若該標準校正塊111之量測尺寸H1’及實際尺寸H1分別為5.5及6公尺，則高度標準尺寸誤差參考值為+0.5公尺。若該第一及第二量測距離A、B分別為200及250公尺，且該待測物14之量測尺寸D為3公尺，則該待測物14之校正後的量測尺寸D為3+0.5×200/250=3+0.4=3.4公尺。

請參考圖8，在步驟S80中，當該聲學釋放器116接收到一釋放指令時，該聲學釋放器116便釋放分離該底錨115。舉例，標準校正塊111、浮體112、聲學應答器113、水平儀114及釋放器116之重量總合小於浮力總合，因此在分離底錨115後，該水下聲納量測校正裝置11會浮到水面。

請參考圖9，在步驟S90中，該作業船1回收該水下聲納量測校正裝置11(但不含該底錨115)，該底錨115則停留在水底。

本發明之水下聲納量測校正裝置於探測時，可提供校正基準。由於先前技術於水下使用聲納量測水中待測物時會產生尺寸誤差，因此本發明之水下聲納量測校正裝置所提供之校正基準可作為誤差補償，並透過計算修正補償誤差，使水下目標物量測尺寸更加精準。

綜上所述，乃僅記載本發明為呈現解決問題所採用的技術手段之較佳實施方式或實施例而已，並非用來限定本發明專利實施之範圍。即凡與本發明專利申請範圍文義相符，或依本發明專利範圍所做的均等變化與修飾，皆為本發明專利範圍所涵蓋。

11‧‧‧水下聲納量測校正裝置

111‧‧‧標準校正塊

1111‧‧‧頂部

1112‧‧‧底部

112‧‧‧浮體

113‧‧‧聲學應答器

114‧‧‧水平儀

115‧‧‧底錨

116‧‧‧聲學釋放器

118‧‧‧連接環

H1‧‧‧實際尺寸

Claims (10)

1. 一種水下聲納量測校正裝置，包括：

   一標準校正塊，具有一實際尺寸；

   一浮體，連接於該標準校正塊之頂部；

   一聲學應答器，設置於該標準校正塊之頂部上；

   一底錨，設置於該標準校正塊之底部下方，用以安定該標準校正塊之位置；以及

   一聲學釋放器，設置於該標準校正塊之底部內，並機械連接於該底錨，當該聲學釋放器接收到一釋放指令時，使得該標準校正塊與該底錨分離。
2. 如申請專利範圍第1項所述之水下聲納量測校正裝置，其中該聲學應答器為一超短基線水下定位系統之聲學應答器。
3. 如申請專利範圍第1項所述之水下聲納量測校正裝置，其中該標準校正塊包括一尺寸調整機構，用以改變該標準校正塊之實際尺寸。
4. 如申請專利範圍第1項所述之水下聲納量測校正裝置，更包括：一水平儀，設置於該標準校正塊內，用以記錄不同時間下該標準校正塊之傾斜角度。
5. 如申請專利範圍第4項所述之水下聲納量測校正裝置，其中該標準校正塊、該浮體、該聲學應答器、該水平儀、該底錨及該釋放器之重量總合大於浮力總合，且該標準校正塊、該浮體、該聲學應答器、該水平儀及該釋放器之重量總合小於浮力總合。
6. 如申請專利範圍第4項所述之水下聲納量測校正裝置，其中藉由該標準校正塊之傾斜角度而計算得知該標準校正塊之該實際尺寸的垂直分量。
7. 一種水下聲納量測校正方法，包括下列步驟：

   提供一作業船，其裝設有一聲學收發器及一聲納單元；

   將該作業船行駛至一待測物所在之目標水域；

   該作業船投遞一水下聲納量測校正裝置於該待測物附近，其中該水下聲納量測校正裝置包括：一標準校正塊，具有一實際尺寸；一聲學應答器，設置於該標準校正塊之頂部上；以及一底錨，設置於該標準校正塊之底部下方；

   將該作業船駛離該待測物附近並行駛至一遙測地點，其中該作業船與該該標準校正塊之間具有一第一量測距離，且該作業船與該待測物之間具有一第二量測距離；

   以該聲納單元遙測得知該標準校正塊之量測尺寸，其中該標準校正塊之該量測尺寸與該實際尺寸之誤差建立一高度標準尺寸誤差參考值；

   以該聲納單元遙測得知該待測物之量測尺寸；以及

   利用該第一及第二量測距離之比例及該高度標準尺寸誤差參考值，以校正該待測物之量測尺寸。
8. 如申請專利範圍第7項所述之水下聲納量測校正方法，其中該水下聲納量測校正裝置更包括：一浮體，連接於該標準校正塊之頂部；以及一聲學釋放器，設置於該標準校正塊之底部內，且更包括下列步驟：當該聲學釋放器接收到一釋放指令時，便釋放分離該底錨。
9. 如申請專利範圍第8項所述之水下聲納量測校正方法，其中當該第一量測距離等於該第二量測距離時，藉由該聲學收發器及該聲學應答器之訊號收發及應答，以得知該作業船與該待測物之間的斜距。
10. 如申請專利範圍第7項所述之水下聲納量測校正方法，其中藉由該標準校正塊之傾斜角度而計算得知該標準校正塊之該實際尺寸的垂直分量。

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