Донні профілографи

серія StrataBox	серія Bathy 2010

Донні профілографи використовуються для пошуку заглиблених на дні об'єктів (трубопроводів або кабелів), знаходження замулених підводних об'єктів, для розвідки корисних копалин і екологічного моніторингу, а також дослідження і класифікації складу донних відкладень. Профілографи дозволяють класифікувати такі типи донних опадів: мули, глини, піски і скельні породи.

Використання профілографи дозволяє швидко обстежити дно великих акваторій, як на внутрішніх водоймах, так і у відкритому морі, причому працюючи однаково добре незалежно від прозорості води, як в прісній, так і в солоній водах.

За своєю суттю донний профілограф являє собою однопроменевий ехолот, але з дуже низькою частотою випромінюваного сигналу (менше 12 кГц). Випромінювач трансдьюсера профілографа випускає акустичні імпульси вертикально вниз у воду, а приймаюча антена трансдьюсера відстежує відбиті від дна сигнали. Деякі з акустичних сигналів проникають всередину прошарків донних відкладень і потім відбиваються від границі між двома різнорідними прошарками, що мають різний акустичний опір (імпеданс). При проходженні акустичного імпульсу через кожен прошарок частина звукової енергії імпульсу поглинається, частина відбивається на границі прошарків, а частина проникає через границю у нижні прошарки. Обробка еха низькочастотних сигналів дозволяє отримати інформацію про донні осадові прошарки й створити профіль донних відкладень.

На продуктивність донного профілографа впливають параметри самого інструменту (вихідна потужність, частота сигналу, тривалість імпульсу), а також методи обробки еха сигналів.

Збільшення вихідної потужності сигналу дає краще проникнення в донні прошарки. Однак іноді при малих глибинах таі якщо дно дуже тверде, збільшення потужності призводить до сильного відбиття акустичного сигналу. Цей сигнал потім може бути відзеркаалений від поверхні води, що призводить до багаторазових перевідбиттів і появі небажаного «шуму» в даних зондування.

Частота сигналу також впливає на продуктивність системи, причому, чим менше частота сигналу, тим більше проникаюча здатність. Низькочастотна звукова хвиля великої потужності може проникати в донні прошарки на глибину більше 100 метрів.

Більш тривалий звуковий імпульс передає більше енергії та дає більш глибоке проникнення в донні прошарки та породи, але при цьому зменшуєтья роздільна здатність суміжних прошарків, таким чином зменшуючи роздільну здатність системи.

бробкою CHIRP (лінійна частотна модуляція) сигналу можна збільшити продуктивність системи, а також забезпечити більшу роздільну здатність по вертикалі донних прошарків.

За принципом утворення акустичного зондуючого сигналу системи донного профілювання можна розділити на звичайні (лінійні) та параметричні (нелінійні). Трансдьюсер лінійних систем випромінює один гармонічний сигнал. У параметричних системах трансдьюсер генерує високочастотні хвилі накачування - як правило, бігармонічний сигнал з близькими звуковими частотами f1 і f2 (первинні частоти), з інтенсивністю, що дозволяє зробити середовище нелінійним.

При взаимодействии первичных волн накачки в нелинейной среде создается новый низкочастотный сигнал с разностной частотой F (вторичная частота, равная разности частот  f1 - f2), которая хорошо проникает в морское дно. Первичные частоты могут быть использованы для точного определения глубины, а вторичная частота может использоваться для донного профилирования.
Диаграмма направленности для вторичной частоты имеет практически такую же форму, как и у первичного высокочастотного сигнала, при этом в ней ширина главного луча обычно не превышает нескольких градусов и практически полностью отсутствуют боковые лепестки. Эта особенность делает параметрические акустические системы очень востребованными, в частности, при работе на мелководье.

При взаємодії первинних хвиль накачування в нелінійному середовищі створюється новий низькочастотний сигнал з різницевої частотою F (вторинна частота, що дорівнює різниці частот f1 - f2), що добре проникає в морське дно. Первинні частоти можуть бути використані для точного визначення глибини, а вторинна частота може використовуватися для донного профілювання.
Діаграма спрямованості для вторинної частоти має практично таку ж форму, як і у первинного високочастотного сигналу, при цьому в ній ширина головного променя зазвичай не перевищує декількох градусів і практично повністю відсутні бокові пелюстки. Ця особливість робить параметричні акустичні системи дуже затребуваними, зокрема, при роботі на мілині.