Từ trên tàu biển, làm sao con người có thể nhìn thấy đáy đại dương

Sidescan Sonar là phương pháp thu hình các chi tiết đáy từ sự phản hồi sóng siêu âm. 

Máy định vị Sonar là thiết bị có độ phân giải đủ để thể hiện các hình ảnh cơ bản đáy nước trong tuyến được khảo sát. 

Sidescan Sonar không cung cấp độ cao tuyệt đối của đối tượng, mà là độ cao của vật thể tới đáy, từ đó độ cao của vật thể có thể ước tính.

Máy định vị Sonar trông giống trái tên lửa hoặc con cá, gọi là Towfish. Khi treo cách đáy biển 50 m sẽ có thể nhìn thấy các vật trong vòng chừng 600 m2. Tuy vậy, với Sonar, một xác người trông không khác gì một gò cát trên màn hình. Ngay cả xác tàu đắm cũng khó nhận ra trên màn hình nếu người điều khiển Sonar không được huấn luyện. Khi phát hiện một vật bất thường ở đáy biển, người ta hạ Sonar xuống vài mét để có hình ảnh rõ hơn.

Sidescan Sonar gồm thiết bị ghi, một cảm biến chìm trong nước, nối với nhau bằng cáp tín hiệu. Sidescan Sonar là thiết bị ghi, nạp tín hiệu cho Towfish – phần thiết bị kéo ngầm dưới nước. Lệnh từ thiết bị ghi truyền đến đầu phát (Transducer).

Đầu phát xung siêu âm sẽ phát sóng (xung) thẳng xuống đáy biển. Sau khoảng thời gian cực ngắn, sóng siêu âm phản xạ lại từ đáy nước dội trở về máy thu, được khuếch đại và truyền về thiết bị ghi. Thiết bị ghi xử lý tín hiệu, số hóa và tính toán vị trí tương ứng trong bản ghi (từng pixel một), rồi truyền số liệu này vào thiết bị ghi lưu. Số liệu thu được cho phép tính toán số liệu hiệu chỉnh độ xiên để tạo ra hình ảnh phẳng, và có thể ghép thành một vùng rộng của đáy được khảo sát.

Chiều cao và tốc độ kéo thiết bị: 

Chất lượng của số liệu là một hàm số của chiều cao Towfish so với đáy hoặc đối tượng dưới đáy. Với cấu hình tiêu chuẩn, việc khảo sát được tiến hành với Towfish ở cao độ so với đáy từ 8-20% phạm vi đo. Nếu kéo Towfish cao hơn thì vùng khuất sẽ giảm và việc nhận biết địa vật cũng giảm. Nếu kéo Towfish thấp hơn sẽ giảm hiệu quả của tín hiệu ở vùng biên. Tốc độ kéo sẽ điều chỉnh sao cho mỗi địa vật được sóng siêu âm phản xạ 3 lần.

Hình ảnh về đối tượng được khảo sát: 

Độ chính xác (khả năng nhận biết kích thước địa vật đáy) phụ thuộc và nhiều yếu tố: kích thước và hình dạng của địa vật, dạng vật liệu và độ phản xạ, tạp âm, nhiễu, và mức độ ổn định của Towfish. Một vùng khuất phía trước với tín hiệu phản xạ mạnh cho biết có chỗ lõm lớn. Một vùng khuất ở phía sau với tín hiệu phản xạ mạnh cho biết có sự nhô lên đột ngột của đáy.

Tính toán chiều cao của địa vật: 

Chiều cao của địa vật có thể ước tính từ bóng che của nó. Độ phản xạ của sóng siêu âm là một hàm của kích thước địa vật, hình dạng, hướng so với Towfish, và kết cấu của nó. Thép và đá phản xạ tốt nhất. Sợi thủy tinh, gỗ, chất dẻo, cao su phản xạ yếu.

Xác định vị trí của địa vật: 

Để xác lập vị trí một cách chính xác, trước hết phải có vị trí chính xác của tàu khảo sát, rồi nạp vị trí này cho Towfish. Vị trí đầu phát (Transducer) là điểm gốc của hệ tọa độ được sử dụng trên tàu. Hướng về trước và ra sau là hướng chính, khoảng cách vuông góc với hướng chính từ Towfish tới mạn tàu gọi là offset. Thông thường, hướng chính là dương khi ở phía sau, và offset là dương khi ở bên phải mạn tàu. Vị trí của Transducer được tính tại anten của GPS (phương pháp hình học). Khi vị trí của Towfish được xác định thì ta sẽ tính được vị trí của địa vật. Đại lượng offset (trong bộ ghi của Sonar) sẽ có giá trị dương đối với mạn phải và âm đối với mạn trái. Khi biết giá trị offset của Towfish so với tàu khảo sát thì sẽ tính được vị trí của địa vật.