Sammendrag
Ved avbildning i grunne farvann med aktiv sideseende sonar er ytelsen begrenset av signal som har blitt reflektert flere ganger fra både havbunnen og overflaten. Dette er kjent som multipaths på grunn av alle de alternative veiene et signal kan gå før det kommer tilbake til sonaren. Disse multipath signalene kan ikke skilles fra direkte refleksjoner fra havbunnen på en enkelt sonar, men nærværet av multipath kan sees på koherensen fra en interferometrisk sonar.
Denne oppgaven ser på problemet med multipath ved å foreslå, analysere og implementere en metode for miljøtilpassende sonar ved hjelp av en interferometrisk sideseende sonar på en autonom undervannsfarkost. Denne metoden består av å først estimere havmiljøet fra en måling, for deretter å tilpasse sonaren til miljøet ved hjelp av simuleringer fra en sonarytelsesmodell for grunne farvann. En elektronisk formbar sendestråle, realisert ved hjelp av et vertikelt senderarray, blir brukt for å tilpasse den utsendte energien til det gjeldende miljøet.
Analysene i denne oppgaven viser at havmiljøet kan estimeres med tilstrekkelig presisjon til å nøyaktig forutse sonarens ytelse med andre innstillinger. Nøyaktigheten av disse prediksjonene verifiseres med ekte målinger. Sonarinnstillingene som gir de beste resultatene undersøkes ved hjelp av simuleringer. Søkealgoritmer for slik optimalisering analyseres og diskuteres, og en proof of concept algoritme foreslås, implementeres og testes med hell på ekte data.
When imaging in shallow waters with an active sidescan sonar system, the performance is limited by signal returns that have been reflected multiple times off the sea surface and the sea floor. These are known as multipaths, referring to the multiple alternative paths the signal can travel to arrive back at the sonar sensor. These multipath signals can not be distinguished from the direct path signals on a single sonar sensor, but their presence can be indicated by the coherence from an interferometric sonar sensor.
This thesis addresses the multipath problem by proposing, analyzing and implementing an environmentally adaptive sonar method using an interferometric sidescan sonar on an autonomous underwater vehicle. The method is comprised of first estimating the ocean environment from a measurement, and then adapting to the environment using simulations provided by a sonar performance model for shallow waters. An electronically shapable transmit beam, made possible by a vertical transmitter array, is used in order to adapt the emitted energy to the current environment.
The analyses in this thesis show that the ocean environment can be estimated with sufficient precision to accurately predict sonar performance for other sonar settings. The accuracy of these predictions are verified by real measurements. Furthermore, the sonar settings which give the best results in simulations for these environments are found. Search algorithms for such improved settings are analyzed and discussed, and a proof of concept algorithm is proposed, implemented and successfully tested on real measurements.