马航,法航失事飞机搜寻设备概述
马航，法航失事飞机搜寻设备概述
2014-4-9
1.马航370航班搜寻
据新华网北京3月31日电：
为寻失联的马航370航班，美国军方派出了一种专业水下搜寻设备——“蓝鳍金鱼”水下航行器，它可以潜入水下4500米深处，在配置相关声呐后能以最高7.5厘米的分辨率搜寻水下物体。
根据美国国防部的新闻公报，此次派出的机器型号为“Bluefin-21”，全称为“蓝鳍金鱼-21型自主式水下航行器”。与此次搜寻中同时使用的拖曳声波定位仪不同，它不需要线缆拖曳，可自主在水下航行，通过无线方式与控制台通信。在探测范围方面，“蓝鳍金鱼”擅长在较短距离内“定点”查。
另据其生产商“蓝鳍金鱼机器人”资料，此型号搜寻设备的外形与潜艇相似，其标准参数为：长493厘米、直径53厘米、重750公斤，潜水深度4500米，最大航速4节(1节等于每小时1.852公里)。在标准负载和3节航速下，其续航能力为25小时。它可根据需要装载多种探测设备，如410千赫侧扫声呐系统等。
资料还显示，这款搜寻设备还有一种专为美国海军定制的亚型“Bluefin-21 BPAUV”，全称为“蓝鳍金鱼-2
1型战场准备自主式水下航行器”，用于在较浅水域清扫战场等用途。这种亚型配置了高性能的455千赫侧扫声呐系统，它的分辨率能够达到7.5厘米，在与目标物相距75米内辨识出相关物体。如果降低分辨率，其辨识距离还能扩大到150米。
1.1 Bluefin(金鱼)水下机器人
由BLUEFIN ROBOTIC CORPORATION研发生产，该公司位于Cambridge, MA ，United States。
■1977年诞生在MIT AUV实验室
■2005年被Battelle公司收购
■公司人员80名，在海洋工程及机器人技术有20多年经验
BluefinAUV的主要型号及参数如下：
搭载的主要设备，仪器如下列，合成孔径声纳用黑体字标出：
(2008_Bluefin_Addressing Priority Needs with AUV Technology):
•Side-Scan Sonar
–Bluefin 9, 12, 21 using SSS provided by Marine Sonics (3 models), Edgetech, Klein, Datasonic
•Multi-Beam Sonar
–Bluefin 21 owned by Fugro, Multi-Beam provided by Reson  •合成孔径侧扫声纳-Synthetic Aperture Sonar (SAS)
–Bluefin 12 (SAS12) owned by the Office of Naval Research, SAS provided by ARL Penn State
–Bluefin 21 (Gambit) owned by the UK, SAS provided by Qinetiq
–Bluefin 21 (Muscle) owned by NURC, SAS provided by Thales UK
–Bluefin 21 owned by Thales UK, SAS provided by Thales UK
–Bluefin 12 owned by the Office of Naval Research, SAS (buried object sensing sonar) provided by the US Gov’t
–Bluefin 12 owned by ARL University of Texas, SAS provided by ARL UT  –Multiple Bluefin 12’s to be delivered to the US Navy, SAS provided by Qinetiq
•Sub-Bottom Profilers augmented by Moving Vessel Profiler
–Bluefin 21 owned by Fugro, SBP provided by Edgetech
–Bluefin 21 owned my MIT, SBP provided by Edgetech
•Chemical Sensors (Battelle)
•Optical Sensors (various)
•Magnetic Sensors
–Bluefin 12 owned by the Office of Naval Research, RTG provided by the US Gov’t
1.2 L3 Klein 5000 AUV V2 型侧扫声纳
Klein 5000 AUV V2是适装于AUV/UUV的高性能多波束侧扫声纳，部件如下图：
双侧同时发射5波束（左右舷各有5个波束），动态聚焦。在75米的距离以内，保持恒定为20cm的方位
向线分辨率，超过75米后，波束开角略有发散，至150米距离处，方位向线分辨率增加到36cm；由150m至250m侦察模式工作时，为50cm。
通常的实孔径侧扫声纳的水平波束开角是恒定的，由基阵的物理孔径决定，
与到基阵的距离无关: 角分辨率是恒定的。线分率则与距离有关，成像目标与基阵越远，线分率越低。
这样，在实际作业时，需要在载体航行行速度，也即测绘效率与复盖率之间权衡，如下图示：
降低作业速度，波束在远处重叠，增加速度，近距处出现漏扫。
Klein 5000 AUV V2采用了先进的多波束动态聚焦技术，在75米距离以内保持为恒定的水平向线分辨，为20cm。超过75米后，水平波束开角才略有发散，直至150米距离处，方位向线分辨率仍能保持为36cm。
工作在侦察模式时，发射的Chirp频率调制脉冲为16msec宽，并结合了波束偏转
及动态聚焦技术，将工作距离扩展到250m （单侧）。该项技术还降低了系统噪声电平，改进了图像质量。
该型号声纳主要技术指标如下表：
波束数目  左侧 5 个&右侧 5 个
频率  455KHz
脉冲形式 - FM 脉冲(Chirp)
50 us CW ，4, 8, 16ms Cgirp
方位向分辨率  20cm @ 75m ，增加至36cm @ 150m ，
50cm 由150m 至 250m 在侦察模式
距离向分辨率
飞机失事原因3.75cm ，50us 脉冲宽度时
工作速度    2 至 10节，250m 工作距离时
最大工作距离  250m (500m 测绘带），侦察模式
时
阵长度  120cm (47.2 in)
工作深度  标准300m ，500m 可选
除方位向分辨率外，该声纳参数接近新华网北京3月31日电中给出的声纳参数。新华网列出的对应参数为7.5cm 。可能是引文有误，如果新华网给出的参数无误，潜器上搭载的应当是合成孔径侧扫声纳，或者是应用了合成孔径技术。
1．3合成孔径侧扫声纳-SAS
SAS 利用小尺寸基阵沿空间匀速直线运动，在运动轨迹上的顺序位置发射并接收回波信号，根据空间位置和相位关系对不同位置的回波信号进行相干叠加处理。来虚拟大孔径的基阵，从而获得沿运动方向的高分辨率。如下图示意：
合成孔径声纳原理示意图
2. 法航447号班机搜寻
网上有一篇文章回顾了法航447号残骸的搜寻过程，摘要如下：
2009年，法航447号班机在大西洋近赤道海域上空失踪，随后搜救飞机只花了一天时间就到了第一批漂浮在海面上的飞机残骸。然而，随后调查人员却花了整整两年的时间，才到了这架空客A330飞机的黑匣子，之后又过了一年时间才给出了完整的评估报告。
法航447的搜救程序伊始，当局部署了大量的水下资产，其中包括法国核潜艇émeraude，深潜载人研究潜水器Nautile和船曳式相控阵声纳设备等。
核潜艇是用来追踪船舰的，而并非用来搜索海底的。Nautile具备对给定地点进行详细探索的能力，但对探查广泛区域则力不从心，相控阵声纳设备能覆盖广大的区域，但当这种设备在固定深度运作时，海底山脉地区会令其用处受到限制。
在AF447的搜寻工作中，到最后扭转乾坤的是更好的数学计算和更好的海底技术。数学家们使用另一种数学方法来对飞机可能的坠落位置进行了重新计算，并据此重新绘制了更接近于飞机失踪位置的搜索网格图。另外，当时还首次出现了新型的自动海底搜索工具，也就是潜水机器人。这种名为“Remus6000”的潜水机器人能精确地沿着搜索网格线自动导航行驶，并上浮或下沉以适应海底地形。
2011年4月3日，也就是启动改良后的搜寻程序的不到一个星期以后，在搜索工作中部署的三台潜水机器人中的一台就带来了好消息。在返回母舰时，这台机器人带回了许多照片，这些照片所拍到的是分布在一个深海平原上的残骸散布区域。至此，调查人员终于到了AF447。一个月后，另一种无人潜水器勇
闯海底世界，带回了这架飞机的黑盒子，最终让真相大白于天下。
附录有一篇2011年的，更为详尽的分析文章，“Search Analysis for the Underwater Wreckage of Air France Flight 447“。
文件中均提到了Hydroid 公司的Remus 6000无人水下潜器，或者是称为:AUV。如下图：

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