Desenvolvimento de metodologias de quantização espacial para o processamento de sinais de retroespalhamento acústico e batimetria adquiridos por sonares multifeixe

Abstract

Trabalho de Conclusão de Curso (graduação)—Universidade de Brasília, Faculdade UnB Gama, 2018.O fundo marinho pode fornecer informações importantes que podem ser úteis para aplicações comerciais, acadêmicas e militares. Ondas acústicas são empregadas para a realização de coleta remota de informações do fundo marinho com a geração de sinais acústicos transdutores eletroacústicos de sonares, de onde se propagam pela coluna d’água em direção ao fundo do mar. Ao alcançarem o fundo, estes sinais interagem com os sedimentos lá encontrados e retornam para aos transdutores por meio de um fenômeno conhecido como retroespalhamento. O retorno é registrado nos sonares, que armazenam todas as informações recebidas na forma de datagramas assíncronos. Para o processamento, primeiramente é feita a leitura e interpretação dos datagramas para que sejam feitas as devidas correções dos feixes que voltam ao sonar. Estas correções resultam em um fluxo complexo de processamento com múltiplas intervenções. No entanto, partindo-se da hipótese de que os dados sonográficos são superamostrados espacialmente, pode-se simplificar o processamento a partir de um mapeamento adaptativo dos feixes acústicos em células de quantização espacial (bins), organizadas, por exemplo, em grades regulares. Todos os feixes de um levantamento sonográficos são então mapeados no conjunto espacial de células. Após o mapeamento, os feixes que incidem nos limites espaciais uma célula são guardados em uma lista específica associada a esta célula. Tanto um mosaico batimétrico quanto um mosaico de retroespalhamento podem ser obtidos diretamente das listas associadas às células de quantização espacial, a partir de uma simples filtragem de mediana. Os mosaicos finais resultantes deste processamento mais simples apresentam baixo nível de ruído e são comparáveis aos obtidos a partir de um processamento tradicional feito em um software comercial dedicado.The seabed has been thoroughly investigated since the beginning of navigation, mainly due to the need for a precise knowledge of the seabed bathymetric surface. However, the seabed can provide other information, which can be important for applications such as mineral resource exploration, underwater habitat mapping, terrain stability for offshore installations, among others. Due to mechanical characteristics of the aqueous medium, which make the propagation of electromagnetic waves extremely difficult, acoustic waves are used for the remote acquisition of seabed information. For that, acoustic signals are generated by electroacoustic transducers assembled in sonars, from where they propagate by the water column towards the seabottom. Then, these signals interact with bottom sediments and return to the transducers through a phenomenon known as backscatter. The return signal is recorded by the sonars, which store all received information in the form of asynchronous datagrams, which are specific to each sonar manufacturer. These records are extremely useful both for obtaining bathymetric models, which depict the relief of the bottom, and for the remote survey of geoacoustic features of the seabed. For that, first we need to read and interpreted the datagrams, in order to apply the necessary geometric and radiometric corrections for each beam returning to the sonar. These corrections result in a complex processing flowwith multiple interventions. However, based on the hypothesis that multibeam data are spatially super-sampled, we can simplify the processing by applying an adaptive mapping of the acoustic beams into spatial data bins, which can be organized, for instance, into a regular grid. All beams from the survey are then mapped into the spatial bins. After the mapping, all beams that fall into the boundaries of a bin are stored in a specific list associated with each that bin. A bathymetric mosaic and a backscatter mosaic are obtained directly from the lists associated with the bins, by the use of a simple median filtering. The final mosaics obtained from this simple processing show a low noise level and are comparable to those obtained from traditional processing pipeline, implemented in a dedicated commercial software