Mot fotorealistiske ekkolodd gjennom adaptiv stråleforming og kalibrering

Seabed mapping echosounders from Kongsberg Maritime AS provide highly accurate seabed maps and images of the water column. This project aimed to further improve mapping and imaging quality through improved signal processing. We have explored two approaches: adaptive beamforming and calibration. The beamformer is a key component of current processing. Its main purpose is to extract signals from a selected direction. To do this well it is desirable that the beamformer only respond to signals arriving from a narrow region around the selected direction and suppress noise and signals from other directions well. However, optimizing for one of these qualities typically degrades the others. Currently the beamformer configuration is chosen in advance of data collection, which means a trade-off must be done. The beamformer also assumes that all hydrophones in the echosounder are equal. This is not realized in practice and degrades performance. This particularly reduces the ability to suppress signals from other directions. Adaptive beamformers choose the beamformer configuration based on the received signal. This may avoid the current trade-off by optimizing for the quality important for the situation. We have tested the adaptive Capon and Low Complexity Adaptive beamformers. Both improve the imagery by creating better defined features, reducing interference, and increasing resolution. This leads to better accuracy for bottom detections based on echo strength. Further research is needed to also improve the other bottom detection method in use. To reduce the problem of unequal hydrophones, we have developed an autocalibration method. It characterizes each hydrohpone via two parameters during normal operation and compensate for them. This greatly improves suppression of signals from other directions in simulations, but only slighltly in the field. It seems that the error model must be extended to improve the field results. The results may be best if used together. We have seen better suppression of signals from other directions with calibration and adaptive beamformers together, than when using each separately.

Vi har utviklet to adaptive stråleformere og demonstrert at de kan forbedre bildet vi får av ekkostyrke og dybder i noen områder. Vi har også lagt et grunnlag for å utvide disse forbedringene videre. Vi har også demonstrert at vi kan få bedre ytelse ved å estimere feil på mottakeren basert på data fra vanlig bruk, og kompensere for dem. Disse metodene, eller videreutviklinger av dem, kan implementeres på multistråle ekkolodd og forbedre kvaliteten. Det kan gjøre de mer effektive og utvide bruksområdet. Kompentansen som disse resultatene er basert på er generaliserbar for mange av Kongsberg Maritimes produkter. Det kan derfor bidra til forbedringer for mange av våre produkter. Kontaktnettet som har blitt etablert vil også være nyttig for videre forskning og utvikling.

Kongsberg Maritime Subsea tilbyr produkter som gir ett fullstendig bilde av situasjonen under vann. Gjennom våre ekkolodd kan man allerede nå få detaljerte bilder av havbunnen og objekter på havbunnen, men det er fremdeles ett stykke igjen til den kvalite ten vi kjenner fra vanlige bilder. Vi vil fjerne denne forskjellen. I dette prosjektet ønsker vi å ta ett steg i denne retningen ved å om mulig forbedre kvalitet og effektivitet på EM2040, ett av våre multistråle ekkolodd. Gjennom å tilpasse signalbehandl ingen til situasjonen og det enkelte ekkolodd, vil vi øke oppløsningen på bildene og redusere artefakter samtidig som selve kartleggingen blir mer effektiv. Metodene vi ønsker å utvikle vil bidra til å senke strålebredden, som gir bedre oppløsning, senke sidelobenivået, som øker motstanden mot uønsket lyd og senke følsomheten for støy, som øker rekkevidden for ekkoloddet. Høyere oppløsning vil øke kvaliteten på kartene som produseres og kan redusere tidsbruken ved å senke behovet for etterbehandling. De t vil også gjøre det lettere å identifisere objekter på havbunnen. Økt rekkevidde og lavere støyfølsomhet vil gjøre det mulig å anvende utstyret i områder hvor det tidligere har vært vanskelig eller umulig.