多波束测深系统duoboshu ceshenxitong

多波束测深系统（multi-beam echo-sounding system）由多传感器组成同时可获得与舰船航迹相垂直面内数个深度值的回声设备。是计算机、导航定位以及数字化传感器等多种技术的高度集成。工作原理与回声测深仪相同（见测深仪器）。

组成 多波束测深系统一般由声学子系统、数据采集子系统、辅助参数测量子系统和数据处理子系统组成。①声学子系统主要负责波束的发射和接收。②数据采集子系统完成波束的形成，并将接收到的声波信号转换为数字信号，采集信号往返程传播时间。③辅助参数测量子系统主要由定位传感器、姿态传感器、声速剖面仪和电子罗经组成，负责测量船位置、姿态、航向和海水声速传播特性的测定。④数据处理子系统综合利用声波信号传播时间、定位、姿态、声速剖面和潮位等观测信息，计算波束在海底投射点的坐标和深度，并绘制海底地形二维平面图和三维立体图。

波束形成器 多波束测深仪的主要部件。采用发射、接收指向性正交的两组换能器阵，通过点源声波幅度和相位的控制，实现波束形成，一次获得与航向垂直方向上几十个甚至几百个海底地形数据。对于发射波束，在垂直于航行方向上要求有一个较宽的垂直波束角，以扩大发射照射区，增大覆盖宽度；在平行于航行方向上要求有一个较窄的水平波束角，以提高探测分辨率。另外，当测量船摇摆时，必须保证发射波束按要求垂直入射；对于接收波束，要预先形成若干个接收波束，以便接收来自不同方向上的海底反向散射回波。利用已知的接收波束的各个声轴的方向角和检测到的接收信号到达时间，便可计算得到所需要的斜距、平距和海底深度。同样，接收波束也必须按照设计要求接收规定方向的回波，当测量船发生摇摆时，必须进行相应补偿。早期的多波束测深仪换能器要求安装在测量船的陀螺平台上，以保证波束平稳，但其机械随动系统复杂而庞大，使用十分不便。随着电子技术的发展，普遍采用电子平台补偿方法实现波束的平稳。

数据处理 由于多波束的最终测量成果需要在地理框架下表达，因此波束在海底投射点的位置计算便成为多波束数据处理的一个关键问题。波束在海底投射点位置计算需要船位、潮位、船姿、声速剖面、波束到达角和往返时间等参数。计算过程包括：①姿态改正。横摇直接影响波束到达角，对于补偿性多波束系统，船体的横摇在波束接收时已经得到改正；对于无补偿性系统，通过扩大扇面角来实现回波的接收。纵摇大小到一定的程度时，海底投射点深度和平面位置的计算也必须考虑其影响。②根据波束到达角、往返时间和声速剖面，计算波束投射点在船体坐标系下的平面位置和水深。③根据航向、船位和姿态参数确定船体坐标系和地理坐标系之间的转换关系，并将船体坐标系下的波束投射点坐标转化为地理坐标。④根据船体坐标系原点与深度基准面之间的关系，将船体坐标系下的水深转化为海图深度。

系统类型 按工作频率分为高频、中频和低频三种类型。一般将工作频率在95千赫以上的称为浅水多波束系统，频率在36～60千赫的称为中水多波束系统，频率在12～13 千赫的称为深水多波束系统。为了进一步提高仪器自身的适应性，许多新生代多波束测深系统一般采用双工作频率、可变脉冲发射宽度及可变扫测宽度设计方式，以达到使用单一系统即可实现全海深测量的目的。

应用与发展 多波束测深是20世纪70年代兴起、80年代中末期得到快速发展的一项全新的海底地形精密探测技术，具有测量覆盖范围大、速度快、精度和效率高、记录数字化和成图自动化等优点，适用于海底地形测量和海上工程、航道、港湾、锚地、航行障碍物的精密探测。随着高精度定位系统和运动传感器、高性能计算机、高分辨率显示系统以及数字化采集技术、相关信号处理技术的广泛推广和应用，多波束测深技术不断取得突破性进展，国际上不断推出不同型号的多波束测深系统，小型化、多功能、高精度、高集成、综合化和标准化是该技术的发展方向。