多波束测深系统

多波束测深系统，又称为多波束测深仪、条带测深仪或多波束测深声呐等，最初的设计构想就是为了提高海底地形测量效率。与传统的单波束测深系统每次测量只能获得测量船垂直下方一个海底测量深度值相比，多波束探测能获得一个条带覆盖区域内多个测量点的海底深度值，实现了从“点—线”测量到“线—面”测量的跨越，其技术进步的意义十分突出。

多波束测深系统是一种多传感器的复杂组合系统,是现代信号处理技术、高性能计算机技术、高分辨显示技术、高精度导航定位技术、数字化传感器技术及其他相关高新技术等多种技术的高度集成。自70年代问世以来就一直以系统庞大、结构复杂和技术含量高著称，世界上主要有美国、加拿大、德国、挪威等国家在生产。

同时获得多个（典型如127，256个）相邻窄波束的回声测深系统。测深时，载有多波束测深系统的船，每发射一个声脉冲，不仅可以获得船下方的垂直深度，而且可以同时获得与船的航迹相垂直的面内的多个水深值，一次测量即可覆盖一个宽扇面。多波束测深系统一般由窄波束回声测深设备（换能器、测量船摇摆的传感装置、收发机等）和回声处理设备（计算机、数字磁带机、数字打印机、横向深度剖面显示器、实时等深线数字绘图仪、系统控制键盘等）两大部分组成。

测深系统的换能器基阵，由发射声信号的发射阵和接收海底反射回声信号的接收阵组成。发射器发出一个扇形波束，其面垂直于航迹，一般开角为 60°～150°，航迹方向的开角约为0.5°～5°。接收阵接收海底回波信号，经延时或相移后后相加求和，形成几十个或者数百个相邻的波束。航迹方向的波束开角一般为1°～3°，垂直于航迹的开角为0.5°～3°。组合发射和接收波束可得到几十个或几百个窄的测深波束。换能器基阵可以直接装在船底或在双体船上拖曳。为了保证测量精度，必须消除船在航行时纵横摇摆的影响，一般采用姿态传感器进行姿态修正。

多波束测深系统是利用安装于船底或拖体上的声基阵向与航向垂直的海底发射超宽声波束，接收海底反向散射信号，经过模拟/数字信号处理,形成多个波束，同时获得几十个甚至上百个海底条带上采样点的水深数据，其测量条带覆盖范围为水深的2一10倍,与现场采集的导航定位及姿态数据相结合,绘制出高精度、高分辨率的数字成果图。

与单波束回声测深仪相比，多波束测深系统具有测量范围大、测量速度快、精度和效率高的优点,它把测深技术从点、线扩展到面,并进一步发展到立体测深和自动成图，特别适合进行大面积的海底地形探测。这种多波束测深系统使海底探测经历了一个革命性的变化，深刻地改变了海洋学领域的调查研究方式及最终成果的质量。有些国家自其问世之后,己经计划把所有的重要海区都重新测量一遍。正因为多波束条带测深仪与其它测深方法相比具有很多无可比拟的优点，仅仅近20多年时间,世界各国便开发出了多种型号的多波束测深系列产品20世纪60年代初开始，相继研制了几种类型的多波束测深系统，最大工作深度200～12000米，横向覆盖宽度可达深度的 3倍以上。多波束测深系统同综合卫星定位系统配合，由计算机实时处理标绘等深线图，是70年代末以来海道测量工作的一个突破。

典型多波束系统应包括3个子系统：

①多波束声学子系统包括多波束发射接收换能器阵（声纳探头）和多波束信号控制处理电子系统；

②辅助设备：提供大地坐标的DGPS差分卫星定位系统、用以提供测量船横摇、纵摇、艏向、升沉等姿态数据的姿态传感器、用以提供所测海区潮位数据的验潮仪、用以提供所测海区声速剖面信息的声速剖面仪等；

③数据后处理软件（典型如Hypack）及相关软件和数据显示、输出、储存设备)。

多波束测深系统能够有效探测水下地形，得到高精度的三维地形图。

多波束测深系统的工作原理是利用发射换能器阵列向海底发射宽扇区覆盖的声波，利用接收换能器阵列对声波进行窄波束接收，通过发射、接收扇区指向的正交性形成对海底地形的照射脚印，对这些脚印进行恰当的处理，一次探测就能给出与航向垂直的垂面内上百个甚至更多的海底被测点的水深值，从而能够精确、快速地测出沿航线一定宽度内水下目标的大小、形状和高低变化，比较可靠地描绘出海底地形的三维特征。

多波束测深系统国外相关产品

浅水多波束（1－500） 如Elac公司SeaBeam1185、SIMRAD公司的EM 3000S；

中水多波束（5－2000） 如Elac公司SeaBeam3050、SeaBeam3030、SIMRAD公司的EM 30；

深水多波束（5－5000以深） 如Elac公司SeaBeam3020、SeaBeam3012、SIMRAD公司的EM 300。

多波束测深系统国内相关产品

国内最早的多波束测深系统研制开始于二十世纪80年代中期，该多波束测深系统采用传统的模拟波束形成技术，形成25个波束，沿着航迹方向开角为3°，垂直航迹方向开角为2.4°到5°，覆盖宽度120°。这也是我国最早的多波束测深系统尝试，但由于当时技术条件的限制未能投入实际应用。2000年后中科院声学研究所重点开展了基于相干原理的侧扫声呐的研究工作，在基于侧扫声呐的地形地貌探测理论和设备研制方面取得了重要进展。

到二十世纪90年代初，国家有关部门从国防安全和海洋开发的战略需要出发，委托哈尔滨工程大学主持，海军天津海洋测绘研究所和原中船总721厂参加，联合研制了用于中海型的多波束测深系统，该系统属于用于大陆架和陆坡区测量的中等水深多波束测深系统，它的工作频率45kHz，具有左右舷共48个3°×3°的数字化测深波束，测深范围10到1000米，覆盖范围2到4倍水深（覆盖宽度126.8°）。该型条带测深仪的研制成功，使我国成功跻身世界具有独立开发与研制多波束测深系统的少数国家之列。

2006年，哈尔滨工程大学成功研制了我国首台便携式高分辨浅水多波束测深系统，测量结果满足IHO国际标准要求，鉴定专家认为其主要技术指标达到现阶段国际同类产品先进水平，具有极大的推广价值。

在“十一五”863计划、国家自然科学基金等项目的支持下，哈尔滨工程大学已拥有不同技术指标和特点的HT-300S-W高分辨多波束测深仪、HT-300S-P便携式多波束测深仪、HT-180D-SW超宽覆盖多波束测深仪三个型号。其中HT-300S-W高分辨多波束测深仪：小批量生产阶段；HT-300S-P便携式多波束测深仪：小批量生产阶段；HT-180D-SW超宽覆盖多波束测深仪：样品阶段。2100433B