波束測深是水聲技術、計算機技術、導航定位技術和數字化傳感器技術等多種技術的高度集成。多波束測深系統,又稱為多波束測深儀、條帶測深儀或多波束測深聲吶等,最初的設計構想就是為了提高海底地形測量效率。與傳統的單波束測深系統每次測量只能獲得測量船垂直下方一個海底測量深度值相比,多波束探測能獲得一個條帶覆蓋區域內多個測量點的海底深度值,實現了從“點—線”測量到“線—面”測量的跨越,其技術進步的意義十分突出。 多波束測深系統是一種多傳感器的復雜組合系統,是現代信號處理技術、高性能計算機技術、高分辨顯示技術、高精度導航定位技術、數字化傳感器技術及其他相關高新技術等多種技術的高度集成。自70年代問世以來就一直以系統龐大、結構復雜和技術含量高著稱,世界上主要有美國、加拿大、德國、挪威等國家在生產。 同時獲得數多個(典型如127,256個)相鄰窄波束的回聲測深系統。測深時,載有多波束測深系統的船,每發射一個聲脈沖,不僅可以獲得船下方的垂直深度,而且可以同時獲得與船的航跡相垂直的面內的多個水深值,一次測量即可覆蓋一個寬扇面。多波束測深系統一般由窄波束回聲測深設備(換能器、測量船搖擺的傳感裝置、收發機等)和回聲處理設備(計算機、數字磁帶機、數字打印機、橫向深度剖面顯示器、實時等深線數字繪圖儀、系統控制鍵盤等)兩大部分組成。 測深系統的換能器基陣,由發射聲信號的發射陣和接收海底反射回聲信號的接收陣組成。發射器發出一個扇形波束,其面垂直于航跡,一般開角為 60°~150°,航跡方向的開角約為0.5°~5°。接收陣接收海底回波信號,經延時或相移后后相加求和,形成幾十個或者數百個相鄰的波束。航跡方向的波束開角一般為1°~3°,垂直于航跡的開角為0.5°~3°。組合發射和接收波束可得到幾十個或幾百個窄的測深波束。換能器基陣可以直接裝在船底或在雙體船上拖曳。為了保證測量精度,必須消除船在航行時縱橫搖擺的影響,一般采用姿態傳感器進行姿態修正。 多波束測深系統是利用安裝于船底或拖體上的聲基陣向與航向垂直的海底發射超寬聲波束,接收海底反向散射信號,經過模擬/數字信號處理,形成多個波束,同時獲得幾十個甚至上百個海底條帶上采樣點的水深數據,其測量條帶覆蓋范圍為水深的2一10倍,與現場采集的導航定位及姿態數據相結合,繪制出高精度、高分辨率的數字成果圖。 與單波束回聲測深儀相比,多波束測深系統具有測量范圍大、測量速度快、精度和效率高的優點,它把測深技術從點、線擴展到面,并進一步發展到立體測深和自動成圖,特別適合進行大面積的海底地形探測。這種多波束測深系統使海底探測經歷了一個革命性的變化,深刻地改變了海洋學領域的調查研究方式及最終成果的質量。有些國家自其問世之后,己經計劃把所有的重要海區都重新測量一遍。正因為多波束條帶測深儀與其它測深方法相比具有很多無可比擬的優點,僅僅近20多年時間,世界各國便開發出了多種型號的多波束測深系列產品20世紀60年代初開始,相繼研制了幾種類型的多波束測深系統,最大工作深度200~12000米,橫向覆蓋寬度可達深度的 3倍以上。多波束測深系統同綜合衛星定位系統配合,由計算機實時處理標繪等深線圖,是70年代末以來海道測量工作的一個突破。 工作原理 多波束測深系統能夠有效探測水下地形,得到高精度的三維地形圖。其工作原理圖如下圖所示 |
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