深水多波束測(cè)深系統(tǒng)

多波束測(cè)深系統(tǒng)，又稱為多波束測(cè)深儀、條帶測(cè)深儀或多波束測(cè)深聲吶等，最初的設(shè)計(jì)構(gòu)想就是為了提高海底地形測(cè)量效率。與傳統(tǒng)的單波束測(cè)深系統(tǒng)每次測(cè)量只能獲得測(cè)量船垂直下方一個(gè)海底測(cè)量深度值相比，多波束探測(cè)能獲得一個(gè)條帶覆蓋區(qū)域內(nèi)多個(gè)測(cè)量點(diǎn)的海底深度值，實(shí)現(xiàn)了從“點(diǎn)—線”測(cè)量到“線—面”測(cè)量的跨越，其技術(shù)進(jìn)步的意義十分突出。

多波束測(cè)深系統(tǒng)是一種多傳感器的復(fù)雜組合系統(tǒng),是現(xiàn)代信號(hào)處理技術(shù)、高性能計(jì)算機(jī)技術(shù)、高分辨顯示技術(shù)、高精度導(dǎo)航定位技術(shù)、數(shù)字化傳感器技術(shù)及其他相關(guān)高新技術(shù)等多種技術(shù)的高度集成。自70年代問世以來就一直以系統(tǒng)龐大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜和技術(shù)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(chǎn)。

同時(shí)獲得多個(gè)（典型如127，256個(gè)）相鄰窄波束的回聲測(cè)深系統(tǒng)。測(cè)深時(shí)，載有多波束測(cè)深系統(tǒng)的船，每發(fā)射一個(gè)聲脈沖，不僅可以獲得船下方的垂直深度，而且可以同時(shí)獲得與船的航跡相垂直的面內(nèi)的多個(gè)水深值，一次測(cè)量即可覆蓋一個(gè)寬扇面。多波束測(cè)深系統(tǒng)一般由窄波束回聲測(cè)深設(shè)備（換能器、測(cè)量船搖擺的傳感裝置、收發(fā)機(jī)等）和回聲處理設(shè)備（計(jì)算機(jī)、數(shù)字磁帶機(jī)、數(shù)字打印機(jī)、橫向深度剖面顯示器、實(shí)時(shí)等深線數(shù)字繪圖儀、系統(tǒng)控制鍵盤等）兩大部分組成。

測(cè)深系統(tǒng)的換能器基陣，由發(fā)射聲信號(hào)的發(fā)射陣和接收海底反射回聲信號(hào)的接收陣組成。發(fā)射器發(fā)出一個(gè)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(hào)，經(jīng)延時(shí)或相移后后相加求和，形成幾十個(gè)或者數(shù)百個(gè)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(fā)射和接收波束可得到幾十個(gè)或幾百個(gè)窄的測(cè)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(cè)量精度，必須消除船在航行時(shí)縱橫搖擺的影響，一般采用姿態(tài)傳感器進(jìn)行姿態(tài)修正。

多波束測(cè)深系統(tǒng)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(fā)射超寬聲波束，接收海底反向散射信號(hào)，經(jīng)過模擬/數(shù)字信號(hào)處理,形成多個(gè)波束，同時(shí)獲得幾十個(gè)甚至上百個(gè)海底條帶上采樣點(diǎn)的水深數(shù)據(jù)，其測(cè)量條帶覆蓋范圍為水深的2一10倍,與現(xiàn)場(chǎng)采集的導(dǎo)航定位及姿態(tài)數(shù)據(jù)相結(jié)合,繪制出高精度、高分辨率的數(shù)字成果圖。

與單波束回聲測(cè)深儀相比，多波束測(cè)深系統(tǒng)具有測(cè)量范圍大、測(cè)量速度快、精度和效率高的優(yōu)點(diǎn),它把測(cè)深技術(shù)從點(diǎn)、線擴(kuò)展到面,并進(jìn)一步發(fā)展到立體測(cè)深和自動(dòng)成圖，特別適合進(jìn)行大面積的海底地形探測(cè)。這種多波束測(cè)深系統(tǒng)使海底探測(cè)經(jīng)歷了一個(gè)革命性的變化，深刻地改變了海洋學(xué)領(lǐng)域的調(diào)查研究方式及最終成果的質(zhì)量。有些國家自其問世之后,己經(jīng)計(jì)劃把所有的重要海區(qū)都重新測(cè)量一遍。正因?yàn)槎嗖ㄊ鴹l帶測(cè)深儀與其它測(cè)深方法相比具有很多無可比擬的優(yōu)點(diǎn)，僅僅近20多年時(shí)間,世界各國便開發(fā)出了多種型號(hào)的多波束測(cè)深系列產(chǎn)品20世紀(jì)60年代初開始，相繼研制了幾種類型的多波束測(cè)深系統(tǒng)，最大工作深度200～12000米，橫向覆蓋寬度可達(dá)深度的 3倍以上。多波束測(cè)深系統(tǒng)同綜合衛(wèi)星定位系統(tǒng)配合，由計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)處理標(biāo)繪等深線圖，是70年代末以來海道測(cè)量工作的一個(gè)突破。

多波束測(cè)深系統(tǒng)國外相關(guān)產(chǎn)品

淺水多波束（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。

多波束測(cè)深系統(tǒng)國內(nèi)相關(guān)產(chǎn)品

國內(nèi)最早的多波束測(cè)深系統(tǒng)研制開始于二十世紀(jì)80年代中期，該多波束測(cè)深系統(tǒng)采用傳統(tǒng)的模擬波束形成技術(shù)，形成25個(gè)波束，沿著航跡方向開角為3°，垂直航跡方向開角為2.4°到5°，覆蓋寬度120°。這也是我國最早的多波束測(cè)深系統(tǒng)嘗試，但由于當(dāng)時(shí)技術(shù)條件的限制未能投入實(shí)際應(yīng)用。2000年后中科院聲學(xué)研究所重點(diǎn)開展了基于相干原理的側(cè)掃聲吶的研究工作，在基于側(cè)掃聲吶的地形地貌探測(cè)理論和設(shè)備研制方面取得了重要進(jìn)展。

到二十世紀(jì)90年代初，國家有關(guān)部門從國防安全和海洋開發(fā)的戰(zhàn)略需要出發(fā)，委托哈爾濱工程大學(xué)主持，海軍天津海洋測(cè)繪研究所和原中船總721廠參加，聯(lián)合研制了用于中海型的多波束測(cè)深系統(tǒng)，該系統(tǒng)屬于用于大陸架和陸坡區(qū)測(cè)量的中等水深多波束測(cè)深系統(tǒng)，它的工作頻率45kHz，具有左右舷共48個(gè)3°×3°的數(shù)字化測(cè)深波束，測(cè)深范圍10到1000米，覆蓋范圍2到4倍水深（覆蓋寬度126.8°）。該型條帶測(cè)深儀的研制成功，使我國成功躋身世界具有獨(dú)立開發(fā)與研制多波束測(cè)深系統(tǒng)的少數(shù)國家之列。

2006年，哈爾濱工程大學(xué)成功研制了我國首臺(tái)便攜式高分辨淺水多波束測(cè)深系統(tǒng)，測(cè)量結(jié)果滿足IHO國際標(biāo)準(zhǔn)要求，鑒定專家認(rèn)為其主要技術(shù)指標(biāo)達(dá)到現(xiàn)階段國際同類產(chǎn)品先進(jìn)水平，具有極大的推廣價(jià)值。

在“十一五”863計(jì)劃、國家自然科學(xué)基金等項(xiàng)目的支持下，哈爾濱工程大學(xué)已擁有不同技術(shù)指標(biāo)和特點(diǎn)的HT-300S-W高分辨多波束測(cè)深儀、HT-300S-P便攜式多波束測(cè)深儀、HT-180D-SW超寬覆蓋多波束測(cè)深儀三個(gè)型號(hào)。其中HT-300S-W高分辨多波束測(cè)深儀：小批量生產(chǎn)階段；HT-300S-P便攜式多波束測(cè)深儀：小批量生產(chǎn)階段；HT-180D-SW超寬覆蓋多波束測(cè)深儀：樣品階段。2100433B

多波束測(cè)深系統(tǒng)能夠有效探測(cè)水下地形，得到高精度的三維地形圖。

多波束測(cè)深系統(tǒng)的工作原理是利用發(fā)射換能器陣列向海底發(fā)射寬扇區(qū)覆蓋的聲波，利用接收換能器陣列對(duì)聲波進(jìn)行窄波束接收，通過發(fā)射、接收扇區(qū)指向的正交性形成對(duì)海底地形的照射腳印，對(duì)這些腳印進(jìn)行恰當(dāng)?shù)奶幚?，一次探測(cè)就能給出與航向垂直的垂面內(nèi)上百個(gè)甚至更多的海底被測(cè)點(diǎn)的水深值，從而能夠精確、快速地測(cè)出沿航線一定寬度內(nèi)水下目標(biāo)的大小、形狀和高低變化，比較可靠地描繪出海底地形的三維特征。