关于海洋测绘中多波束测深系统现状分析和发展趋势的研究

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1、关于海洋测绘中多波束测深系统现状分析和发展趋势的研究：基于幅度的测深算法有能量中心检测、T和BDI算法三种；基于相位的测深算法分为分裂波束相位差算法和多子阵检测算法两种。为了得到精细而准确的海底深度数据，提高多波束测深算法的精度和性能就显得十分关键。本文介绍并分析了多波束系统的现状，阐述了系统的发展趋势。认为系统的研制基本成熟，未来的研究重点将倾向于数据处理和应用研究，最后也探讨了具体的研究方向。　　关键词：海洋测量；多波束测深系统；数据处理；现状分析；发展趋势　　一、多波束测深系统理论概述分析　　多波束测

2、深是水声技术、计算机技术、导航定位技术和数字化传感器技术等多种技术的高度集成。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几十个水深值。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。　　二、多波束测深的工作原来和技术概况　　1.多波束测深工作原理　　多波束测深声纳是一种大型组合设备

3、，除其系统本身外，还包括定位、罗经、船姿传感器、声速剖面仪、数据采集工作站和绘图仪等配套设备。多波束系统和传统的单波束回声测深仪从原理上讲没有本质的区别，只是多波束系统的换能器是由多个换能器单元组成的阵列，工作时能同时发射多个波束和接收多个波束，对海底进行条带式测量。　　2.多波束测深技术概况　　多波束条带测深系统是一种高效的海底地形测绘设备，它是在单波束回声测深仪的基础上发展起来的。多波束测深系统是利用安装于船的龙骨方向上的一条长发射阵，向海底发射一个与船龙骨方向垂直的超宽声波束，并利用安装于船底的与发射

4、阵垂直的接收阵，经过适当处理形成与发射波束垂直的许多个预成接收波束，从而当测深系统在完成一个完整的发射接收过程后，形成一条由一系列窄波束测点组成的，在船只正下方垂直航向排列的测深剖面。　　由于各波束空间上呈扇形排列，波束指向角自中央波束向边缘波束逐渐增大，因此回波信号自中央波束开始主要为反射波，向两侧逐渐过渡到散射波。如上所述，振幅检测法在单波束测深仪中是一种成功的海底信号探测方法，其原因是单波束测深仪的回波信号主要是反射波。在多波束测深系统中，当波束指向角不断增大时，回波的反射波振幅将迅速减小，反射波的尖

5、脉冲形态也将随之趋于模糊。当波束指向角还不十分大时，减小了的反射波振幅还可以用变振幅强度处理方法来检测，但当波束指向角足够大时，微弱的反射波信号在背景噪声中将变得无法检测。因此在多波束系统的回波信号检测方法中除了使用振幅检测法外，一般还使用相位检测法。相位检测法利用相干原理，通过比较换能器两个给定接收单元之间的相位差的方法来检测波束的到达角。　　二、多波束测深系统发展阶段　　1.SEABEAM1000系列为代表的第一代产品，它的波束数少、扫幅宽度仅6O度，集成度低，水深数据不能实时处理。　　2.SEABEA

6、M2000系列、ATLASHYDROSRADEM12为代表的第二代产品，采用了P30大规模集成电路和DSP技术，波束数达到121个，波束角宽2。，数据实时和后处理软件成熟。　　3.SIMRADEM120和RESONSeaBm8150深水多波束测深系统为代表的第三代产品，采用了超大规模集成电路和速度更快的DSP板，波束数达到191个或更多，波束角宽0.5—1度，实现全姿态稳定，数据实时和后处理软件更加成熟。　　4.近年刚出现的SIMRADEM122深水多波束测深系统和EM710被称为第四代产品，采用宽带技术、

7、近场自动聚焦和水体显示等技术，提高了声呐性能，波束数更多，测深点更密，集成度也更高。相比较EM120系统EM122系统标称指标覆盖宽度最大37km，单次发射形成两行共576个波束，可加密至864个测深点，波束角宽最小可达0.5×1度，该系统目前正在推广阶段。　　四、多波束测深系统数据处理的发展趋势　　1.声速及声线跟踪　　现有的声速经验模型比较多，这为深度的计算精度提高提供了宝贵的理论依据。但由于这些模型均为特定情况下的声速计算模型，计算所得声速彼此之间也存在着一定的差异，对波束脚印的归位计算带来了一定的困

8、难。考虑多波束系统：基于幅度的测深算法有能量中心检测、T和BDI算法三种；基于相位的测深算法分为分裂波束相位差算法和多子阵检测算法两种。为了得到精细而准确的海底深度数据，提高多波束测深算法的精度和性能就显得十分关键。本文介绍并分析了多波束系统的现状，阐述了系统的发展趋势。认为系统的研制基本成熟，未来的研究重点将倾向于数据处理和应用研究，最后也探讨了具体的研究方向。　　关键词：海洋测量；多波束测深系统；数据处理；现