多波束测深系统的现状和发展趋势

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1、多波束测深系统的现状和发展趋势(1).pdf收稿口期:2002-07-31多波束测深系统的现状和发展趋势刘经南1赵建虎1,2(11武汉大学GPS研究中心；21武汉大学测绘学院，湖北武汉430079)【摘要】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发展趋势1引言不同于单波束测深系统，多波束测深系统可在测量断面内形成十几个至上百个测深点，几百个甚至上千个回向散射强度数据，从而保证了较宽的扫幅和较高的测点密度；另

2、一方面，较窄的波束、先进的检测技术和精密的声线改止方法的采用，也确保了测点船体坐标的归位计算精度，因而多波束测深具有全覆盖、高精度、高密度和高效率的特点。因此，多波束测深系统正日益受到海道测量同行的认可，并在实际生产中发挥着越来越重要的作用。多波束测深系统是一种由多传感器组成的复杂系统，系统自身性能、辅助传感器性能和数据处理方法，对于系统的野外数据采集和波束脚印的归位计算起着十分重要的作用。为此，下面对系统的性能和数据处理现状进行分析,进而概括了今后系统的发展趋势。2多波束测深系统的最新进展从测深技术的发展来看，多波束测深技术尽管经历了短短三十年的发

3、展,其研究和应用已达到了较高的水平，特别是近十年,随着电子、计算机、新材料和新工艺的广泛使用，多波束测深技术已经取得了突破性的进展。主耍表现为：(1)全海深测量技术的发展。多波束是一种窄波束测深系统，受换能器结构设计、声脉冲信号处理的限制，长期以来，存在着系统庞大、扇面开角和扫海幅度都较小的问题。随着换能器设计结构的不断改进和信号处理技术的进一步完善,现有系统的扇面开角扩大到150°，波束增至120个，实现了真正意义上的全覆盖式测量。此外,系统可应用于深水、中深度和浅水测量中，实现了全海深测量。许多新型系统还采用了双频、变脉冲发射技术，达到了一机多用

4、的效果。3(2)高精度测量技术的发展。根据测量扇面内波束传播距离的特点和单一底部检测的缺陷，许多厂家采用了振幅和相位联合检测技术,保证了测量扇面内波束测量精度的大体一致（张卫红等,1999）。为了保证中央波束和边缘波束分辨率的一致，一些厂家将等角和等面积发射模式应用于新型的多波束系统，使得中央波束脚印面积同边缘波束相近，测点间距基本一致，保证了成图质量。动态海洋环境下多波束测量，因海况不稳可能导致在发射位置接收不到该方向的回波，为此，生产商研制和开发了定向发射和接收的新型系统，对船只的横摇作了方向性补偿。测量精度的提高还表现在新型材料的应用和抗噪声水

5、平的提高方面。3（3）集成化与模块化技术的发展。多波束系统是计算机技术、导航定位技术以及数字化传感器技术等多种技术的高度组合。一个完整的多波束系统除拥有结构复杂的多阵列发射接收换能器和用于信号控制与处理的电子单元外，还应该配备高精度的运动传感器、定位系统、声速断而和计算机软、硬件及相应的显示设备。因此,现代多波束测深产品实际上已经发展成为由声学系统、波束空间位置传感器子系统以及数据采集与处理系统组成的综合系统。多波束发射接收换能器、电子单元及实时采集与控制计算机构成多波束波束形成的核心部分;高精度的定位设备、运动传感器以及声速断面仪组成的波束空间位置

6、传感器子系统是多波束系统必不可少的组成部分（李家彪（1999），黄谟涛（2000），周兴第22卷第5期2002年9月海洋测绘HYDROGRAPHTCSURVEYTNGANDCHARTTNGVo1.22,No.5Sep.,2002华（1998））o⑷高分辨率测量技术的发展。AtlasFansweep20.Submetric2000和EchoScope系列多波束系统是目前众多系统中分辨率较高的三种系统，以AtlasFansweep20为例，该系统既不是相干声纳，也不是传统意义上的多波束系统，而是一种具有相干特点的多波束系统。其换能器由许多声学单元组成，返

7、冋信号的振幅、传播时间和入射角都是该系统的观测参量，其中回波信号的入射角是由位于换能器内部独立工作的相位测量单元通过和位漂移测量获得的。这种系统能够识别不同方向的回波信号，并将它们区分出来，因此，特别适合具有复杂地形特征的海底测量。由于波束形成时采用了相干法,故获得波束的个数远高于束控法形成波束的多波束系统，且由于发射脉冲同时应用于侧扫成像，每次可提供多达4096个侧扫成像数据,基本上等于高精度侧扫声纳的成像数据个数，使多波束测深发展成为名副其实的面测量技术。根据上述分析，未来的一段时间内，多波束系统在系统研制方而将主要集屮在仪器结构和性能两个方面。

8、在仪器结构方面,将向更小的体积和重量、更高的集成度以及更灵活的安装和维修方向发展;在仪器的性能方面，将趋于更