关于多波束声速剖面改正问题的探讨-论文.pdf

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1、第34卷第4期海洋测绘V01．34．No．42014年7月HYDROGRAPHICSURVEYINGANDCHARTINGJu1．，2014DOI：10．3969／j．issn．1671—3O44．2014．04．017关于多波束声速剖面改正问题的探讨周坚，周青，吕良，陈春，黄海轮(1．92899部队，浙江宁波315200；2．92292部队，山东青岛266405)摘要：简要介绍了声线跟踪计算中比较精确的常梯度声线跟踪算法，针对实际声速剖面测量中可能出现的随机误差和整体偏差两种情况，分别设计了相对应的模拟声速剖面，然后采用常梯度声线跟踪算法计算波束脚印，分析

2、声速剖面误差对波束脚印计算的影响，给出了实际多波束测量作业中声速剖面测定密度和间隔的建议。关键词：多波束测深；声速剖面；入射角；波束脚印；常梯度声线跟踪算法中图分类号：P229文献标志码：B文章编号：1671—3044(2014)04—0062—04历的水柱中有Ⅳ+1个不同介质层，则产生Ⅳ次折射，波束的实际传播路径为一个折线。Snell法则不在多波束测量中，由于多个波束分布于同一个但解释了波束在水中的传播特性，还给出了求解声扇面内，波束的发射方向与垂面或平行，或存在一定线路径的算法。的夹角。声波是声纳测深系统的测量工具，波束在水中的传播路径完全取决于声速在水

3、中的传播特性。由于海水为非均匀介质体，人射角不为零的波束在海水中传播轨迹为一连续折线或曲线。通常认C为，实际声速剖面的精确测定对测量精度有较为重大的影响，那么作业人员该如何把握声速剖面的测人Ci量密度和测量间隔才能满足水深测量的精度要求+＼呢?本文针对实际声速剖面测量中可能出现的随机C>误差和整体偏差两种情况，设计了模拟的声速剖面，图1Snell法则不意图然后采用常梯度声线跟踪算法计算波束脚印，分析通常可实测得到一个声速剖面，将声速剖面内了声速剖面对测量结果的影响情况，给出了实际工相邻两个声速采样点划分为一个层，层内声速变化作中测定声速剖面一些建议。可假设为

4、常值(零梯度)或常梯度，通过层追加方法，可以计算出波束脚印(投射点)相对船体坐标系2声线跟踪算法的坐标。对于一个已知的声速剖面，采用常梯度声声波在两种介质的界面上或同一种介质性质发线跟踪法确定的波束脚印位置应该是十分准确的。生变化时会发生反射和折射，且符合反射、折射定假设波束经历』、r个不同介质层组成的水柱，声律。折射的程度与声速差有关，声线总是向声速较速在各层中以常梯度g变化。见图2。小的区域弯曲。声波在海水中的折射遵循Snell法则(见图1)。Snell法则可表述为：rlC=C=p㈩＼／．0giRi口2．eI△z+1⋯／~0i式中，Oi和0川是声速分别为

5、c和C川相邻介质层界．{．+1面处波束的入射角和折射角；p为Snell常数。很显然，当入射角0#0时，波束在界面处发生折射，若经图2层内常梯度声线跟踪示意图收稿日期：2013-05-27；修回日期：2014—02-28作者简介：周坚(1975一)，男，浙江临海人，高级工程师，主要从事水深测量应用研究。第4期周坚，等：关于多波束声速剖面改正问题的探讨63设层i上、下界面处的深度分别为Zi和Zi小层射角度，计算时间序列(表1—5中的旅行时即据此计厚度为Az；波束在层内的实际传播轨迹应为一连算)，再根据此时间序列应用两个声速剖面进行改正，续的、带有一定曲率半径的弧

6、段，则R为：获取波束水平位移和深度，比较两者的差值，从而分R=一1／pgf析声速剖面误差对波束脚印的影响。如图3所示，采层i内声线的水平位移Yi为：用恒定声速，给定深度D，角度，则可以计算由0点发射到F点的单趟旅行时，以该旅行时作为实测旅行(COSO~I-cosOi)=时，则采用基准声速剖面计算可得脚印点F，采用加cosO：(1一(pC)。)，Az=甜一入误差值的声速剖面计算可得脚印点，比较F和则：之间的垂直误差Ad和水平误差Ah，则可以获知[(1一(pC))]一[1一P(C+gAz))]声速误差对改正结果的影响。————————————～一(2)结合图2，

7、波束在该层经历的弧段长度S=R(Oi-0⋯)，则经历该段的时间ti为：一C=一pg△f“鲁C=竺1n[1+]PgiAzCi(3)式中，C胁为Harmonic平均声速，本文不再介绍，可图3波束脚印落点偏差示意图参见文献[1]。4计算与分析上述声线跟踪算法的计算过程复杂，但精度最高，实际应用可采用其他简化计算模型。4．1声速随机误差对波束脚印的影响选择一个典型的声速剖面作为基准，在每个声3声速剖面误差对波束脚印的影响速采样点上加入一个随机误差值，本文选用随机误根据上述声线跟踪算法，如果给定一个声速剖面差值幅度分别为2m／s和5m／s进行讨论，基准声速及旅行时间，

8、则可以推算出波束脚印的位置，具体计剖面及加入一个随机