, T, q) L" ^( J+ _; T
7 A: c- {5 B& {2 ? 单波束测量原理
3 B' e5 O/ e; f% E; F3 ~
& w5 H5 U0 h- [$ F% w0 }+ {
~2 ^' ^) [$ d 单波速声纳（Single beam sonar），单波束测深仪的测量过程是采用换能器垂直向下发射声波，当声波遇到水底时发生反射，反射回波信号返回换能器位置并被其接收。其水深值由声波在水中传播的双程时间和水中的平均声速确定 " d4 e/ e/ j) r3 j& ~* V
& }* e# k' S/ k- x
2 l* \1 ]; L! Q Z# L) J+ S i 单波束系统的组成
6 C: X1 {: ~% a' j; r6 g - W& D0 L \4 `8 h
5 h5 L/ m. ]0 `7 M; c
单波束测深仪的组成相对比较简单，主要由以下几部分软硬件组成：
% R5 O- Z% }4 F
! E' G* u7 ^9 Q4 e- v
# d+ y+ P8 E! F! f) i8 O/ C （1）单波束测深仪；
4 ]% n }" v6 j1 B4 h9 z
/ a: Y# m6 b; n1 s
, `& y, w, `: `6 e( z5 s （2）GNSS定位系统；
3 A3 l% Z" P3 R( {9 A* N! e% ~
! H% k- K: D9 e+ q9 h
: D& L5 |' |4 Z3 M# D9 ?9 w: p- a! r% p （3）控制、采集软件和处理软件
6 C) q+ ?+ S7 J$ a) m% e' i9 R
' e+ I9 l9 `) d$ Q
/ Z% a' I/ d a; Z B- ~7 U7 |; Y  单波速与多波束原理图
/ y* z; L& M& P, ~3 i1 v6 D# f
% c4 X4 D6 F" I, b: Z! z* d( r, x1 R 多波束测量原理 * u' u. n; h8 I8 l# {8 V1 w
, G8 Q i& N$ @) K2 N
# y. a4 ^. ~+ |) o; z: @ 多波速声纳（Multibeam sonar），多波束测深系统的工作原理是利用发射换能器阵列向海底发射宽扇区覆盖的声波，利用接收换能器阵列对声波进行窄波束接收，通过发射、接收扇区指向的正交性形成对海底地形的照射脚印，对这些脚印进行恰当的处理，一次探测就能给出与航向垂直的垂面内上百个甚至更多的海底被测点的水深值，从而能够精确、快速地测出沿航线一定宽度内水下目标的大小、形状和高低变化，比较可靠地描绘出海底地形的三维特征。与现场采集的导航定位及姿态数据相结合，绘制出高精度、高分辨率的数字成果图。
- e$ q9 F5 N# |" R7 ~3 G) r 4 E1 T' W* T9 ?0 w. N
, r9 b" W" l$ ]& D. A  多波束原理示意图 4 {( l: A% P* t9 @) G7 e. i
c+ c% V6 p) S# a7 l! w 多波束测深系统的组成
4 r" h. Q, i% \! ] 0 J' W" B% K, ]' }
& c# _6 z# C+ I; X. p 多波束的技术要求也注定多波束测深系统是一组包含多种辅助传感器的测量系统，其主要由以下的软硬件产品组成：
/ V8 r$ _+ f) ], f% w) K3 c$ j, q ' D( G# m) C Q
0 y! N1 @$ w/ Z3 n( t7 X# z& l8 J （1）多波束测深仪；
+ Q! G% g; g+ r3 G1 T4 _
, l& N ^8 }% b. @& ?: C / h$ H/ Z3 `- U' ]% ~( r
（2）GNSS定位系统； " S# ~8 z w' k$ c( G, F- _+ i$ B
7 [% l8 b, E# U7 i( A/ d, K 8 Q. x! \- \+ {8 H1 S
（3）表面声速仪；
0 a5 w; ?: J! m$ O# E
' j2 ]# L& X1 t4 M" `# w: R $ V+ `0 O' I: H2 M9 Y% d
（4）声速剖面仪； 2 \; J: W4 G2 ^! E
' K7 \" c5 A+ t; v& E! d
$ Y6 u* B0 F$ ^3 ^9 J" o （5）姿态仪； * t4 c+ T5 }$ f- N+ G n
" I% |. `1 n) l$ \" c* ~% I
0 ]! @2 k3 `, {/ m3 ? （6）罗经；
4 y4 R# M! j) X+ J8 E- b* d' M % t! N1 P, J9 X( ^# |0 ?4 I) z5 Q
9 e! X6 a# h1 z% L6 \% H
（7）潮位仪； ( c) s0 F+ x( C4 W' \" C; I
, c# J) D/ `5 Z/ P8 G& @9 x 0 L5 E, t/ z t+ H: x, i3 D+ }
（8）显控软件（声呐工作控制软件）； - l- t3 p0 ?0 W
$ f2 ^( b% c2 T8 H& d- l
( B7 e& P; {, Z" D! t1 a/ B# i （9）导航采集软件（记录声呐和辅助传感器数据）；
- f0 |2 w% {# B8 u$ |' U ' j# _0 w; Y/ N# }. P
8 \9 e* e- g# X) m! h0 r- O( ~
（10）后处理软件； + R' f' ]8 g& Z, ]
, A3 m4 ]5 g2 j) |8 s1 ~6 ^
0 c. F" |) \: F9 r0 L; b （11）供电，采集计算机等其它工具； 0 q3 I5 s& T9 Z9 L" K6 e: e
3 L& u$ D: V7 |* `1 t6 J. H * ]: ?, Q* c* s) J. J9 a& }' }6 t
多波束的优势 6 D8 _4 Q" a4 T
$ S" [7 [3 {1 u u7 t& m
3 \0 T1 k1 O7 j! | 多波束技术的出现，给水下测量工作带来了极大的突破，与传统的水深测量相比，多波束有以下几个比较明显的优势： - a( Z f: D) k8 o3 g, [6 c" {- Q9 ~
! r x1 D X0 w! ?) P8 z! T9 k
: G' | h" N) n% t8 R4 d, m （1）精度高 # o5 H& D5 Q! E/ w% [
+ N( l3 J& Y8 ^
8 S% v7 d) V- m, B7 q. i6 p2 m5 c 相较于单波束测深系统，多波束测深系统具备更丰富完善的传感器，在声速仪、姿态仪、潮位仪等高精度传感器的配合下可以测得更精确的水底坐标信息。 ; ^2 }+ o/ o/ R; F" {- ^
; G9 P; r6 d1 D& Z
3 u; p. h( ~* D/ Y8 \: ?- I 如下图为单波束在风浪摇摆下测量误差变大，而多波束则不受此影响。 + i$ b% R& h7 B
& Y3 c8 [; a0 c+ h
6 k, ]8 \% G% j0 L# m2 X4 V* s% R 其次，单波束波束角大约为6-8度，而多波束则在0.5-2度之间，相较单波束相比，多波束的波束角越小，其返回的水深值越接近水底真值
- V @. o6 B9 }5 C7 k; b% Y5 E
0 m% G+ R: s6 Z( R! f
' h7 Q$ x; K$ `3 |  多波束测量成果图 # n8 ~# j+ W# }- c* w& y9 D, Q1 S
9 t* ]& Q" b% s
2）分辨率高
& ]* G/ x; W9 ?5 z. ]6 L " ?6 H/ s8 D8 o+ |
0 m2 N# x7 O$ Y( g# m 接触过水深测量的都知道，单波束是一种“由点到线”的测量方式，每次测量只能测量一个水深点，随着载体及设备的航行移动，产生由点到线的测量结果； ' L0 d; B0 c H$ j5 T0 @- u
~1 v) f7 O4 J3 m2 [, k 1 q8 t7 h. z2 V" T% ~0 Z7 M+ w4 ?
而多波束是一种“由线到面”的测量方式，一次测量即可得到垂直于航迹方向的几百甚至上千个水深点，随着载体及设备的航行移动，产生由线到面的测量结果。 ' R% [ i$ a, K- m
0 L- I( ~. \2 {& c! ^6 \6 c! @2 Z
% l6 U+ @: r$ _1 F8 d
单波束无论如何加密测量，均无法和多波束的全覆盖测量相媲美。
' r8 G% u1 J! n h- O. D( g- P
1 |+ A$ G6 e2 ^4 E) H1 k1 Z( X 7 x/ m: h% [9 a* r& c+ i: {
（3）效率高 % M+ ~$ D" l( s7 q( \1 ^
5 O4 B$ {4 l, @9 f ) p7 Z' @- A+ k& _
单波束由点到线的测量到多波束由线到面的测量不仅仅是分辨率的提升，更带来水下测量效率的提升，随着多波束技术的发展，目前多波束已经能够以水深的6-8倍，甚至更大的扫测覆盖宽度进行扫测了，水深10米的水域同样进行1：500的地形图扫测，单波束5米一条测线，多波束则一条测线覆盖60-80米，效率远高于单波束测深仪。作业时长大大降低，效率大大提升
+ J( j/ e* E( ]" Y o4 t7 Y+ S
; g$ N1 j8 C1 M# P$ l
" C; J9 d- R* X/ e v  多波束测量成果图
1 ]* J" L0 Y; Y
3 [7 R! k) Y% q; b ] 多波束在无人船领域的应用
) h8 j! ~0 C0 z6 R
" ?4 x" s" V8 F
2 t1 f/ q% S8 s) O8 Q7 D  多波束3D水文测绘无人船
- X& w j# ^% I# X. k; f* {
0 Z8 {* }: b- J( g% N) T! n 举报/反馈
& k6 Y% }# h7 }
( l% Z1 [6 A- K; |) O7 j& T/ y
5 h6 P* [$ t+ ]- U) X# a8 {5 @
: {' j8 s3 O) a n+ A( J1 N
M6 U* S1 i+ ?4 U K9 R6 S. I) M$ v) d9 @5 D
| 
