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" V; A \$ c4 V 单波束测深仪原理 2 q! ?3 Q: u6 t% M- ]2 S
今天来给大家科普一下可能是海洋测绘用的最多的仪器，单波束测深仪。 / Q* Y5 q* ^; l
测深原理5 W6 O9 O x; w% ?6 v; X2 R; Q, l
和其他水下测量设备一样，单波束测深仪的原理也是通过声呐进行测深。 但是声波是扇形的，能量过于分散，我们测深需要的是水下一个点的数据，所以需要把声波的能量集中发射，最好是一条直线，就是下面这个样子。  2 [: g5 L) v1 h4 u2 e; ^( }* N9 h
所以就用到了波束干涉原理，通过调整不同阵列单元信号之间的参数，使得某些角度的信号增强，而另一些角度的信号相互抵消，这样就形成了我们需要的波束。 & L1 F$ C, y' [, y4 H
当然这些具体的是稍微有点复杂的，详细了解的同学可以看看阵列信号处理相关的资料来学习一下。
# [$ r4 S# }5 U! b" D( ?9 ?! q" ~  当然这个波束不能无限缩小到一个直线，始终是一个扇形且具有一定开角的波束，这个角就是波束角，理论上角度越小，测深仪精度越高。 因为波束打到水底是一个圆斑（有些人也叫做脚印），通过这个圆斑内有限面积的回波来计算这个圆斑的水深。 售价在3-4万元的国产主流单波束测深仪，波束角多为5°-7°。在20米的水深范围下，波束角为7°，圆斑的直径约为2.5米；波束角为5°，圆斑的直径约为1.7米。
% }9 N/ G1 Q0 z 通过上述原理我们就可以得到一个水深点（大致）的深度，如果再在这个测深仪上门接一个RTK来获取GNSS数据，那么就可以得到水下的三维坐标。
) r) {! v% c0 o. T% m: i 测深优势+ z. ~$ Q. R y& Y3 Y+ ^
相对于在船上通过RTK戳到水下的传统测量方式，测深仪在精度上有绝对优势吗？ " U0 ?1 ~5 a5 p0 r! P7 S
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我觉得并不见得，由于声速在水中受到温度盐度和压力的影响，不同水深的声速也不一致，当然考虑到声音在水中一般1500米/秒的速度。在内陆50米以内的水深中基本可以忽略不计。
8 |% t5 K" g% s( d5 v6 s  在入海口和死水深的水域（矿坑）误差就会有点大，需要用声速剖面仪器来修正数据，当然这种地方正常人也只能用测深仪来测。
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当然测深仪最颠覆的一点是效率，在水下开机就开工作采集数据，在船上或平台上沿着一条直线移动时，它会连续地发射和接收声波，从而得到一系列的水深数据点。这些数据点组成了一条测线。 
! C* r9 c8 i/ x6 q/ w 理论上，船开得多快，测量的速度就有多快。 " n: w* ~$ V {& [# Z
主流厂家6 n- U0 w# K5 r
国内做测深仪这种海洋装备的厂家比较多。除了传统测绘仪器厂家南方测绘、华测导航、中海达以外，还有专耕海洋测绘市场的海卓同创、无锡海鹰、星天海洋等。不过除海鹰外，其他两家好像都看不上单波束这点市场，而专注做高端的多波束设备。
. j, Q% E1 W; P" A" _ 性能上，国产单波束只能说可以满足绝大部分需求，测量范围多在500米以内，很少有超过千米的，而且测浅水（1米以下）时感觉效果一般。而海洋测绘装备厂家中的“老大”Kongsberg，其产品测深范围可达到3000米。 ' u2 b) d5 m- D# F% o
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/ i# _ \- S& u, M! [6 J9 V9 d 测深数据! I: f P/ Q6 c$ q. Q" `) p3 h
现在各家测深仪后处理基本都是一套流程，由于测深数据是一条条测线，各家通过自己算法过滤掉大部分假水深。 
: L! h8 J) m7 O) m 然后手动将部分算法未过滤掉的假水深修正到正确的水深线上，然后通过间距采点来导出水底高程点数据。
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最后导出数据如下。 
1 O9 W! K7 b# C! O/ A* G4 K1 F7 N （作者：陈哲宇 单位：广州中海达卫星导航技术股份有限公司） ↓↓ 了解更多产业要闻↓↓- ~, K+ @: J2 D; ]9 H, }
请将我设为星标★ 来源：中国地理信息产业协会（转载请注明来源，并在“阅读原文”增加本文链接）编辑：李 娟审核：余 青
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中国地理信息产业协会在广州市开展调研  , g1 M4 J) z3 C; K( H3 X
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