同時獲得數十個相鄰窄波束的回聲測深系統。一般由窄波束回聲測深設備(包括換能器、測量船搖擺的感測裝置、收發機等)和回聲處理設備(包括計算機、數字磁帶機、數字印表機、橫向深度剖面顯示器、實時等深線數字繪圖儀、系統控制鍵盤等)兩大部分組成。主要用於海底地形測量、掃海測量和海上施工區域的測量。裝在測量船上的多波束測深系統，每發射一個聲脈衝，可以獲得船下方的垂直深度，同時獲得與船的航跡相垂直的面內的幾十個水深值，從而實時繪出海底地貌圖。通過船上計算機對各種數據的處理，可由繪圖儀繪出等深線圖，精確測定航行障礙物的位置、深度。20世紀60年代初開始，先後研製了多種類型的多波束測深系統，最大工作深度為200--1200米，橫向覆蓋寬度可達深度的三倍以上。
基本介紹
- 中文名：多波束測深系統
- 外文名：Multibeam Bathymetry System
- 所屬領域：海洋測繪設備
簡介,工作原理,組成部分,國內外研究現狀,國外相關產品,國內相關產品,
簡介
多波束測深系統，又稱為多波束測深儀、條帶測深儀或多波束測深聲吶等，最初的設計構想就是為了提高海底地形測量效率。與傳統的單波束測深系統每次測量只能獲得測量船垂直下方一個海底測量深度值相比，多波束探測能獲得一個條帶覆蓋區域內多個測量點的海底深度值，實現了從“點—線”測量到“線—面”測量的跨越，其技術進步的意義十分突出。
多波束測深系統是一種多感測器的複雜組合系統,是現代信號處理技術、高性能計算機技術、高分辨顯示技術、高精度導航定位技術、數位化感測器技術及其他相關高新技術等多種技術的高度集成。自70年代問世以來就一直以系統龐大、結構複雜和技術含量高著稱，世界上主要有美國、加拿大、德國、挪威等國家在生產。
同時獲得多個（典型如127，256個）相鄰窄波束的回聲測深系統。測深時，載有多波束測深系統的船，每發射一個聲脈衝，不僅可以獲得船下方的垂直深度，而且可以同時獲得與船的航跡相垂直的面內的多個水深值，一次測量即可覆蓋一個寬扇面。多波束測深系統一般由窄波束回聲測深設備（換能器、測量船搖擺的感測裝置、收發機等）和回聲處理設備（計算機、數字磁帶機、數字印表機、橫向深度剖面顯示器、實時等深線數字繪圖儀、系統控制鍵盤等）兩大部分組成。
測深系統的換能器基陣，由發射聲信號的發射陣和接收海底反射回聲信號的接收陣組成。發射器發出一個扇形波束，其面垂直於航跡，一般開角為 60°～150°，航跡方向的開角約為0.5°～5°。接收陣接收海底回波信號，經延時或相移後後相加求和，形成幾十個或者數百個相鄰的波束。航跡方向的波束開角一般為1°～3°，垂直於航跡的開角為0.5°～3°。組合發射和接收波束可得到幾十個或幾百個窄的測深波束。換能器基陣可以直接裝在船底或在雙體船上拖曳。為了保證測量精度，必須消除船在航行時縱橫搖擺的影響，一般採用姿態感測器進行姿態修正。
多波束測深系統是利用安裝於船底或拖體上的聲基陣向與航向垂直的海底發射超寬聲波束，接收海底反向散射信號，經過模擬/數位訊號處理,形成多個波束，同時獲得幾十個甚至上百個海底條帶上採樣點的水深數據，其測量條帶覆蓋範圍為水深的2一10倍,與現場採集的導航定位及姿態數據相結合,繪製出高精度、高解析度的數字成果圖。
與單波束回聲測深儀相比，多波束測深系統具有測量範圍大、測量速度快、精度和效率高的優點,它把測深技術從點、線擴展到面,並進一步發展到立體測深和自動成圖，特別適合進行大面積的海底地形探測。這種多波束測深系統使海底探測經歷了一個革命性的變化，深刻地改變了海洋學領域的調查研究方式及最終成果的質量。有些國家自其問世之後,己經計畫把所有的重要海區都重新測量一遍。正因為多波束條帶測深儀與其它測深方法相比具有很多無可比擬的優點，僅僅近20多年時間,世界各國便開發出了多種型號的多波束測深系列產品20世紀60年代初開始，相繼研製了幾種類型的多波束測深系統，最大工作深度200～12000米，橫向覆蓋寬度可達深度的 3倍以上。多波束測深系統同綜合衛星定位系統配合，由計算機實時處理標繪等深線圖，是70年代末以來海道測量工作的一個突破。
工作原理
多波束測深系統能夠有效探測水下地形，得到高精度的三維地形圖。其工作原理圖如下圖所示。
多波束測深系統的工作原理是利用發射換能器陣列向海底發射寬扇區覆蓋的聲波，利用接收換能器陣列對聲波進行窄波束接收，通過發射、接收扇區指向的正交性形成對海底地形的照射腳印，對這些腳印進行恰當的處理，一次探測就能給出與航向垂直的垂面內上百個甚至更多的海底被測點的水深值，從而能夠精確、快速地測出沿航線一定寬度內水下目標的大小、形狀和高低變化，比較可靠地描繪出海底地形的三維特徵。
組成部分
典型多波束系統應包括3個子系統：
①多波束聲學子系統包括多波束髮射接收換能器陣（聲納探頭）和多波束信號控制處理電子系統；
③數據後處理軟體（典型如Hypack）及相關軟體和數據顯示、輸出、儲存設備)。
國內外研究現狀
國外相關產品
淺水多波束（1－500） 如Elac公司SeaBeam1185、SIMRAD公司的EM 3000S；
中水多波束（5－2000） 如Elac公司SeaBeam3050、SeaBeam3030、SIMRAD公司的EM 30；
深水多波束（5－5000以深） 如Elac公司SeaBeam3020、SeaBeam3012、SIMRAD公司的EM 300。
國內相關產品
國內最早的多波束測深系統研製開始於二十世紀80年代中期，該多波束測深系統採用傳統的模擬波束形成技術，形成25個波束，沿著航跡方向開角為3°，垂直航跡方向開角為2.4°到5°，覆蓋寬度120°。這也是我國最早的多波束測深系統嘗試，但由於當時技術條件的限制未能投入實際套用。2000年後中科院聲學研究所重點開展了基於相干原理的側掃聲吶的研究工作，在基於側掃聲吶的地形地貌探測理論和設備研製方面取得了重要進展。
到二十世紀90年代初，國家有關部門從國防安全和海洋開發的戰略需要出發，委託哈爾濱工程大學主持，海軍天津海洋測繪研究所和原中船總721廠參加，聯合研製了用於中海型的多波束測深系統，該系統屬於用於大陸架和陸坡區測量的中等水深多波束測深系統，它的工作頻率45kHz，具有左右舷共48個3°×3°的數位化測深波束，測深範圍10到1000米，覆蓋範圍2到4倍水深（覆蓋寬度126.8°）。該型條帶測深儀的研製成功，使我國成功躋身世界具有獨立開發與研製多波束測深系統的少數國家之列。
2006年，哈爾濱工程大學成功研製了我國首台攜帶型高分辨淺水多波束測深系統，測量結果滿足IHO國際標準要求，鑑定專家認為其主要技術指標達到現階段國際同類產品先進水平，具有極大的推廣價值。
在“十一五”863計畫、國家自然科學基金等項目的支持下，哈爾濱工程大學已擁有不同技術指標和特點的HT-300S-W高分辨多波束測深儀、HT-300S-P攜帶型多波束測深儀、HT-180D-SW超寬覆蓋多波束測深儀三個型號。其中HT-300S-W高分辨多波束測深儀：小批量生產階段；HT-300S-P攜帶型多波束測深儀：小批量生產階段；HT-180D-SW超寬覆蓋多波束測深儀：樣品階段。
