多波束系統(tǒng)的核心介紹

測(cè)深系統(tǒng)的換能器基陣，由發(fā)射聲信號(hào)的發(fā)射陣和接收海底反射回聲信號(hào)的接收陣組成。發(fā)she器發(fā)出一個(gè)扇形波束，其面垂直于航跡，一般開(kāi)角為 60°～150°，航跡方向的開(kāi)角約為0.5°～5°。接收陣接收海底回波信號(hào)，經(jīng)沿時(shí)或相移后后相加求和，形成幾十個(gè)或者數(shù)百個(gè)相鄰的波束。航跡方向的波束開(kāi)角一般為1°～3°，垂直于航跡的開(kāi)角為0.5°～3°。組合發(fā)射和接收波束可得到幾十個(gè)或幾百個(gè)窄的測(cè)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(cè)量精度，必須消除船在航行時(shí)縱橫搖擺的影響，一般采用姿態(tài)傳感器進(jìn)行姿態(tài)修正。

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多波束系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理

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由于多波束的測(cè)量成果需要在地理框架下表達(dá)，因此波束在海底投射點(diǎn)的位置計(jì)算便成為多波束數(shù)據(jù)處理的一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題。波束在海底投射點(diǎn)位置計(jì)算需要船位、潮位、船姿、聲速剖面、波束到達(dá)角和往返時(shí)間等參數(shù)。

計(jì)算過(guò)程包括：

①姿態(tài)改正。橫搖直接影響波束到達(dá)角，對(duì)于補(bǔ)償性多波束系統(tǒng)，船體的橫搖在波束接收時(shí)已經(jīng)得到改正；對(duì)于無(wú)補(bǔ)償性系統(tǒng)，通過(guò)擴(kuò)大扇面角來(lái)實(shí)現(xiàn)回波的接收。縱搖大小到一定的程度時(shí)，海底投射點(diǎn)深度和平面位置的計(jì)算也必須考慮其影響。

②根據(jù)波束到達(dá)角、往返時(shí)間和聲速剖面，計(jì)算波束投射點(diǎn)在船體坐標(biāo)系下的平面位置和水深。

③根據(jù)航向、船位和姿態(tài)參數(shù)確定船體坐標(biāo)系和地理坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系，并將船體坐標(biāo)系下的波束投射點(diǎn)坐標(biāo)轉(zhuǎn)化為地理坐標(biāo)。

④根據(jù)船體坐標(biāo)系原點(diǎn)與深度基準(zhǔn)面之間的關(guān)系，將船體坐標(biāo)系下的水深轉(zhuǎn)化為海圖深度。

多波束系統(tǒng)的應(yīng)用展望

多波束系統(tǒng)不同于單波束測(cè)深系統(tǒng)，它實(shí)現(xiàn)了從“點(diǎn)”“線”水下地形測(cè)量到條帶式、全覆蓋、“面”測(cè)量的變革，保證了較寬的掃幅和較高的測(cè)點(diǎn)密度，因而多波束測(cè)深具有全覆蓋、、高密度和率的特點(diǎn)。多波束探測(cè)系統(tǒng)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于海洋礦產(chǎn)、考古調(diào)查研究、事故調(diào)查和勘探等多個(gè)領(lǐng)域。

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多波束系統(tǒng)的組成

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一個(gè)完整的多波束測(cè)深系統(tǒng)由三個(gè)部分組成。部分是多波束主系統(tǒng)，主要包括換能器陣列，收發(fā)機(jī)和處理單元等；第二部分為輔助系統(tǒng)，包括定位系統(tǒng)、姿態(tài)傳感器（橫搖、縱搖、升沉、艏向）和聲速剖面儀；第三部分是后處理系統(tǒng)，包括數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和數(shù)據(jù)處理計(jì)算機(jī)，數(shù)據(jù)存貯設(shè)備和繪圖儀等。