多波束系統(tǒng)的核心介紹

測深系統(tǒng)的換能器基陣，由發(fā)射聲信號的發(fā)射陣和接收海底反射回聲信號的接收陣組成。發(fā)she器發(fā)出一個扇形波束，其面垂直于航跡，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(jīng)沿時或相移后后相加求和，形成幾十個或者數(shù)百個相鄰的波束。航跡方向的波束開角一般為1°～3°，垂直于航跡的開角為0.5°～3°。組合發(fā)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)的系統(tǒng)類型

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按工作頻率分為高頻、中頻和低頻三種類型。一般將工作頻率在95千赫以上的稱為淺水多波束系統(tǒng)，頻率在36～60千赫的稱為中水多波束系統(tǒng)，頻率在12～13 千赫的稱為深水多波束系統(tǒng)。為了進(jìn)一步提高儀器自身的適應(yīng)性，許多新生代多波束測深系統(tǒng)一般采用雙工作頻率、可變脈沖發(fā)射寬度及可變掃測寬度設(shè)計方式，以達(dá)到使用單一系統(tǒng)即可實現(xiàn)全海深測量的目的。

多波束系統(tǒng)的探測目標(biāo)機(jī)制

多波束是一種測深工具而并非成像系統(tǒng)，無法直接在記錄紙上進(jìn)行打印，必須先構(gòu)建數(shù)字地形模型(DTM)，再根據(jù)DTM構(gòu)建地貌影像圖，從而能夠反映細(xì)微的地形起伏所導(dǎo)致的坡度和坡向變化；此外，多波束的中央波束探測效好，邊緣波束效果差；多波束采用三維可視化的方法進(jìn)行目標(biāo)判斷，在3D GIS系統(tǒng)中可以直接提取目標(biāo)物的平面位置和高度，還能夠從不同的角度進(jìn)行觀察，便于掌握目標(biāo)物的形狀特征。但是，除非我們在進(jìn)行測深的同時采集反向散射強(qiáng)度信息，否則我們無法得到與目標(biāo)物的底質(zhì)類型相關(guān)的信息，因此，多波束比較適合于沉船或者管線等容易根據(jù)形狀進(jìn)行判斷的目標(biāo)。

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多波束系統(tǒng)的應(yīng)用介紹

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多波束測深是水聲技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)、導(dǎo)航定位技術(shù)和數(shù)字化傳感器技術(shù)等多種技術(shù)的高度集成，由多個子系統(tǒng)構(gòu)成，雖然不同的多波束系統(tǒng)的組成單元不盡一致，但大體上可以將其分為聲學(xué)系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)和外圍輔助傳感器幾個部分。

多波束采集系統(tǒng)完成波束的觸發(fā)，經(jīng)換能器發(fā)射和接收后將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，反算出其測量距離或記錄往返時間，通過定位設(shè)備、姿態(tài)儀、聲速剖面儀和電羅經(jīng)等實現(xiàn)船舶瞬時位置、姿態(tài)、航向的測定以及海水中聲速的傳播特性，由數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)綜合聲速、定位、姿態(tài)、聲速剖面和潮位等信息，計算波束腳印的深度及坐標(biāo)，繪制海底地形圖。