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(cè)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(cè)寬度設(shè)計(jì)方式，以達(dá)到使用單一系統(tǒng)即可實(shí)現(xiàn)全海深測(cè)量的目的。

多波束系統(tǒng)的探測(cè)目標(biāo)機(jī)制

多波束是一種測(cè)深工具而并非成像系統(tǒng)，無(wú)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(cè)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?cè)谶M(jìn)行測(cè)深的同時(shí)采集反向散射強(qiáng)度信息，否則我們無(wú)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(cè)深是水聲技術(shù)、計(jì)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(gè)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(gè)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(hào)，反算出其測(cè)量距離或記錄往返時(shí)間，通過(guò)定位設(shè)備、姿態(tài)儀、聲速剖面儀和電羅經(jīng)等實(shí)現(xiàn)船舶瞬時(shí)位置、姿態(tài)、航向的測(cè)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(jì)算波束腳印的深度及坐標(biāo)，繪制海底地形圖。