多波束测深仪原理及应用

多波束测深仪原理及应用

多波束测深仪是一种用于测量水下地形的精密仪器，其工作原理基于声波在水中的传播特性。与传统的单波束测深仪相比，多波束测深仪能够提供更精确、更快速的水下地形数据。

单波束与多波束

单波束测深是利用声波在水中的传播特性来测量水体深度的技术。声波在均匀介质中作匀速直线传播，在不同界面上产生反射。从测量船换能器垂直向海底发射声波信号，并记录从声波发射到信号接收的传播时间。通过声波在海水中的传播速度和传播时间计算出海水的深度。

多波束测深系统的工作原理是利用发射换能器阵列向海底发射宽扇区覆盖的声波，通过发射、接收扇区指向的正交性形成对海底地形的照射脚印，对这些脚印进行恰当的处理，一次探测就能给出与航向垂直的垂面内上百个甚至更多的海底被测点的水深值。从而能够精确、快速地测出沿航线一定宽度内水下目标的大小、形状和高低变化，比较可靠地描绘出海底地形的三维特征。

多波束测深系统

单波束测深仪是一个独立的仪器，而多波束测深则是一个系统，它包含了多种数据采集仪器来对测深数据进行改正，如声速剖面仪进行声速改正，惯导进行船姿态改正，以此达到提高数据精度的目的。

多波束测深仪的优点

相对于单波束测深仪，多波束测深仪具有以下优点：

1. 由于多波束的波束角做的更小，可以采集分辨率更加精细的水底地形数据。由此产生的海底地图比使用单波束技术获得的海底地图更详细。
2. 多波束测深系统克服了单波束测深的缺点，在海底平坦的海域内，能够测量出以测量船测线为轴线且具有一定宽度的全覆盖水深条带。这个测深范围是非常大的，以常见的140°开角为例，他的测量条带宽度约为水深的5.5倍左右，若水深为50m，则测量的数据宽度就是270m左右，在海上或水深的地区效率极高。

条带重叠率

多波束测深系统在进行海底地形测量时，需要保证测量的连续性和完整性，因此条带重叠率是一个重要的参数。条带重叠率指的是相邻测线间条带重叠部分的宽度与测线间距的百分比。这个参数有以下几个作用：

1. 提高数据的冗余性和可靠性：通过增加条带重叠率，可以确保在一条测线上的测量数据与相邻测线上的数据有足够的重叠区域，从而在数据处理时可以通过比较重叠区域的数据来检验数据的一致性和准确性，提高整体测量的可靠性。
2. 减少数据缺失和漏测：在实际测量过程中，可能会出现由于设备故障、海况恶劣或其他原因导致的个别测线数据缺失或不准确的情况。条带重叠率的设置可以在一定程度上弥补这些缺失，因为相邻的测线可以提供额外的数据支持，减少整个测量区域的漏测现象。
3. 提高地形解译的精度：条带重叠率的增加有助于提高地形解译的精度，特别是在地形变化剧烈的区域。重叠区域的数据可以用来平滑处理，减少地形的噪声和异常值，从而得到更加连续和精确的海底地形图。
4. 便于数据拼接和整合：在多波束测深数据处理阶段，需要将不同测线的数据拼接成一个完整的海底地形图。条带重叠率提供了足够的重叠区域，使得数据拼接更加准确和容易实现，同时也方便了不同测线间的数据整合和一致性分析。

一般来说重叠率10%-20%是满足要求的，但是实际作业中尽可能维持重叠率在20%左右。