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现代测绘理论与技术实习报告学生姓名：***学生学号：201320104*学生专业：大地测量与测量工程指导老师：方源敏多波束测深系统在海洋工程测量中的应用【摘要】多波束测深是当代海洋基础勘测技术中的一项高新技术,是计算机技术、导航定位技术和数字化传感器技术等多种技术的高度集成。本文简述了多波束测深系统的基本构成、基本原理，以及多波束测深改正，并且说明了多波束测深系统在海洋工程测量中的应用，以及多波束测深的设计和实施。关键词多波束测深系统海洋工程测量一、引言海洋工程是指以开发、利用、保护、恢复海洋资源为目的，并且工程主体位于海岸线向海一侧的新建、改建、扩建工程。具体包括：港口、围填海、海上堤坝工程，人工岛、海上和海底物资储藏设施、跨海桥梁、海底隧道工程，海底管道、海底电（光）缆工程，海洋矿产资源勘测开发及其附属工程，海上潮汐电站、波浪电站、温差电站等海洋能源开发利用工程，大型海水养殖场、人工鱼礁工程，盐田、海水淡化等海水综合利用工程，海上娱乐及运动、景观开发工程等。可分为海岸工程、近海工程和深海工程等三类。开展海洋工程建设，必须要有海洋测绘作为技术保障。而多波束测深系统则为海洋工程测量带来了福音。多波束测深是当代海洋基础勘测技术中的一项高新技术,是计算机技术、导航定位技术和数字化传感器技术等多种技术的高度集成。在各种海洋调查测量中,如海道测量、海洋工程(包括水下钻探、海底管道、电缆、疏浚、填海工程测量) 、地质编图(包括矿物探查、研究、电子海图制作) 、军事应用(包括扫雷) 、其它调查任务(沉船考古、生物栖息地的地形研究) 等领域,多波束勘测技术都有着巨大的优势,并得到了广泛的应用。目前，已有将多波束侧身系统应用于海底管线调查、油田井场调查、航道疏浚监测、锚地测量等工程项目中，在这些应用中，多波束系统显示了单波束测量技术无法比拟的优势。二、多波束和单波束的区别单波束测深的特点是波束垂直向下发射，接受发射回波，因此声波传播中没有折射现象或折射现象可忽略不计（因入射角近于零），反射波能量占回波能量的全部或绝大部分。由于单波束测深过程中采取单点连续的测量方法，因此其测深数据分布特点是沿航迹数据十分密集，而在侧线间没有数据。在面积测量中，单波束测量是一种非全覆盖测量方法。单波束网格化数据内插处理的勘测方法存在着自身无法克服的缺陷。一是无法探测到尺度小于侧线间距的微地形，二是通过网格化内插不仅会产生假地形，而且也会使测线上已经探测到的小尺度微地形通过内插平滑而受到歪曲、夸大或抑制。如果要提高精度，唯一的方法是加密测线密度，但这又会使勘测成本成倍增加。为了克服单波束测深仪的上述缺陷，实现水深测量的全覆盖，曾经有人试图通过单波束测深仪的并联组合来达到全覆盖精密水深测量的目的。这种通过多个单波束测深仪换能器在船尾垂直船轴排列，从而实现多个波束的发射和接收，其原理与单波束测深仪一样，只不过引入了发射阵和接收阵的概念，是一种从单波束测深仪向多波束系统过渡的早起产品。随着科学技术的发展，多波束测深系统应运而生。多波束系统的出现，解决了单波束并联组合测量的波束之间的“漏空”现象。多波束采用发射、接收指向性正交的两组换能器阵获得一系列垂直航向分布的窄波束。多波束的换能器的安装不象旁测声纳采用拖曳式，而是采用固定于船底龙骨的位置上，因此，其测量的精度相对而言比旁测声纳的精度要高。三、多波束系统的基本构成完整的多波束系统除了具有复杂结构的多阵列发射接收换能器和用于信号控制、处理之外，还需要高精度的运动传感器、定位系统、声速剖面仪和计算机软、硬件及其显示输出设备。典型的多波束系统包括三个子系统。多波束声学子系统（包括多波束发射接收换能器阵和多波束信号控制处理电子柜）。波束空间位置传感器子系统（包括运动传感器、定位系统和声速剖面仪）。数据采集、处理子系统（包括多波束实时采集、后处理计算机及相关软件和数据显示、输出、贮存设备）。多波束发射接收换能器阵、电子柜和实时采集、控制计算机构成了多波束系统波束形成和处理的核心部分。多波束换能器通过计算机给出指令并在电子柜的控制下向下呈扇形（一般为150度开角）发射声脉冲。声脉冲在海底传播后，经过反射和散射返回换能器，换能器的多阵列接收单元利用窗口（窄缝）原理接收回波信号，并形成一系列波束。形成后的波束经处理器的前置放大、滤波和带通处理后返回实时采集、控制计算机并进行处理和存储。这样，一个完整的发射接收过程结束。波束空间位置传感器子系统由高精度的定位系统、运动传感器（垂直参考单元、电罗经）和声速剖面仪构成，它们是多波束系统必不可少的基本组成部分。四、多波束测深的测量原理多波束测深系统通过声波发射与接收换能器阵进行声波广角度定向发射、接收,在与航向垂直的垂面内形成条幅式高密度水深数据,能精确、快速地测出沿航线一定宽度条带内水下目标