多波束原理安装及操作
多波束形成技术研究
多波束形成技术研究 陈晓萍 （中国西南电子技术研究所，四川成都610036） 摘要：讨论了跟踪与数据中继卫星系统（TDRSS）中关于多波束形成的算法，优选的有LMS自适应方式和相位调整自适应方式；并简单介绍了波束控制和波束形成的实现。 关键词：TDRSS；多波束形成；LMS自适应算法；相位调整自适应算法 一、前言 随着航天技术的发展，要求测控通信站能高覆盖地对飞船等多个目标进行测控通信。要解决这个问题靠现有地面测控网和业务接收站已不能满足要求，需要建立天基测控通信系统，即跟踪与数据中继卫星系统(TDRSS)。 TDRSS把测控通信站搬移到天上同步定点轨道的中继星上，从上向下观测中低轨卫星、飞船、航天飞机等空间飞行器，从而提高了覆盖率。为了减轻中继星的复杂性和负担，将中继卫星观测到的数据和信息传到地面，由地面中心站进行处理。TDRSS中继星相控阵天线同时与多个用户航天器保持跟踪，地面站到航天器的正向通讯为时分多波束，反向通讯为码分和同时多波束。为了减轻中继星的负担，中继星上只装有形成正向天线波束扫描所需的电调移相器，由地面终端计算并发出指令，调节星上移相器相位，让天线波束以时分方式扫描对准各用户航天器，在对准期间完成正向数传。多个用户航天器送到中继星的反向数传信号在星上进行多波束形成会大大增加中继星的复杂性，反向信号经星上阵列天线接收和变换，各阵元收到的信号用频分多路方式相互隔离送往地面，由地面接收前端将频分多路还原成同频多路阵元输出，交由终端进行相控阵多波束形成处理。所谓波束形成, 就是利用开环控制或闭环自适应跟踪方法，对不同反向到达的信号用不同的权系数矢量对各阵元输出进行幅度和相位加权, 使各阵元收到的同一用户信号在合成器中得以同相相加, 输出信号最大, 干扰和噪声最小。当存在多个目标时, 地面终端利用码分多址方法和利用多个波束形成器并行地完成各目标的波束合成处理完成各用户的数传与测控。 二、多波束形成算法 数据中继卫星系统在多址方式下，服务对象一般分布在较低的地球轨道上，当用户星离地面的轨道高度在3 000 km以下时，中继星各阵元波束宽度只要26°就可覆盖地球周围的所有用户星。 当用户星以最大速度10 km/s运动,用户星穿过3.5°宽的合成波束所需的时间最短为205 s，所以中继星跟踪用户星所需的波束移动角速度是很小的。假定波束移动步进量为阵合成波束宽度3.5°的5％即0.175°，波束步进间隔时间长达10.5 s。只要计算机能在10.5 s 内依据用户星位置更新相控阵的相位加权系数，就会使合成波束移动并时刻对准目标。 按照目标的捕获与跟踪过程，多波束形成应有3种工作方式：主波束控制方式（开环）、扫描方式（开环）及自跟踪方式（闭环）。 当有先验信息如根据目标的轨道方程计算出目标在空中的当前位置时，可采用开环的主波束控制方式, 由用户星的实时俯仰角和方位角，计算机算出加权系数矢量，送到多波束处理器完成波束加权合成。用户星相对中继星来说角度移动缓慢，随着用户星的移动，计算机实时逐点计算出权系数矢量，可维持主波束的开环跟踪。主波束控制方式一般用于目标的初始捕获，完成后进入自动跟踪状态。 如果没有先验信息不知道目标的起始位置，可以采用波束扫描方式，根据事先制定的空
多波束数据
Processing of High-Frequency Multibeam Echo Sounder Data for Seafloor Characterization Laurent Hellequin,Jean-Marc Boucher ,Member,IEEE ,and Xavier Lurton Abstract—Processing simultaneous bathymetry and backscatter data,multibeam echosounders (MBESs)show promising abilities for remote seafloor characterization.High-frequency MBESs pro-vide a good horizontal resolution,making it possible to distinguish fine details at the water–seafloor interface.However,in order to accurately measure the seafloor influence on the backscattered en-ergy,the recorded sonar data must first be processed and cleared of various artifacts generated by the sonar system itself.Such a preprocessing correction procedure along with the assessment of its validity limits is presented here and applied to a 95-kHz MBES (Simrad EM1000)data set.Beam pattern effects,uneven array sen-sitivities,and inaccurate normalization of the ensonified area are removed to make possible further quantitative analysis of the cor-rected backscatter images.Unlike low-frequency data where the average backscattered energy proves to be the only relevant fea-ture for discriminating the nature of the seafloor,high-frequency MBES backscatter images exhibit visible texture patterns.This ad-ditional information involves different statistical distributions of the backscattered amplitudes obtained from various seafloor types.Non-Rayleigh statistics such as -distributions are shown to fit correctly the skewed distributions of experimental high-frequency data.Apart from the effect of the seafloor micro-roughness,a sta-tistical model makes clear a correlation between the amplitude sta-tistical distributions and the signal incidence angle made available by MBES bathymetric abilities.Moreover,the model enhances the effect of the first derivative of the seafloor backscattering strength upon statistical distributions near the nadir and at high incidence angles.The whole correction and analysis process is finally applied to a Simrad EM 1000data set. Index Terms—Backscatter model,-distribution,multibeam echo sounder (MBES),seafloor classification. I.I NTRODUCTION M ANY marine activities (marine geology,commercial fishing,offshore oil prospecting and drilling,cable and pipeline laying and maintenance,and underwater warfare)need tools and methods to remotely characterize the seafloor.Modern swath-mapping sonars are well designed for this task;they have quickly evolved upwards over the last 40years and nowadays are beginning to meet most of the requirements needed to reliably characterize the seafloor.Among the ex-isting acoustical mapping systems,multibeam echo sounders (MBESs)are currently the main focus of attention because of their ability to provide both a bathymetric map and a backscatter image of the surveyed area. Manuscript received February 5,2001;revised June 11,2002. L.Hellequin and X.Lurton are with IFREMER,TMSI/AS,Technop?le Iroise,BP 70,29280Plouzané,France. J.-M.Boucher is with ENST Bretagne,BP 832,29285Brest Cedex,France.Digital Object Identifier 10.1109/JOE.2002.808205 Usually installed under a ship’s hull,an MBES transmits a sound pulse inside a wide across-track and narrow along-track angular sector;then a beamforming process simultaneously cre-ates numerous receiving beams steered at different across-track directions.This spatial filtering allows us to pick up echoes coming from adjacent seafloor portions independently.One sounding is accurately computed inside each beam by simulta-neously measuring the beam steering angle and the echo travel time,according to various estimation methods based on either amplitude or phase.A high density of sounding points is thus generated along the survey swath,and new “pings”are trans-mitted as the ship proceeds on her way.Taking into account the ship’s navigation and attitude,the data from successive pings are finally gridded together in order to create an accurately georeferenced digital terrain model (DTM). In addition to measuring the echo travel times and angles for bathymetry,an MBES also records the echo amplitudes con-taining information about the nature and geoacoustical proper-ties of the seafloor.The echo amplitude is typically remapped to a color or gray scale and forms a coregistered backscatter image.The short pulse length provides the high resolution needed for imaging seafloor backscatter with a sufficient amount of details.For low-resolution MBESs (working in deep water at lower frequencies,typically 12kHz [1]),it seems that the mean backscattering strength (BS),recorded as a function of the incident angle,is the only measured parameter usable to characterize the interface acoustical properties [2].However,for MBESs with better resolution (designed for shallow depths with higher frequencies,typically 100kHz [3]),more infor-mation is available from the backscattered signals for a better seafloor characterization. A typical example of a BS image with a good resolution (Fig.1)shows various textures and spatial organizations of pixels that are clearly related to variations in the nature of the seafloor.In addition to its average level,the BS variability within subareas makes it possible to improve seafloor character-ization using statistical techniques [4],[5].Better classification results are expected when the MBES characteristics (frequency,beamwidth,and incidence angle)and an appropriate BS model are used to refine the analyses. Analyzing a backscatter image in detail reveals several arti-facts that degrade the image and corrupt BS measurements.The strong specular echo,causing a high-level line under the ship’s track,is linked to the backscattering physics and is not to be considered,properly speaking,as an artifact;however,it is a pe-nalizing feature,quite difficult to erase from sonar images.The main artifact comes from the directivity patterns of arrays used for the signal transmission and reception,that are usually not 0364-9059/03$17.00?2003IEEE
多波束勘测系统工作基础学习知识原理及其结构
第二章多波束勘测系统工作原理及结构 多波束系统是70年代兴起、80年代中、末期又得到飞速发展的一项全新的海底地形精密勘测技术。它是当前兴趣的焦点，因为它既有条带测深数据，又同时可获取反映底质属性的回波强度数据(Laurent Hellequin et al.,2003)。该技术采取广角度定向发射和多通道信息接收，获得水下高密度具有上百个波束的条幅式海底地形数据，彻底改变了传统测深技术概念，使测深原理、勘测方法、外围设备和数据处理技术诸方面都发生了巨大变化，大大提高了海底地形勘测的精度、分辨率和工作效率，实现了测深技术史上的一次革命性突破（李家彪等，2000）。多波束系统的工作原理与传统的单波束回声测深仪工作原理类似，都是根据声波在水下往返传播的时间与声速的乘积得到距离，从而得到水深。不同的是单波束测深仪一般采用较宽的发射波束（8°左右）向船底垂直发射，声传播路径不会发生弯曲，来回的路径最短，能量衰减很小，通过对回声信号的幅度检测确定信号往返传播的时间，再根据声波在水介质中的平均传播速度计算测量水深。在多波束系统中，换能器配置有一个或者多个换能器单元的阵列，通过控制不同单元的相位，形成多个具有不同指向角的波束，通常只发射一个波束而在接收时形成多个波束。除换能器天底波束外，外缘波束随着入射角的增加，波束在倾斜穿过水层时会发生折射，同时由于多波束沿航迹方向采用较窄的波束角而在垂直航迹方向采用较宽的覆盖角，要获得整个测幅上精确的水深和位置，必须要精确地知道测量区域水柱的声速剖面和波束在发射和接收时船的姿态和船艏向。因此，多波束测深在系统组成和测量时比单波束测深仪要复杂得多（周兴华等，1999）。 §2.1 多波束勘测系统的工作原理 2.1.1 单波束的形成 2.1.1.1 发射阵和波束的形成 一个单波束在水中发射后，是球形等幅度传播，所以方向上的声能相等。这种均匀传播称为各向同性传播（isotropic expansion），发射阵也叫各向同性源（isotropic source）。例如，一个小石头扔进池塘时就是这种情况，如图2.7所示。
多波束天线
多波束天线综述 多波束天线(MBA———Multiple Beam Antenna)由于其能够高增益地覆盖较大的地面区域而且又能根据需要调整波束形状而得到深入研究和广泛于卫星通信系统。多波束天线是能够同时产生多个子波束(点波束),从而覆盖地面上所关心的区域的天线系统,根据不同的通信需要,子波束和总波束的关系大致可分为几种情况:固定区域点波束覆盖,非固定区域点波束覆盖和赋形束覆盖。多波束天线与传统天线不同，它只在指定的区域有较高的增益值，而在其他地方增益很低，所以能减少覆盖区域外地面站对多波束系统造成的干扰，提高系统的频谱利用率和信道容量，提供有效全辐射功率和接收系统品质因素G/T值，并使卫星地面站终端设备得到简化和降低成本。另一方面，由于地球的曲率，卫星覆盖下的区域到达卫星的路径并不相等，星下点路径最短，远离星下点的区域路径较远，这就引起了远近效应的问题对于通信卫星系统而言，等通量覆盖是保证系统性能稳定的关键因素之一而这恰恰是多波束天线的优势因为多波束天线是通过几个高增益的窄波束合成一个等效的高增益宽波束，所以可以通过调整每个波束的增益大小，实现对地面的等通量覆盖。 (1)固定区域点波束覆盖： 固定区域点波束覆盖是指所有的点波束彼此独立地照射地面上不同的固定区域,总的波束则覆盖有关国家和地区,这种点波束方式往往用于同步卫星通信系统,近年来也应用于同步卫星通信系统,称为所谓“凝视天线”。这种系统,当卫星移动时,天线始终照射着某一固定区域并保持波束覆盖图不变,直到该区域边缘的仰角小于最小仰角。 (2)赋形束覆盖 赋形束覆盖是指点波束在地面上相互迭加,得到的辐射方向图形成所需要的图形─赋形束,这种方式也往往用于同步卫星通信系统.赋形束的概念在二十多年前就提出来了,其天线由反射面和单个馈元或由少量的馈元组成的馈元阵组成(后者可以看成多波束天线).任何形状的方向图都可以通过设计反射面的形状,在光学口面产生所需的振幅和相位分布来实现,而
EM950多波束系统简介
Simrad EM950多波束测深系统及其相关设备的简介 刘胜旋 （广州海洋地质调查局第二海洋地质调查大队510760） 摘要本文主要介绍挪威Simrad公司的EM950型多波束测深系统，对系统的各个关键部件如换能器、底部检测单元、操作单元等进行了较为详细地介绍，同时还对系统参数测试的步骤进行了详细的描述，最后是与系统相配套使用的其它相关设备。 关键词Ping(声脉冲)，陶瓷感应棒（ceramic stave）,Pitch，Roll，Swath(条幅)，OPU，DPU 一引言 多波束测深(Multibeam Echo Sounding)系统的出现，为研究海底地形地貌、寻找沉没于水中的飞机船舰、进行水下考古、铺设海底管线、航道岸提测量、工程疏浚的土方计算等一系列工作提供了可靠的手段。为了顺利完成“我国专属经济区和大陆架勘测”专项（简称“126”专项），我国多家从事海洋地质研究的单位于1998年从挪威Simrad 公司分别引进了多套EM系列多波束测深系统。其中国土资源部（原地矿部）广州海洋地质调查局引进了一套EM950型及一套EM3000型的多波束测深系统。现结合一年来的使用经验系统地介绍一下EM950型多波束测深系统的技术指标、工作性能、各种参数的校正及相关设备等内容。 二Simrad EM950多波束测深系统 (一)基本技术指标 Simrad EM950 是一种高分辨率海底地形测深系统。它的主要技术指标为：发射频率：95kHz 脉冲宽度：0.2ms 测深范围：探头以下3－400米 波束宽度： 2.3°×3.3° 覆盖宽度：最高可达7.4倍水深 波束数：120个（每个脉冲60个） 测深精度：15cm或0.25%水深 EM950采用95 kHz的发射频率，这个频率兼顾了在海水和淡水中的工作能力。其在海水中的吸收系数大约为30dB/km，当所测水深大于140m时，可以得到1000m的水平覆盖宽度。在淡水的吸收系数大约为2—3dB/km。当在河口或河口附近等含有大量泥沙的水域中工作时，因其发射频率的特殊性，它的测程并不会因吸收衰减而受到太大的影响，但会因
多波束系统操作流程
R2Sonic 20XX 多波束操作流程 一、参照如下配置清单： 二、连接示意图如下： 1 表面声速探头 2024 换能器
三、操作流程 1．前期准备 了解测区概况，包括测区的水文、潮汐和地质情况，测区中央子午线、投影及坐标转换参数等内容。 2. 设备安装 如上图所示，将多波束和表面声速探头安装到导流罩上，并通过安装杆固定到船上，要保证船在航行的过程中，多波束安装杆不能抖动，否则无法保证数据的准确性。
3. 系统接线 安装GPS及光纤罗经Octans，按照连接示意图，完成多波束及辅助设备的连接。 4. 系统供电 PC开机，GPS、Octans和SIM(多波束声纳接口单元)通电。 5. 声速剖面测量 测量船开到测区，停船。参照说明书《MinosX用户使用手册》，测量声速剖面。 6. 运行R2Sonic.exe多波束控制软件，参照说明书《Sonic 2024 使用指南》。 如果SIM盒上没有外接表面声速探头，则在Settings->Ocean settings…，勾选Sound velocity，输入探头所在深度的声速值，SVP的指示灯显示为黄色。 如果SIM盒上没有外接姿态数据（TSS1格式，100hz），且Settings->Sensor settings…，Motion的Interface选择Off，那么，MRU显示为灰色。 一定要保证GPS、PPS的指示灯为绿色，时间显示为格林威治时间，否则，表明时间没有同步，不能进行下一步操作。 调整Power，Gain等参数，保证水深条带数据的质量。Sonic control 2000软件在测量的过程中一直开着，并观察数据质量。
多波束安装步骤
一、系统配置 1、多波束声纳传感器 2、电源线、网线（用于多波束与电脑之间数据传输）、电缆线（连接GPS与RPH至电脑）、USB转串口线2根 3、RPH传感器 4、GPS及天线 5、高配置电脑（100M以上网卡、双核或四核以上、WinXP系统、处理器2.8GHz以上） 6、导航船与安装支架 7、直流电源24V (I max=2A) 二、具体要求 1、连接电源线与网线到多波束装置，用24V直流电源，将网线插到多波束网口里，另一端连至笔记本； 2、将USB转换器插到电脑上获取串口号； 3、将USB转换器与RPH传感器和GPS连在一起； 4、连接RPH电源与GPS电源； 5、第一次运行软件时需配置笔记本的系统配置； 5.1、安装USB转串口驱动 5.2、禁用杀毒软件及无线网络 5.3、禁用省电模式 5.4、配置本地IP：192.168.1.188，子网掩码：255.255.255.0 5.5、配置网络适配器速度为“自动侦测” （设备管理器--网络适配器--属性--高级--连接速度和双工模式--自动侦测） 5.6、使用“msconfig”程序时禁启后台所有任务 （Microsoft System Configuration，系统配置实用程序，“开始”--“运行”--键入“msconfig”--选择要禁用的程序） 5.7、安装好多波束测量软件 6、安装要求 6.1、GPS、RPH、多波束装置竖直方向在一条杆上，三者的三维坐标方向一致，GPS 坐标（Xg，Yg，Zg），换能器坐标（Xt，Yt，Zt），船坐标（X,Y,Z），O为船重心坐标原点； 6.2、Xt=Xg为GPS所在杆与船重心的X向垂直距离；Yt=Yg=0为GPS所在杆与船重心的Y向垂直距离；Zt>0为换能器入水深；Zg<0为GPS到换能器Z向垂直距离；Zc<0表示船重心在水面以上； 7、校准 7.1、对RPH的角误差进行校准 用Patch Test获取或预设一估值； 7.2、对GPS位置进行校准 GPS天线位置相对于换能器位置的偏离值；GPS延时是GPS记录的延时；
多波束形成方法
多波束形成技术研究 摘要：讨论了跟踪与数据中继卫星系统（TDRSS）中关于多波束形成的算法，优选的有LMS自适应方式和相位调整自适应方式；并简单介绍了波束控制和波束形成的实现。 关键词：TDRSS；多波束形成；LMS自适应算法；相位调整自适应算法 一、前言 随着航天技术的发展，要求测控通信站能高覆盖地对飞船等多个目标进行测控通信。要解决这个问题靠现有地面测控网和业务接收站已不能满足要求，需要建立天基测控通信系统，即跟踪与数据中继卫星系统(TDRSS)。 TDRSS把测控通信站搬移到天上同步定点轨道的中继星上，从上向下观测中低轨卫星、飞船、航天飞机等空间飞行器，从而提高了覆盖率。为了减轻中继星的复杂性和负担，将中继卫星观测到的数据和信息传到地面，由地面中心站进行处理。TDRSS中继星相控阵天线同时与多个用户航天器保持跟踪，地面站到航天器的正向通讯为时分多波束，反向通讯为码分和同时多波束。为了减轻中继星的负担，中继星上只装有形成正向天线波束扫描所需的电调移相器，由地面终端计算并发出指令，调节星上移相器相位，让天线波束以时分方式扫描对准各用户航天器，在对准期间完成正向数传。多个用户航天器送到中继星的反向数传信号在星上进行多波束形成会大大增加中继星的复杂性，反向信号经星上阵列天线接收和变换，各阵元收到的信号用频分多路方式相互隔离送往地面，由地面接收前端将频分多路还原成同频多路阵元输出，交由终端进行相控阵多波束形成处理。所谓波束形成, 就是利用开环控制或闭环自适应跟踪方法，对不同反向到达的信号用不同的权系数矢量对各阵元输出进行幅度和相位加权, 使各阵元收到的同一用户信号在合成器中得以同相相加, 输出信号最大, 干扰和噪声最小。当存在多个目标时, 地面终端利用码分多址方法和利用多个波束形成器并行地完成各目标的波束合成处理完成各用户的数传与测控。 二、多波束形成算法 数据中继卫星系统在多址方式下，服务对象一般分布在较低的地球轨道上，当用户星离地面的轨道高度在3 000 km以下时，中继星各阵元波束宽度只要26°就可覆盖地球周围的所有用户星。 当用户星以最大速度10 km/s运动,用户星穿过3.5°宽的合成波束所需的时间最短为205 s，所以中继星跟踪用户星所需的波束移动角速度是很小的。假定波束移动步进量为阵合成波束宽度3.5°的5％即0.175°，波束步进间隔时间长达10.5 s。只要计算机能在10.5 s 内依据用户星位置更新相控阵的相位加权系数，就会使合成波束移动并时刻对准目标。 按照目标的捕获与跟踪过程，多波束形成应有3种工作方式：主波束控制方式（开环）、扫描方式（开环）及自跟踪方式（闭环）。 当有先验信息如根据目标的轨道方程计算出目标在空中的当前位置时，可采用开环的主波束控制方式, 由用户星的实时俯仰角和方位角，计算机算出加权系数矢量，送到多波束处理器完成波束加权合成。用户星相对中继星来说角度移动缓慢，随着用户星的移动，计算机实时逐点计算出权系数矢量，可维持主波束的开环跟踪。主波束控制方式一般用于目标的初始捕获，完成后进入自动跟踪状态。 如果没有先验信息不知道目标的起始位置，可以采用波束扫描方式，根据事先制定的空间角度扫描轨迹图形，顺序调出各角度位置的加权矢量，形成波束的空中扫描，当波束扫到目标时，波束合成器输出最大信号并给出目标捕获指示，完成目标初始捕获，随即进入波束
多波束测深数据的误差分析与处理(精)
第23卷第1期1998年3月武汉测绘科技大学学报JournalofWuhanTechnicalUniversityofSurveyingandMapping.23No.1Vol March1998 多波束测深数据的误差分析与处理 朱庆李德仁 (武汉测绘科技大学地理信息系统研究中心,武汉市珞喻路129号,430079) 摘要在系统分析多波束测深数据的误差来源与性质的基础上,介绍了条带式多波束测深仪所采用的误差处理的理论模型。针对海洋测量的特点,特别强调了基于趋势面分析的粗差探测与剔除和相邻条带数据的整体拼接以及对航向误差的改正等关键问题。本文介绍的误差处理模型对保证多波束测深系统必要的精度和数据质量有着重要的实际意义。 关键词多波束测深仪;误差处理;粗差;条带拼接;航向改正分类号P207;P22911 近年来,要,量设备,效率,(又称高精)作为高效率、高精度和高分辨率的一种船载海底地形测绘设备受到了普遍的重视[1]。多波束条带测深系统在向海底发射一次声波的过程中,能获得两侧一个条带上许多点的海深数据,一般测得的水深数据为沿航向、宽是深度3倍左右的一个条带,并且相邻条带之间有一定的重叠,即获得海区全覆盖海底地形。利用条带测深设备获得的深度数据以及相关的船舶定位和姿态等信息,便可以绘出高分辨率高精度的海底地形图。 多波束条带测深系统最终给出的是以海平面为参考,以海深为参数的海底地形图。由于船舶的运动,加上海平面经常受到潮汐和气象条件的影响而时涨时落,还有鱼和水草等反回的假回声等复杂原因,最后所得海区地形资料的精度不仅依赖于各种先进的硬件设备,还依赖于完备的辅助数据和先进的数据处理技术。 海底地形测量不同于一般地面测量。在海上,测量工作必须在不断运动着的海面上进行,因此就某点而言,无法进行重复观测,而其连续观测的结果总是对应着与原观测点接近但又不同点的观测数据,所以不存在平差问题。要提高海底地形测绘的精度,只有分析各种因素,对水深观测结果进行改正。由于影响测深数据质量和精度的主要因素是仪器误差和外界环境因素,而仪器误差一般收稿日期:1996211225. ,所以测绘精度的关键主要取决于对诸如由于鱼和水草等反回的假回声(即粗差)和由于舰船偏航及各项系统误差改正的残差造成的条带扭曲等误差的处理。对于粗差,传统方法需在野外或在测深记录的解释中增加额外的工作以消除其影响或者打印出受大于一定输入阈值滤波影响的断面点来探测粗差,或者直接绘出等深线图形再通过目视检查凭经验确定[2,5]。这种方法显然不适宜于大规模快速测量数据的自动化处理。为了得到覆盖全海区的海深数据,须将相邻条带之间的数据拼接起来。通过条带拼接也可
多波束测深系统优势
多波束测深系统优势： 多波束测深系统，是一种多传感器的复杂组合系统，是现代信号处理技术、高性能计算机技术、高分辨显示技术、高精度导航定位技术、数字化传感器技术及其他相关高新技术等多种技术的高度集成。最初的设计构想就是为了提高海底地形测量效率。与传统的单波束测深系统每次测量只能获得测量船垂直下方一个海底测量深度值相比，多波束探测能获得一个条带覆盖区域内多个测量点的海底深度值，实现了从“点—线”测量到“线—面”测量的跨越，其技术进步的意义十分突出。因此多波束测深系统正日益受到海道测量同行的认可，并在实际生产中发挥着越来越重要的作用。 与单波束回声测深仪相比，多波束测深系统具有测量范围大、测量速度快、精度和效率高的优点，它把测深技术从点、线扩展到面,并进一步发展到立体测深和自动成图，特别适合进行大面积的海底地形探测。这种多波束测深系统使海底探测经历了一个革命性的变化，深刻地改变了海洋学领域的调查研究方式及最终成果的质量。 正因为多波束条带测深仪与其它测深方法相比具有很多无可比拟的优点，仅仅近20多年时间，世界各国便开发出了多种型号的多波束测深系列产品。20世纪60年代初开始，相继研制了几种类型的多波束测深系统，最大工作深度200～12000米，横向覆盖宽度可达深度的3倍以上。多波束测深系统同综合卫星定位系统配合，由计算机实时处理标绘等深线图，是70年代末以来海道测量工作的一个突破。时至今日，各个国家生产的多波束又更新换代，横向覆盖宽度可达深度的6倍，波束角可达140°，分辨率可达1cm。 因我国的高精度的水下多波束测量系统正处于研发阶段，尚未有成熟的国产系统，故只能采用进口仪器。 应用领域： 广泛应用于江河、湖泊、沿海水下地形的测量;河道疏浚及港口、码头、桥梁工程的测量；并在沉船、水下物体打捞搜寻方面有着良好的应用，在国家基础经济建设中发挥着越来越重要的作用。 总之，多波束测深系统在水下地形测量中的应用将会日益普及。 综上所述，为了快速准确地提供高精度的江河及沿海水下地形、地貌等资料，满足沿海地区的开发、利用的需要，建议购买多波束测深系统。
《多波束测深系统测量技术要求》编制说明09-12-24
《多波束测深系统测量技术要求》送审稿 编制说明 一、编制理由 随着科学技术的发展，测深技术发生了质的飞跃，从单波束线的测深发展到多波束面的测深。无论是测深精度还是工作效率都得到了一定的提高。因此多波束测深系统已广泛应用于全覆盖水深测量作业，在港口航道测量中发挥着重要作用。 目前用于沿海港口、航道水深测量的规范是《海道测量规范》（GB 12327-1998），它主要是针对单波束水深测量的，而利用多波束测深系统进行全覆盖水深测量以及对其测量数据的处理、检验等作业技术要求规范中并没有提到。这两种手段测量水深其技术要求是有些区别的，所以不能完全参照单波束水深测量的技术要求，原因主要表现在以下几个方面： 1、计划线的步设不一样：单波束水深测量垂直于等深线的总方向，而多波束水深测量是平行于等深线的总方向； 2、测量模式不一样：单波束是线测量，而多波束是全覆盖测量； 3、记录模式不一样：单波束测深仪有模拟记录和数字记录两种，而多波束只有数字记录一种； 4、仪器设备安装、校准不一样：多波束水深测量涉及的设备多，其系统安装、校准要求高； 6、质量控制要求不一样：对外业数据采集质量要求高。 为了规范多波束测深系统的测量作业，提高测量成果的质量，有必要制定多波束测深系统外业测量和后处理的技术要求。 二、编制经过
2003年开始，交通部海事局组织上海海事局编写《多波束测深系统测量技术规定》。2004年，《多波束测深系统测量技术规定》列入交通部行业标准制定计划。编写组听取了海事测绘系统内专家以及行业内相关单位的征求意见，修改了《多波束扫测系统测量技术规定》，并将其更名为《多波束测深系统测量技术规定》。2008年根据交通运输部海事局要求，再次修改《多波束测深系统测量技术规定》，同时根据其内容更名为《多波束测深系统测量技术要求》，于2009年5月上报交通运输部海事局。 三、主要技术说明 《多波束测深系统测量技术要求》对采用多波束测深系统进行水深测量的范围、引用标准、术语、系统配置要求、总则、测量实施、数据处理、资料检验和上交资料等具体要求作出了明确的规定。 （一）“范围”一章规定了多波束测深系统的适用范围。 目前用于港口航道测量的多波束测深系统都是浅水多波束测深系统（一般工作频率不小于95Khz，测深范围小于600米的系统）。对于深水多波束测深系统由于技术要求不等同于浅水多波束测深系统，所以不适用本技术要求。 本标准只适用于沿海港口、航道测量，水运工程测量只可以参照执行。沿海港口、航道测量执行的国家标准是《海道测量规范》（GB 12327-1998），水运工程测量执行的是《水运工程测量规范》（JTJ203-2001），这两种标准在测量精度等方面存在着冲突，为了不引起误会，所以本标准制定的技术要求是针对沿海港口、航道测量的。由于仪器验收以及处理软件对水深的评估都是依据《STANDARDS FOR HYDROGRAPHIC SUEVEYS》（IHO-S44）（《国际海道测量规范》），为了与国际接轨，本标准要求多波束测深系统的测量精度采用国际标准IHO-S44（见表1），其特等测量精度高
Hypack多波束数据内业处理说明书
多波束内业处理用户手册 V1.32016年12月
目录 1.处理流程 (1) 2.数据处理 (2) 2.1.数据准备 (2) 2.1.1.多波束数据准备 (2) 2.1.2.潮位数据编辑 (3) 2.1.3.声速剖面数据编辑 (4) 2.2.数据处理 (5) 2.2.1.新建项目 (5) 2.2.2.数据编辑 (6) 2.3.水深成果输出 (11) 2.4.安装偏差校准 (12) 3.数据抽稀处理 (15) 3.1.网格排序 (15) 3.1.1.准备数据 (15) 3.1.2.抽稀处理 (15) 3.2.水深点压缩 (18) 3.2.1.准备数据 (18) 3.2.2.抽稀处理 (18) 4.3D建模 (20) 4.1.TIN模型 (20) 4.1.1.准备数据 (20) 4.1.2.建模 (20) 附录 (22) 附录A背景TIF文件生成 (22) A.1Cloud点云工具生成tif (22) A.2TIN模型工具生成tif (24) 附录B xyz数据文件合并 (26)
1.处理流程 Hypack多波束数据处理是一个简单而繁琐的过程，从初始数据到最终的产品，我们所需要经历的流程大致如图1.1所示。 图1.1多波束处理流程图
2.数据处理 2.1.数据准备 2.1.1.多波束数据准备 多波束外业采集程序较多，不同程序会将外业数据保存为不同的数据格式，采用hypack软件进行多波束数据处理前，需将外业采集的数据转换为hypack 的HSX格式数据。至于转换工具，请联系外业软件的供应商提供，其中hypack 也自带数据转换的小程序hsxconverter，支持将一些常见的数据格式转换为HSX 格式。 如图2.1所示为hypack2016转换小程序的软件界面。 图2.1hsxconverter转换程序窗口 其中，程序支持多种常见的数据格式，如图2.2所示为hypack2016里所支
多种格式多波束数据统一转换
多种格式多波束数据统一转换 1概述 多波束测深系统是一种具有高精度、高效率和高分辨率等优点的海底地形测量新技术[1] 。目前使用的多波束测深系统大都采用国外较为成熟的产品，由于多波束测深系统的种类繁多，如ELAC公司的Seabeam系列、SIMRAD公司的EM系列等均有广泛应用，其输出的数据格式也不同，而且与之对应的数据采集及数据处理的第三方处理软件多种多样。为了便于多波束的数据处理，统一数据格式是一项很重要的工作。 2多波束数据格式 多波束数据的格式种类繁多，如UNB、GSF、ALL、XTF、RDF 等。下面对这几种常用的多波束数据格式作简要介绍。 2.1 UNB 数据格式 UNB( University of New Brunswick )数据格式是加拿大 New Brunswick 大学设计的一种多波束数据外部交换格式，该格式可以提供较为完整的原始采集数据信息用于多波束的数据处理。UNB数据格式文件的设计基本包含了所有关于海底测深的所有相关信息，如时间、经纬度、声速剖面、船的参数等[5] 。 2.2 GSF 数据格式 GSF(Generic Sensor Format )数据格式是按照通用数据格式制定的一种数据交换格式，这种格式标准着重于多波束数据，同时也包含单波
束数据。该格式可以存储不同格式的多波束数据，以及在此基础上进行扩展等。 2.3 ALL 数据格式 ALL数据格式是SIMRAD公司的EM系列的多波束测深系统采用的数据存储格式，由于EM系列多波束测深系统占有的市场份额较大，ALL数据格式的应用也很广泛。ALL格式数据可以根据需要改变数据包的大小，数据文件中记录的信息也很全面，如导航信息、测深、海底振幅数据记录、船姿记录等[2，4] 。 2.4XTF 数据格式 XTF ( eXtended Triton Format)数据格式也是一种常用的多波 束数据格式，该格式数据包含许多不同类型的声纳、导航、遥测和水深信息，并且在将来需要添加新的数据类型时，很容易对该数据格式进行扩展。 2.5RDF 数据格式 RDF( Raw Data File )数据格式是GeoSwath系统采集的原始数据格式，以二进制方式编码。RDF文件由一个288字节的文 件头和一些Ping 字段组成。文件头中包含数据采集的基本信息，Ping 数据字段存储各传感器采集的数据和原始字符串等信息。 3MBF数据格式 为了统一多波束数据格式，便于后续数据处理工作，文章定义了一种新的多波束数据格式―― MBF( Multibeam Data Standard Format )格式。