EM1002型多波束系统换能器的安装

甚 至可能 引起 声波无 法传 播 。 当船 舶航 行时船 体
于船 的龙骨 都会 产 生 扰 动 流 和流 噪 声 ， 们 可在 它 某 个频 率范 围 内分解 出一定 幅度 的流 噪声 。 因而 换 能器 阵不 要安 装 在 这 些 物体 的附 近 ， 不要 靠 更
近 它们 的背 后 。上 面 的 各种 情 况 要 综 合分 析 ， 以 求 得 到一个 最佳 方案 。通 常换 能器 阵安装 位置应
位 置 ， 影响 其 工 作性 能 好 坏 的关键 。如果 安 装 是
在气 泡密 集 区换 能 器将 无 法 正 常 工作 ， 泡 多 少 气 完 全取决 于船 体结 构 和位置 。 海水 近 表面含 有 无 数 由碎 浪 引起 的气 泡 ， 在
大 浪 区上 层 气 泡最 密 集 。气 泡 吸 收 和拆 射 声 波 ，
经 验 ， 个 宽 的平 底 船 ， 向 的上 升 角 小 于 １ 。 一 横 ３ 时 ， 有可 能在换 能器 表 面附着 气泡 。３ 就 ＿ Ｊ 因此换 能器 阵要 安装在 尽 可能深 的地方 和船 体 的 前 面部 分 。对 于 多 数船 舶 而 言 ， 进 时 的螺 推
在换 能 器 阵安装 位 置 附近 ， 体 的 钢板 厚 度 船 必须有 ３ｍ ０ ｍ。先 将 支 撑 托 架 焊 在 船 底 的 钢 板
上， 然后 用螺 栓将换 能 器阵体 固定 到托 架上 ， 最后 用 导流罩 将 换能 器阵罩 起来 。使用 导 流罩 的 目的 在 于减 小噪 声 ， 防止 其 它 物 体 意外 地 拖 挂 在换 能 器 阵体 上 。ｊ ＿
旋 桨是 主要 的噪声 源 。尽管 Ｅ ０ ２工 作在 高端 Ｍ１０
也 确保 了测 点船 体 坐 标 的 归 位计 算 精 度 ， 而多 因 波束 测 深具有 全 覆盖 、 高精 度 、 高密 度和 高效 率 的 特 点 … 。 因此 多 波 束 测 深 系 统 正 日益 受 到 海 道
测 量人员 的青 睐 ， 在 实 际 生 产 和 军事 应 用 测 量 并 中发 挥着 越来 越重 要 的作用 。
的声 纳 频 率 ， 这 个 噪 声 的 存 在 势 必 减 小 但 Ｅ ０ ２的最大作 用 距 离 。 因此换 能 器 阵应 安装 Ｍ１ ０ 在 远离 螺旋 桨 的地方 ， 也就 是说 在船 的前端 ， 于 位 从 螺旋 桨 中心直线 延 伸线 的边上 最佳 。对 于距离
３ 换能 器安装位置的确定
在 船体 前面 部分 ， 船 头 开 始 最 大距 离 等 于船 体 从
长 度 的三分 之一 处 ， 考 图 ２ 参 。
船 头 椎 进 器 位 胃
也 随 即增 加 。图 １ 示船 在海 水 中运动 所产生 紊 表
流层 的原 理 。
图 ２ 换 能器 阵 推 荐 安 装 位 置
如 果船 体有 球 鼻 子 ， 以把 换 能 器 阵 焊 接在 可 它上面， 但必 须充 分考 虑流 场 的变化 ， 通常 安装在
面 以 Ｅ ０２型 多 波束 系统 换 能 器 的 安 装 为 例 ， Ｍ１０ 具体 介绍 多波 束换 能器 固定 安装 在船 底 时位 置 的
选择 以及 换 能器 的测试 。
２ 多波束 系统换能器的安装要求
Ｅ Ｏ ２型换能 器 阵 是 一个 含有 １ ８个 换 能 ＭＩ ０ ２
多波束 测 深 的精 度 由许 多 方 面 的 因 素决 定 ， 除 了应具 有符 合 ＩＯ 精 度 指 标 要 求 的 多 波 束 系 Ｈ 统及 其外 围设 备 外 ， 测 量 过程 中还 必 须 进 行 严 在
时， 换能 器阵 可用标 准 水平 方式 安装 ， 时换 能器 这
初次 安装 后 要 进行 严 格 的校 正 ， 以后 最 好 每 年进行 一 次 ， 执 行 重 大 项 目前 应 进行 必 要 的参 在 数 校 正 。参数 校正 的 目的是 通过 分 析测量 数 据发 现 来 自换 能器 的 横 向 、 向 和 艏 向偏 差 以及 定 位 纵 系统 的时 间延迟 ， 侧 波束 角偏 差 和声 速 剖 面 的 外 误差 ， 以确保 测 量 数 据 的精 度 ｊ 。理 想 的 校 正 区 域是 在 同一个 测 量 海 区既 有 平 坦 的 区域 ， 又有 不 超过 ２ 。 ０ 的斜 坡 ， 斜 坡 测 量 时 在 垂 直 于 航 迹 线 沿 方 向上几 乎没 有 水 深 的 变化 ， 外 最好 有 比较 明 另
不 同于单 波束 测 深 系 统 ， 波 束 测 深 系 统 可 多
在测 量 断面 内形 成 十几 个 至 上 百 个 测 深点 ， 百 几 个 甚 至上 千个 回向散 射 强 度 数 据 ， 而 保 证 了较 从 宽 的扫 幅和较 高 的测点 密度 ； 另一 方 面 ， 采用 较 窄 的波束 、 进 的检测 技术 和精 密 的声线 改正 方法 ， 先
格 的各项 内部 影 响因素 的校 正和 各项外 部 影 响因
器基元 的阵 ， 们 安 装 在一 个 半 圆柱 面 体 上 。这 它 个 阵体 通 过基板 和 托架再 安 装在 船体 底部 。换 能 器 阵安 装方 法取 决 于船 体 的龙 骨 ， 果 船 的 龙 骨 如 高 出换 能器 支撑 架 ， 则支架 可 与龙 骨装 在一 起 ； 如
与 海水摩擦 将 产 生紊 流层 ， 厚 薄 完 全取 决 于船 其 速 和船体 表 面 的光 滑度 。船体 表 面 凹凸物都将 引 起海 流 的扰 动从 而增 加 紊 流 层 的厚 度 ， 流层 内 紊 流 分成层 流 和 扰动 流 。层 流 是 有 序 、 平行 地 随海
流 而流动 的流 ， 而扰 动 流 是杂 乱 无 序 充 满旋 涡 的 流 。随着 海 流从 层 流变 为扰 动流则 紊流 层 的厚 度
器 的正 确 安装 和测 试对 确保 测量 精度 起着 至关 重
要 的作 用 。多 波束 系统 换能 器 的安装 分船 体 的便 携 式安 装 和船底 固定安装 。船体 的便 携式 安装 分 舷 侧安 装 、 船艏 安装 、 船底 安 装 ， 有安 装容 易 、 具 操
作 简便 等优 点 ， 也存 在 易受 振动 和噪 音 的影响 、 但 易 被其 它船 撞击 或 触 底 、 容 易 维 持 多 波 束 校 正 不 结果 等 缺点 。船底 固定安 装 能克服 这些 缺点 。下
【 关键词 】 多 波束 系统 ； 换能器安装 ； 换能器校正 【 关键词 】 Ｐ０ ２
ｏ ｎ Ｔｒ ｎ ｄ ｃ ｒ Ｉ ｔ ｌａ ｉ ｎ ｆ ｒ ＥＭ １ ０ ａ ｓ ｕ ｅ ｎｓａｌ ｔｏ ｏ ２ ０ Ｍ ｕｌｉ— ｂ ａ ｏ ｎｄ ｎｇ Ｓ ｓｅ ｔ — ｅ ｍ Ｓ ｕ ｉ ｙ ｔｍ
图 １ 船 舶 水 下 紊 流 层
球 形 的前 端 是可取 的 ， 具体位 置 见 图 ３ 。
第 １ 董庆 亮、 期 方兆 宝、 潘 乐、 王韶 玉、 宝强 、 刘 陆高锋 ： Ｍ１０ Ｅ ０ ２型 多波束 系统换能 器的安装
５ ３
如 图 ３所 示 ， 当船舶 以 正 常速 度 状 态 下 行 驶
底 部 。在安 装 时 ， 能 器 阵 表 面必 须 伸 出龙 骨 以 换
此外 ， 海水中的气泡在船体上叠加并混合 到
紊 流层 中。在船 体 前 端 的 紊 流层 是 薄 的 ， 随着 但 移 动 到船 体 后 面 ， 流 层 的厚 度 也 随之 而 增 加 。 紊 如果船 体底 部边 沿 是 陡 峭 的 ， 流层 中 内的一 部 紊
正 确 、 理地 选 择 换 能器 阵地 在 船体 底 部 的 合
短 的小 型船 舶 ， 能器 阵可 安装 在龙 骨的旁边 。 换 当船头 有推 进 器工 作 时 ， 进 器 螺 旋 桨产 生 推
的噪声 和气 泡将 会 使 回声声 纳 失 效 ， 因此换 能 器 阵安装 位置 也要远 离船 头 的推进 器 。 伸出船 体 的物 体 如锌 阳极 、 纳换 能器 ， 至 声 甚
董庆亮① 方兆 宝 潘 乐 王韶 玉 刘 宝强 陆高锋
【 摘 要 】 多波束测深系统具有全覆盖 、 高精度 、 分辨率和高效率等 特点 。多波 束系统 的精度取决 于 高
多方面因素 ， 中换 能器 阵的安装位置 、 其 安装 方法都直 接影 响着多 波束测 深精度 。本文 以 Ｅ ０ ２型多波 束 Ｍ１０ 系统换 能器阵的安装和校正为例 ， 阐明 了多波束系统换 能器 的安 装要求 、 安装位 置的选择 以及安装后 的校正 。
第２ ８卷 第 １期
２０ ０ ８年 ０ ３月
测绘 科 学与 工程
Ｇｅ ｍａｉ ｃｅ ｃ ｎ ｇ ｎ ｅ ｉ ｇ ｏ ｔ Ｓ ｉｎ ｅ ａ ｄ Ｅｎ ｉ ｅ ｒｎ ｃ
Ｖｏ ２ ， ｏ １ １ ８ Ｎ ． ．
Ｍａ ． ０ ｒ ２ ０８
Ｅ ２型 多 波束 系统 换 能 器 的安 装 Ｍ１０ ０
下， 使声 波不 会 被 船 体 （ 骨 ） 挡 ， 一 点 非 常 龙 阻 这 重 要 。换 能 器 阵 电缆 通 过 一 根 钢 管 引 到 船 体 内 部， 这根 钢管 的 高度必须 到水 线 以上 ， 最上 端应 在
有 一个 水密 电缆压 板 。
分 气泡 就会 沿着 船体 边缘逃 脱进 入海表 面 。依照
Ｄ ｎ ｉｇ ａ ｇ Ｆ ｎ ｈ ｏ ａ Ｐ ｎＬ Ｗａ ｇＳ ａｙ ＬｕＢ ｏｉｎ Ｌ ａｆ ｇ ｏｇＱ ｎｌ ｎ ａｇＺ ａ ｂｏ ａ ｅ ｉ ｎ ｈ ｏｕ ｉ ａｑａ ｇ ｕＧ ｏｅ ｎ
Ａｂ ｔａ ｔ Ａ ｍｕ ｔ — ｂ ａ ｓ ｕ ｄ ｎ ｙ ｔ ｍ ｓ ｃ ａａ ｔ ｒ ｅ ｔ ｕ ｌｃ ｖ ｒｇ ｓｒ ｃ ｌ ｉ ｅ ｍ ｏ ｎ ｉ ｇ ｓ ｓｅ ｉ ｈ ｒｃｅ ｉ ｄ ｗｉ ｆ ｌ ｏ ｅ ａ ｅ，ｈ ｇ ｃ ｕ ａ ｙ ｅ ｏ ｕ ｉｎ ａ ｄ ｚ ｈ ｉｈ ａ ｃ ｒ ｃ ，ｒ ｓ ｌ ｔ ｎ ｏ ｅ ｃｅ ｃ ．Ｉｓｈ ｇ ｃ ｕ ａ ｙ ｉ ｄ ｒ ｃｌ ｅｅ ｍｉ ｅ ｙ ｓ ｃ ｃ ｏｓａ ｈ ｏ ｉ ｏ ｎ ｔｏ ｆｔｅ ｔａ ｓ ｕ ｅ ｎ ｔｌ ｉ ｆ ｉｎ ｙ ｔ ｉｈ ａ ｃ ｒ ｃ ｉ ｔ ｄ ｔｒ ｎ ｄ ｂ ｕ ｈ ｆ ｔｒ ｓ ｔｅ ｐ ｓｔ ｎ ａ ｄ ｍｅｈ ｄ ｏ ｎ ｄ ｃ ｒ ｓａ— ｓ ｅ ｙ ａ ｉ ｈ ｒ ｉ ｌｔ ｎ ｎ ｔ ｉ ａ ｅ ， ｈ ｅ ｕ ｒ ｍｅ ｔ ， ｏ ｉ ｏ ｅｅ ｔ ｎ ａ ｄ ｐ ｒｍｅ ｅ ａ ｉ ｒｔ ｎ ｆ ｒ ｎ ｔ ｌ ｇ ｍｕ ｔ —ｂ ａ ｓ ｕ ｄ ａ ｉ ．Ｉ ｈ ｓｐ ｐ ｒ ｔ ｅ ｒ ｑ ｉｅ ｎ ｓ ｐ ｓｔ ｎ ｓ ｌｃｉ ｎ ａａ ｔｒｃ ｂ ａ ｉ ｏ ｓａ ｉ ｌ ｏ ｉ ｏ ｌ ｏ ｉ ｌ ｎ ｉ ｅ ｍ ｏ ｎ － ｉ ｇ ｓ ｓｅ ｔ ｎ ｄ ｃ ｒａ ｅ ｄ ｓ ｒ ｅ ｎ ｙ ｔｍ ｒ ｓ ｕ ｅ ｒ ｅ ｃ ｉ ｄ，ｗｉ ａ ｂ ｔ ＥＭ１ ０ ｌ —Ｂ ａ Ｓ ｕ ｄ ｎ ｙ ｔｍ ｒ ｎ ｄ ｃ ｒ ａ ｎ ｅ ａ ｌ ． ｈ ０ ２ Ｍｕ ｔ ｉ ｅ ｍ ｏ ｎ ｉ ｇ Ｓ ｓｅ ｔ ｓ ｕ ｅ ｓ ａ ｘ ｍｐ ｅ ａ