多波束原理安装及操作
em2040多波束操作手册
EM2040多波束操作手册一、设备介绍EM2040多波束系统是一款高性能的声纳设备，广泛应用于海洋探测、水下考古、海底地形测绘等领域。
该设备采用先进的波束形成技术，可以实现大范围、高精度的水下探测。
EM2040多波束系统由发射器、接收器、信号处理单元、显示器等部分组成，具有模块化设计，可以根据实际需求进行配置和升级。
二、安装与连接在安装EM2040多波束系统之前，请确保已阅读并理解所有安装指南和安全注意事项。
设备应安装在稳定的工作平台上，确保电源和信号传输线的稳定性。
按照安装手册的步骤进行设备的上架、电缆连接和初始配置。
在完成安装后，务必进行全面的测试以确保设备的正常运行。
三、系统配置在开始使用EM2040多波束系统之前，需要进行一系列的系统配置。
这包括设置系统参数、配置信号处理算法、选择合适的波束模式等。
根据不同的应用需求，用户可以通过用户界面或命令行接口进行系统配置。
建议在熟悉设备性能和操作的前提下进行系统配置，以确保数据的准确性和可靠性。
四、波束调整波束调整是多波束系统中的重要环节，它涉及到波束的方向、宽度和增益等方面的调整。
通过合理的波束调整，可以提高探测精度和覆盖范围。
在进行波束调整时，建议使用标定信号或已知的目标进行测试，以确保调整效果的准确性。
同时，定期进行波束调整可以保持设备的最佳性能状态。
五、数据采集与处理EM2040多波束系统能够实时采集和处理大量水下数据。
数据采集可以通过系统自带的显示器或外部记录设备进行。
数据处理包括信号处理、波束形成、目标检测与跟踪等环节。
通过合理的数据采集与处理，可以得到准确的目标位置、速度和航行参数等信息。
同时，用户可以根据实际需求对数据进行进一步的分析和处理，以提高探测精度和应用效果。
六、故障排除在遇到问题时，首先应查阅用户手册或在线文档以获取解决方案。
如果问题无法解决，建议联系设备制造商的技术支持团队或专业服务提供商以获得帮助和支持。
同时，记录故障现象和解决方案对于今后的故障排除工作也是非常有帮助的。
海底探测技术 第7章 多波束测深系统的工作原理及数据处理分析
发射换能器组成 发射探测波束 海底检测方法 海底覆盖宽度
脚印大小 测点分布 测深精度
适宜工作区
物理多波束 多个换能器阵 数量少（一般 小于5个） 振幅检测
小（一般小于 水深的两倍）
有
物理换能器决 定 精度高
河道测量
电子多波束 一个或二个换能器阵 波束多，一般大于90个
相干声呐 二个换能器阵 球面波无具体波束
海底探测技术
第一章 绪论 第二章 定位导航技术 第三章 声波探测的基本原理 第四章 声学海底探测设备的组成及分类 第五章 单波束测深设备的组成及工作程序 第六章 侧扫声呐工作原理及探测资料分析 第七章 多波束测深系统的工作原理及数据处理分析 第八章 浅地层探测系统的工作原理及资料分析 第九章 综合探测的实施原则及水下声学定位系统
电罗经
测深仪工作频率不同 操作人员较多
各测深仪吃水变化 数据处理繁杂
航向与船首方向不一致
波束角极小 水体声速曲线
物理多波束
测深仪工作频率不同 操作人员较多
水体声速为平均声速
各测深仪吃水变化 数据处理繁杂
航向与船首方向不一致
电子多波束
相干声呐（条带测深系统）
实现在不增加工作量前提下，得到丰富数据的目的
振幅检测+相位检测或仅有 相位检测 振幅检测
仅有振幅检测的小于水深的 可达水深的10倍以 两倍；振幅检测+相位检测 上 小于水深的8倍
有
仅有声呐水平波束
角
正下方测点多边缘波束少 测点可无限但正下 方无准确测点
正下方精度高，边缘精度低 边缘精度低，正下 方无测点，30～50 度角度区精度高
全海深
距水底小于50m地形 相对简单的海区
纵倾
测绘技术中的多波束测量方法介绍
测绘技术中的多波束测量方法介绍测绘是指通过测量和控制地球上各种地物、地貌、地势等信息的科学技术。
随着科技的不断发展和进步，测绘技术也在不断创新和完善。
其中，多波束测量方法是一种在测绘领域被广泛应用的技术手段。
本文将对多波束测量方法进行介绍和探讨。
一、多波束测量的原理和定义多波束测量是一种利用多个波束同时测量地面特征的技术。
波束指的是一束由测量设备发射出的能量。
在传统的测量方法中，只有一个波束，因此只能同时获得一个点的测量数据。
而多波束测量方法利用了多个波束，可以同时获取多个点的测量数据，从而提高了测绘的效率。
多波束测量的原理是利用多个波束同时发射并接收返回的反射波，通过对不同波束的接收信号进行测量和分析，可以得到更多的测量数据和信息。
多个波束的发射和接收可以通过多个测量仪器实现，也可以通过同一个仪器的多个通道实现。
二、多波束测量的应用领域多波束测量方法在测绘领域有广泛的应用。
以下是几个常见的应用领域：1.水文测绘：多波束测量可以用于海洋、湖泊、河流等水域的测量。
通过多波束测量，可以更准确地获取水体的深度、底质的类型以及水下地形的变化，有助于水文研究和水资源管理。
2.地形测量：多波束测量可以用于地形的测量和绘制。
通过多波束测量，可以获取地表的高程信息，帮助制作数字高程模型和地形图，为土地利用和规划提供准确的数据基础。
3.海洋资源勘探：多波束测量可以用于海洋资源的勘探和开发。
通过多波束测量，可以获取海岸线的形状和变化、海底沉积物的分布以及海洋生物的分布等信息，为海洋资源的评估和利用提供数据支持。
4.工程测量：多波束测量可以用于大型工程项目的测量和监测。
通过多波束测量，可以获取工程施工区域的地质信息、地下设施的位置和情况等，有助于工程的设计和施工管理。
三、多波束测量的优势和挑战多波束测量方法相比传统的测量方法具有以下优势：1.提高测绘效率：通过多波束同步测量，可以同时获取多个点的测量数据，大大提高了测绘的效率。
多波束原理安装及操作
生物的 – 海洋生物;一般 <10kHz
普通波动原理 为什么多波束
不正确的水深测量
第一回波量程
不规则海底
深度量程
普通波动原理单波束
测深仪的局限性
窄波束
该窄波束叫做未经稳定的波
束
来自有限面积的回波
普通波动原理单波束
测深仪的局限性
纵摇角度
未经稳定的波束受船舶
运动影响
实际照射的区域
希望照射的区域
d1
S1
d2
d
S2
Sound sources
Line of equidistant locations
普通波动原理
相长干涉位置 2
A
S1
S2
d
A = d x sin
相长干涉 : A/ = 0; 1; 2; 3
or d/ x sin = 0; 1; 2; 3; 4;
相消干涉 : d/ x sin = 0 5; 1 5; 2 5; 3 5;
SeaBat 8111
240kHz
SeaBat 8101
<1dB/km
2 dB/km
5dB/km
30dB/km
20dB/km
70dB/km
455kHz
SeaBat 8125
70dB/km
110dB/km
散射
水中的声波遇到下列物体后发生散射:
水面 水底和陆地
有机颗粒
海洋生物
气泡
温度变化
加强背板
波束形成 – 换能器阵
导电涂层
连接导线
波束形成 – 水听器阵
阵基元
1
2
多波束测深仪的原理与应用
多波束测深仪的原理与应用1. 简介多波束测深仪（Multibeam Echo Sounder）是一种高精度海洋测量设备，主要用于测量海洋底部地形、水深和海洋生物分布等相关数据。
它利用声波的传播速度与接收回波的时间差，来计算出海洋底部的深度与地形。
2. 原理多波束测深仪使用多个声波源和接收器以不同角度发射和接收声波信号。
这些声波信号在水中传播并与海底接触，然后反射回到测深仪的接收器中。
2.1 多波束系统多波束测深仪通过同时发射多个声波束，可以在一个测量周期内获得大量的测量点。
它通常包含一个主波束和多个辅助波束。
主波束用于提供高精度的测量数据，而辅助波束则用于提供高覆盖率的测量数据。
2.2 回波信号处理多波束测深仪接收到的回波信号经过处理后，可以得到海底的深度和地形信息。
常见的回波信号处理算法包括波束形成、回波定位、多普勒处理和回波强度分析等。
3. 应用3.1 海洋测量与地质研究多波束测深仪是海洋测量和地质研究中不可缺少的工具之一。
它可以快速而准确地获取海底地形和水深信息，帮助科学家研究海洋生态系统、海底地震活动和地质构造等。
3.2 水下资源勘查多波束测深仪可以用于水下资源的勘查，例如海底沉积物、矿藏和管道等。
通过分析回波数据，可以确定资源的分布情况和储量，为资源开发提供重要依据。
3.3 海洋工程与航道规划多波束测深仪在海洋工程和航道规划中起着重要作用。
它可以用于海底管线敷设、港口建设和海洋工程施工等方面。
同时，它还可以提供水深数据，帮助航道规划和海图绘制。
3.4 海洋生态保护多波束测深仪可以用于海洋生态环境的保护与监测。
通过测量海底地形和水深等数据，可以了解海洋生态系统的分布和变化情况，为生态环境的保护和管理提供科学依据。
4. 总结多波束测深仪是一种高精度的海洋测量设备，通过多波束系统和回波信号处理，可以获得精确的海底地形和水深信息。
它在海洋测量、水下资源勘查、海洋工程和航道规划以及海洋生态保护等方面有着广泛的应用前景。
多波束天线介绍
一、多波束、劈裂天线3.1.应用场景3.1.1.密集城区场景密集城区优化问题一直是网络优化难点之一，密集城区建站难，深度覆盖不足，个人用户私装放大器，导致网络上行底噪不断抬升，通话质量不断下降。
密集城区场景主要存在以下特点：➢高话务压力：密集城区存在大量移动用户，话务量高，导致基站配置不断增加，网络干扰剧增➢深度覆盖不足：密集城区楼房建设密集，对无线信号的传播影响很大➢基站建设困难成本高：密集城区居民对移动基站比较敏感，建站选址困难。
密集城区楼房建设密集，信号传播损耗大，依靠宏站和分布系统覆盖成本高➢干扰严重：载频多，无线环境复杂，内部干扰严重，而且容易对周边基站造成影响➢针对不同场景问题应用多波束天线可以有效解决以上问题，以下将结合实际案例介绍多波束天线的应用。
通过多波束天线优秀的覆盖特性。
在覆盖上做到精细控制，减少过覆盖、多重信号重叠造成的各种优化困难。
在容量上，以需求为导向，提升网络容量，解决接入困难的问题。
从而提高GSM1800信号在城中村深度覆盖能力，从而实现双频网话务均衡的目标，降低城中村私装直放站对GSM900网络造成的影响，提升用户感知。
3.1.2.高话务场景高话务场景是指在某个网络中，用户比较集中、话务水平高于其他区域的场景，例如校园、车站、机场、广场等。
在这些场景中，由于用户数量庞大，周围的基站建设也比较集中。
无线网络呈现强信号、强干扰、高负荷、高需求的特点。
因为用户多而且相对集中，在很小的范围内需要较多的基站覆盖以保证容量，而过多的基站信号重叠会带来了干扰、频繁切换等问题，同时，控制覆盖的困难导致难以投入更多的载波资源，从而限制了网络容量，造成拥塞、接通问题。
高话务场景的优化一直是大中城市网络优化的难点，处于场景中的客户多数是网络敏感客户，对网络的轻微变化感知明显，容易造成网络投诉，这就要求高话务场景的优化要十分谨慎。
另外，对高话务场景的优化要考虑到频率、小区容量、基站选址等问题，实施扩容看似简单的手段，在这种场景下受到种种限制而难以实施，或实施后产生很大的负作用。
亿点通多波束
亿点通多波束亿点通多波束技术是一种用于无线通信的先进技术，它可以提高通信的容量和覆盖范围，同时减少干扰和传输延迟。
本文将从多波束技术的原理、应用场景和未来发展等方面进行探讨。
一、多波束技术的原理多波束技术是指利用多个天线和信号处理算法来实现更高效的信号传输和接收。
传统的无线通信系统中，通常使用单个天线进行信号的传输和接收。
而多波束技术可以通过同时使用多个天线，将信号分为多个波束进行传输，从而提高信号的传输速率和容量。
多波束技术的实现需要借助于信号处理算法。
在发送端，通过对待发送的信号进行加权和相位调整，可以使信号在不同方向上形成多个波束。
而在接收端，通过对接收到的信号进行解调和合并，可以提取出有效的信号。
这样，多波束技术可以实现对不同方向上的信号进行独立传输和接收。
二、多波束技术的应用场景1.无线通信：多波束技术可以提高无线通信系统的容量和覆盖范围。
通过使用多个波束，可以同时传输多个用户的信号，从而提高系统的容量。
同时，多波束技术还可以根据用户的位置和需求调整波束的方向和形状，提高系统的覆盖范围和信号质量。
2.雷达系统：多波束技术可以提高雷达系统的目标检测和跟踪能力。
传统的雷达系统通常使用单个波束进行目标检测和跟踪，存在目标漏检和误检的问题。
而多波束技术可以同时使用多个波束，提高目标的探测概率和定位精度。
3.卫星通信：多波束技术可以提高卫星通信系统的覆盖能力和传输速率。
传统的卫星通信系统通常使用固定波束进行信号的传输和接收，存在覆盖范围有限和传输速率低的问题。
而多波束技术可以根据用户的位置和需求调整波束的方向和形状，提高系统的覆盖能力和传输速率。
三、多波束技术的未来发展随着无线通信和雷达等领域的不断发展，多波束技术也在不断创新和进化。
未来，多波束技术有望在以下几个方面得到进一步发展：1.更高的传输速率：随着5G和6G等新一代无线通信系统的推出，对传输速率的需求越来越高。
多波束技术可以通过同时使用多个波束，将信号分为多个子载波进行传输，从而提高系统的传输速率。
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：1多波束水下地形测量系统SONIC 2024，包括收/发射换能器、15米数据电缆、声呐接口单元（SIM ）2 Octans-IV 光纤罗经和姿态传感器3 AML Minos X 声速剖面仪4 Micro 表面声速探头，包括15米数据电缆5 GPS 信标接收机 Hemisphere R330 6QINSy 实时数据采集处理和显示软件 7Caris Hips & Sips 数据后处理软件二、连接示意图如下：1OCTANS 罗经和运动传感器接线盒网线GGA声速剖面仪GPSQinsy1PPS+ ZDA数据采集计算机表面声速探头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。
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<1dB/km 5dB/km 20dB/km 70dB/km
2 dB/km 30dB/km 70dB/km 110dB/km
散射
水中的声波遇到下列物体后发生散射: 水面、水底和陆地 有机颗粒 海洋生物 气泡 温度变化 被散射的能量大小是声波传播路径上杂物的大小 、密度和浓度，以及声波频率的函数。
散射
P (w) / P (0) = 1/2 - 3 dB P (w)
指向轴 0
w
P (0)
普通波动原理
矩形孔径换能器的波束指向图
-13 dB 第一旁瓣
A
N a w o r b m a e a h c r e t c a c i t s h t i w l e d i s s e b o
普通声学和多波束声纳 原理
普通声学原理
水中的声速
海洋中各处的声速都可能不一样 取决于三个参数
盐度变 1ppt = 声速约变 1.3 m/s 温度变 1ºC = 声速约变 3 m/s 压力 ：165米深度变化的影响相当于 温度变1ºC
表面声速
Sound velocity (at surface)
吸收
水吸收声能量后转变成热量，单位： dB/km 与水中 MgSO4 和 MgCO3 含量有关 与声波频率有关 与温度有关 与盐度有关 与压力有关 扩展损失和吸收损失值将用于计算TVG 增益曲 线的上升速度
对应不同频率声波的吸收系数
频率 淡水吸收系数 盐水吸收系数
12kHz (SeaBat 8150) 100kHz (SeaBat 8111) 240kHz (SeaBat 8101) 455kHz (SeaBat 8125)
不规则海底
深度量程
普通波动原理-单波束 测深仪的局限性
窄波束
该窄波束叫做未经稳定的波 束
来自有限面积的回波
普通波动原理-单波束 测深仪的局限性
纵摇角度
未经稳定的波束受船舶 运动影响
实际照射的区域
希望照射的区域
普通波动原理-单波束 测深仪的局限性
波束立体角的大小决定了 测深仪的分辨率
固定的波束 立体角
典型海洋声速剖面
声速（米/秒） 表面层 季节性温跃层 永久性温跃层 水深度 （ 米）
深部等温层
传播损失
扩展损失 衰减
•吸收 •散射 •反射
扩展损失
球面扩展
柱面扩展
注意并没有真正的能量损失，只是随着波前面的增大 而能量密度变小。与声波频率无关。一般为30 log DB.
(Figure from Sonar Technology, by Herman W. Volberg)
d2
S1
d
S2
Sound sources
Line of equidistant locations
普通波动原理
相长干涉位置 2
A S1 S2
d
A = d x sin() 相长干涉 : A/ = 0, 1, 2, 3...... or (d/) x sin() = 0, 1, 2, 3, 4, ....etc 相消干涉 : (d/) x sin() = 0.5, 1.5, 2.5, 3.5, ....etc
条带 宽度
普通声纳原理
普通波动原理
点源 声纳方程 单波束测深仪的局限性 波束导向 束控技术 波束形成
普通波动原理
基本换能器单元 球面波 （全向）
点源
普通波动原理
普通波动原理
普通波动原理
水听器 蓝色 = 高压力 白色 = 低压力
波长
测量的压力
距离
振幅
静态水压
1/频率
一部分散射的能量作为回波回到声源处叫做后向 散射。 后向散射一般称为反射。反射分为： 水面反射 水体反射 水底反射
反射
水体反射
鱼 / 水中生物 悬浮固体，气泡，温度变化
水面反射
波浪 / 气泡，与风速有关
水底反射
水底粗糙度 / 沉积物 声波频率
海底吸收
变化幅度为 2 dB – 30 dB
随声波频率、海底类型、入射角变化 随着频率和入射角的增加损失增加
音—通常由螺旋桨造成
流噪音 – 气泡
船体形状和设计影响船体流体特性 改变声纳头到船壳的高度可使影响最小化
环境噪音
水力的 – 波浪，潮汐，流速。与天气有关 地震 – 只有低频系统受影响 交通 – 其他船 生物的 – 海洋生物，一般 <10kHz
普通波动原理- 为什么多波束
不正确的水深测量
第一回波量程
海底的吸收和反射
背景噪音
自身噪音 – 声纳和船体电子和机械操作引起的噪音， 一般可控制 环境噪音 – 其他声源引起，一般不可控制
自身噪音的例子
机械噪音 – 柴油机，齿轮箱，传动轴，螺旋桨及其他
辅助机械
流噪音 -
与速度有关 - 层流和船体情况
电子噪音 – 声纳中的噪音分量 空化 – 与速度有关的由于极低压引起的气泡断裂噪
小深度 小照射面积
面积= 立体角x 深度2
大深度 大照射面积
普通波动原理-单波束 测深仪的局限性
只有未经稳定补偿的单波束 要想得到更窄的波束只能靠加大换能器
面积。这将显著增加费用 要想得到海底的 3 维图非常困难，且 精度较差 对海底填图来说，效率太低.
普通波动原理-多波束
多波束
1560 1540 Velocity (m/sec) 1520 1500 1480 1460 1440 1420 1400 0 5 10 15 20 25 30 35 Temperature (degrees C) 0 ppt 5 ppt 10 ppt 15 ppt 20 ppt 25 ppt 30 ppt 35 ppt
普通波动原理
间隔 /2 的Βιβλιοθήκη 个声源=0相长 最大声
相消 无声
=270
S1 d = /2 S2
=90
相消 无声
=180
相长 最大声
普通波动原理
间距为 /2 的二个声源的波束指向图
=0
=270
S1 S2
=90
相消 无声
=180
普通波动原理
直线阵的波束指向图
主波瓣
旁波瓣
直线阵的轴线 半功率波束宽度
时间
各向同性展开的波
普通波动原理
波峰
波谷 (低压)
压力
距离
普通波动原理
相长相消干涉
相消干涉点 声源 相长干涉点
普通波动原理
相长干涉位置 1
Location equidistant from the two sources d1= d2 => Constructive interference
d1