Sonic 2024多波束水下地形扫测应用实例
水下地形测量内容(一)
水下地形测量内容(一)水下地形测量内容介绍•水下地形测量是指对水下地形进行测量和研究的过程。
•水下地形测量常用于海洋学、地质学、地理学等领域的研究和应用。
测量工具和技术•水下地形测量主要依赖于以下工具和技术：–声纳测深仪（sonar）•使用声波进行测量的一种工具。
•通过发送声波脉冲并记录反射回来的声波来测量水下地形的深度。
–激光测距仪（laser rangefinder）•使用激光束进行测量的一种工具。
•通过测量激光束从仪器到水下地形的反射时间，并结合仪器的位置信息，计算出水下地形的深度。
–卫星测高仪（satellite altimeter）•使用卫星进行测量的一种技术。
•通过测量卫星与水面之间的距离，可以推断出水下地形的高度。
测量应用•水下地形测量在以下领域有着广泛的应用：–海洋地质研究•可以帮助了解海洋地壳的结构和演化过程。
•可以探测到海底火山、地震断层等重要的地质现象。
–海洋生态环境保护•可以评估水下地形的变化对生态系统的影响。
•可以帮助选择合适的海洋保护区域。
–海洋资源勘探•可以探测到海底沉积物、矿藏等资源。
•可以为资源勘探提供重要的地质信息。
–航海安全•可以提供准确的水下地形数据，帮助船舶规避障碍物。
•可以对水下障碍物进行监测和预警。
发展趋势•随着技术的发展和创新，水下地形测量的质量和效率会进一步提高。
•未来可能出现更多高精度、自动化的测量工具和技术。
•水下地形测量在深海、极地等特殊环境下的应用也将得到拓展。
结论•水下地形测量是一项重要而复杂的任务，需要依赖于先进的工具和技术。
•通过水下地形测量，我们可以更好地了解海洋环境、保护生态系统和开发海洋资源。
•随着技术的进步，水下地形测量的应用前景将会越来越广阔。
多波束em2040参数
多波束em2040参数
EM 2040多波束声纳是一种专业的海洋地质调查设备，常用于
海洋地质、地形测量、海底地质调查等领域。
它具有多个参数，包
括但不限于以下几个方面：
1. 频率范围，EM 2040多波束声纳的频率范围通常在200kHz
至400kHz之间，这个范围内的声波能够在海洋环境中获得较好的穿
透和分辨能力。
2. 多波束覆盖范围，EM 2040能够提供高分辨率的多波束覆盖，通常包括多达512个波束，这使得它能够对海底进行高精度的成像
和测量。
3. 声纳角度范围，EM 2040的声纳角度范围通常在120度至
150度之间，这意味着它能够覆盖相对宽广的海底区域，提供全方
位的地形信息。
4. 测深范围，EM 2040声纳的测深范围通常在几米至数百米之间，具有较大的测深范围，能够适用于不同深度的海域调查。
5. 数据输出格式，EM 2040多波束声纳通常能够输出多种格式
的数据，包括原始回波数据、成像数据以及地形数据，便于用户进
行后续的数据处理和分析。
总的来说，EM 2040多波束声纳具有较宽的频率范围、高分辨
率的多波束覆盖、广泛的声纳角度范围、大范围的测深能力以及多
样化的数据输出格式，适用于海洋地质调查和地形测量等应用领域。
相控阵超声扇形扫描技术在海底管道焊缝检测中的应用
海底管线是海洋油气田内部设施连接和油气资源外输的重要设施。
海底管线处于风浪、海流、腐蚀等恶劣服役环境中，易产生各类缺陷。
近年来，自动超声波检测技术在海底管线检测中得到了广泛的应用，其高检测能力、高效、环保等优势在海底管线铺设过程中得到了充分的体现。
检测人员依据标准要求，基于扇形检测技术开发了相控阵超声扇形扫描工艺，验证了工艺的重复性和可靠性，通过评定不同阈值的POD(检出率)值，确定了最佳缺陷评定基准，实现了相控阵超声扇形扫描技术在海底管线项目中的成功应用。
01相控阵超声扫描技术特点常规全自动超声(AUT)检测技术采用分区法，将焊缝沿壁厚方向分成若干区域，如根部区、钝边区、热焊区以及填充区等，分区高度为1~3mm，每个分区设置独立的反射体，使用独立的检测波束对每分区分别进行扫描，以A扫描-双门带状图的形式显示（焊缝分区，波束配置及图像显示见图1）。
图1 带状图及AUT检测波束配置示意相控阵超声扇形扫描技术是将一对相控阵探头对称布置于焊缝两侧，每个探头可同时激发一组或多组不同角度范围的超声波束实现对焊缝检测区域的扫描，以A扫描、B扫描、C扫描及扇形扫描的方式显示；相控阵超声扇形扫描技术波束配置及图像显示如图2所示。
图2 相控阵超声扇形扫描技术波束配置及图像显示示意相比于传统分区法AUT检测技术，相控阵超声扇形扫描技术具有以下优势：① 使用一个角度范围覆盖检测区域，提供更多的检测角度；② 焊缝每侧探头发射的超声波波束覆盖整个焊缝区域，可得到更多的检测数据；③ 分区法轨道安装精度要求±1mm，扇形扫查安装精度可允许±3mm内，扫查器安装效率更高；④ 调试方法简便，调试效率高；⑤ 可使用便携检测系统，满足不同施工环境的检测需求，检测成本更低。
02相控阵超声扇形扫描工艺设计检测工艺相控阵超声扇形扫描工艺是基于相控阵检测系统，两个相控阵探头对称布置于焊缝两侧，设置一组波束覆盖焊缝内外表面及填充区域，设置第二组波束覆盖根部区域，焊缝两侧采用相同的波束设置，采用机械扫查方式，实现焊缝检测的过程。
不同海底地形下海洋信道对水声通信的影响
第３６卷第５期哈㊀尔㊀滨㊀工㊀程㊀大㊀学㊀学㊀报Ｖｏｌ．３６ɴ．５２０１５年５月ＪｏｕｒｎａｌｏｆＨａｒｂｉｎＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙＭａｙ２０１５不同海底地形下海洋信道对水声通信的影响孙宗鑫１，２，于洋２，周锋１，２，刘凇佐１，２，乔钢１，２（１．哈尔滨工程大学水声技术重点实验室，黑龙江哈尔滨１５０００１；２．哈尔滨工程大学水声工程学院，黑龙江哈尔滨１５０００１）摘㊀要：海底反射是形成多径干扰的主要因素之一，针对由海底引起的水声通信的多径干扰问题，利用信号多径比（ＳＭＲ）来描述浅海平坦海底㊁倾斜海底以及深海平坦海底３种不同的海底地形对水声通信的影响㊂利用真实测量的信道冲击响应数据分析阿拉伯海西北部典型海底地形下的ＳＭＲ㊂最后对直接序列扩频（ＤＳＳＳ）系统在３种地形信道下的表现进行仿真研究㊂对实验信号的分析表明，平坦浅海海底信道具有最严重的多径衰落，是３种信道中最恶劣的，深海信道次之，倾斜海底信道条件较好，直扩信号在倾斜海底信道条件下误码率最低㊂关键词：水声通信；海洋信道；海底地形；信号多径比ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００６⁃７０４３．２０１３１１０８９网络出版地址：ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｃｎｋｉ．ｎｅｔ／ｋｃｍｓ／ｄｅｔａｉｌ／２３．１３９０．Ｕ．２０１５０４１４．１６３１．０１５．ｈｔｍｌ中图分类号：ＴＮ９１１．７㊀文献标志码：Ａ㊀文章编号：１００６⁃７０４３（２０１５）０５⁃０６２８⁃０５ＴｈｅｉｍｐａｃｔｏｆｔｈｅｃｈａｎｎｅｌｓｔｏｕｎｄｅｒｗａｔｅｒａｃｏｕｓｔｉｃｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓｗｉｔｈｄｉｆｆｅｒｅｎｔｓｅａｂｅｄｔｏｐｏｇｒａｐｈｉｅｓＳＵＮＺｏｎｇｘｉｎ１，２，ＹＵＹａｎｇ２，ＺＨＯＵＦｅｎｇ１，２，ＬＩＵＳｏｎｇｚｕｏ１，２，ＱＩＡＯＧａｎｇ１，２（１．ＡｃｏｕｓｔｉｃＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙ，ＨａｒｂｉｎＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｈａｒｂｉｎ１５０００１，Ｃｈｉｎａ；２．ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＵｎｄｅｒｗａｔｅｒＡｃｏｕｓｔｉｃＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＨａｒｂｉｎＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｈａｒｂｉｎ１５０００１，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｓｅａｂｅｄｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎｉｓｏｎｅｏｆｔｈｅｍａｉｎｆａｃｔｏｒｓｏｆｔｈｅｍｕｌｔｉｐａｔｈｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅｉｎｕｎｄｅｒｗａｔｅｒａｃｏｕｓｔｉｃｃｏｍｍｕｎｉ⁃ｃａｔｉｏｎ．Ｗｉｔｈｔｈｉｓｐｒｏｂｌｅｍ，ｓｉｇｎａｌｔｏｍｕｌｔｉｐａｔｈｒａｔｉｏ（ＳＭＲ）ｉｓｄｅｆｉｎｅｄｔｏｄｅｓｃｒｉｂｅｔｈｅｓｅａｂｅｄｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ．Ｔｈｒｅｅｋｉｎｄｓｏｆｓｅａｂｅｄａｒｅｍｅｎｔｉｏｎｅｄｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ：ｆｌａｔｓｅａｂｅｄｉｎｓｈａｌｌｏｗｗａｔｅｒ，ｓｌｏｐｉｎｇｓｅａｂｅｄ，ａｎｄｆｌａｔｓｅａｂｅｄｉｎｄｅｅｐｓｅａ．ＳｉｇｎａｌｔｏＭｕｌｔｉｐａｔｈＲａｔｉｏｏｆｔｈｅｔｙｐｉｃａｌｓｅａｂｅｄｉｓａｎａｌｙｚｅｄｗｉｔｈｔｈｅｒｅａｌｓｅａａｃｏｕｓｔｉｃｃｈａｎｎｅｌｉｍｐｕｌｓｅｒｅ⁃ｓｐｏｎｓｅ，ｗｈｉｃｈａｒｅａｃｑｕｉｒｅｄｆｒｏｍｔｈｅｎｏｒｔｈｗｅｓｔｏｆＡｒａｂｉａＳｅａ．Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｓｔｕｄｙｉｓｉｎｐｒｏｇｒｅｓｓｏｎｔｈｅｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆｄｉｒｅｃｔｓｅｑｕｅｎｃｅｓｐｒｅａｄｓｐｅｃｔｒｕｍ（ＤＳＳＳ）ｓｙｓｔｅｍｉｎｔｈｅｔｈｒｅｅｋｉｎｄｓｏｆｓｅａｂｅｄｃｈａｎｎｅｌ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｏｆｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｄａｔａａｎａｌｙｓｉｓｓｈｏｗｓｔｈａｔｔｈｅａｃｏｕｓｔｉｃｃｈａｎｎｅｌｏｆｆｌａｔｓｅａｂｅｄｉｎｓｈａｌｌｏｗｗａｔｅｒｈａｓｔｈｅｍｏｓｔｓｅｒｉｏｕｓｍｕｌｔｉｐａｔｈｆａｄｉｎｇ，ｃｈａｎ⁃ｎｅｌｒｅｓｐｏｎｓｅｉｎｄｅｅｐｓｅａｉｓｂｅｔｔｅｒｔｈａｎｔｈｅｏｎｅｉｎｔｈｅｓｈａｌｌｏｗｗａｔｅｒａｎｄｓｌｏｐｉｎｇｓｅａｂｅｄｃｈａｎｎｅｌｒｅｓｐｏｎｓｅｉｓｔｈｅｂｅｓｔｉｎｔｈｅｔｈｒｅｅｓｅａｂｅｄｔｙｐｅｓ．ＴｈｅＤＳＳＳｓｙｓｔｅｍｈａｓｔｈｅｌｏｗｅｓｔｂｉｔｅｒｒｏｒｒａｔｅｉｎｓｌｏｐｉｎｇｓｅａｂｅｄｃｈａｎｎｅｌ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｕｎｄｅｒｗａｔｅｒａｃｏｕｓｔｉｃｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ；ｏｃｅａｎａｃｏｕｓｔｉｃｃｈａｎｎｅｌ；ｓｅａｂｅｄｔｏｐｏｇｒａｐｈｙ；ｓｉｇｎａｌｔｏｍｕｌｔｉｐａｔｈｒａｔｉｏ收稿日期：２０１３⁃１１⁃２５．网络出版时间：２０１５⁃０４⁃１４．基金项目：国家自然科学基金重点项目（６１４３１００４）；国家自然科学基金青年基金资助项目（６１４０１１１４）；水声技术重点实验室基金资助项目（９１４０Ｃ２００８０４１４０Ｃ２０００１）．作者简介：孙宗鑫（１９８０⁃），男，讲师，博士．通信作者：孙宗鑫，Ｅ⁃ｍａｉｌ：ｓｕｎｚｏｎｇｘｉｎ＠ｈｒｂｅｕ．ｅｄｕ．ｃｎ．㊀㊀按照射线声学理论，水声信道冲击响应是声线传输的总体描述方式㊂近年来，高速率扩频水声通信技术成为国内热门研究领域［１⁃６］㊂对浅海温暖水域水声信道特性的研究也逐渐为解决多径干扰问题提供了理论依据㊂文献［７］将信息调制在Ｍ元和码相位上，提高了扩频通信的速率㊂文献［８］利用基追踪方法对稀疏信道进行了研究㊂文献［９］对湍流浅水水声信道进行了研究，并且考虑信道的时变性㊂文献［１０］对沿海地区的声表面波对水声通信的影响进行了研究，展示了其对精确的信道估计算法的影响㊂文献［１１］则更具挑战性地分析了具有剧烈时变特性和非高斯环境噪声的温暖浅水水声信道特性㊂文献［１２］则阐述了浅海中表面波和随机海洋介质对信号特性的影响，并讨论了由信道特性带来的信号幅度和相位的变化㊂文献［１３］利用ＭＰ算法估计信道的冲击响应，克服了时反信道的ＩＳＩ，使误码率大幅降低㊂文献［１４］利用导频迭代更新的方式对水声通信信道进行均衡，得到了较好的效果㊂在各种水声信道中，海底的散射无疑是形成多径干扰的重要因素，对信号检测㊁信息传输㊁时间测量等有非常大的影响㊂文献［１５］通过零相关窗信号测量水声信道，抑制了各多径之间的互相干扰，使信道冲击响应更加准确㊂为了研究不同的海底地形对水声通信的影响，本文首先分析了水声信道多径信道模型，给出了信号多径比［１６］（ｓｉｇｎａｌｔｏｍｕｌｔｉｐａｔｈｒａｔｉｏ，ＳＭＲ）定义；然后针对实际测量得到的阿拉伯海西北部３种典型海底地形的海洋信道冲激响应，分析了不同海底地形的ＳＭＲ特性；最后以ＳＭＲ作为标准对直扩信号（ＤＳＳＳ）在信道中的表现进行了分析㊂１㊀信号多径比时变水声信道可以用以下模型表示：ｈ（τ，ｔ）＝ðＰｉ＝１ｈｉ（ｔ）δ（τ－τｉ（ｔ））（１）式中：ｈｉ（ｔ）和τｉ（ｔ）分别是第ｉ条路径的增益和时延㊂对于无线电通信来说，只有路径增益是时变的，时延是时不变的；而对于水声信道来说，路径时延和路径增益都是随着时间变化的，并且，信道中各声线的时延τｉ（ｔ）＝τｉ－ａｔ，ａ是多普勒因子㊂式（１）表明，水声信道响应为信道内所有可能的声路径的叠加，并且可以用各条声线的信道增益和传播时延描述，其中确定主路径有２种准则：信道增益最大和信道延迟最小㊂对于扩频通信，一般使用信道增益最大准则，并且在一定的检测窗口范围内搜索其他路径，进行合并㊂在水声信道中，由于声速受海水温度㊁压力和盐度的影响，在深度方向上变化剧烈，到达接收点的声线可能经过高声速区，所以多径信号可能在直达信号之前到达，也可能在直达信号之后到达，这里用非最小相位系统来描述水声信道多径特性，此时，第ｉ条多径信号可以表示为Ｓｉ＝αｉｅ－ｊ２πｆτｉ（２）式中：τｉ表示多径信号相对于主径的时延，αｉ表示多径的幅度㊂在ＤＳＳＳ系统中，Ｔｓ为符号时长，信息被调制到以Ｔｓ为周期的扩频序列上㊂接收机按照主路径的节拍在长度为Ｔｓ的检测窗口范围内解码㊂当Ｔｓ大于信道的最大多径扩展τｍ时，各多径落在时间窗口范围内信号包含两部分：当前符号的多径和前一符号的多径㊂如果信道较为复杂，存在τｉȡＴｓ或τｉ＜０的情况，即存在大于符号长度的多径扩展或者存在主路径之前到达接收点的多径信号的情况㊂此时，落在检测窗Ｔｓ内的多径信号除了当前符号和前一符号的多径之外，还包含其他符号ｋ，ｋ＋１的多径能量的一部分，如图１所示，这些多径是造成干扰的主要原因㊂图１㊀多径信号干扰Ｆｉｇ．１㊀Ｍｕｌｔｉｐａｔｈｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ㊀㊀综上，认为检测窗口Ｔｓ内包含２种状态的多径㊂文献［１６］将这两种多径定义为自多径和互多径㊂自多径即图１中落在Ｔｓ－τｉ中的多径信号能量，互多径为落在τｉ中的前一符号的能量和落在Ｔｓ内所有信道延迟在（０，Ｔｓ）范围之外的路径的能量㊂自多径是落在检测窗内的当前符号，和主径信号叠加后，形成稳定的信号，可以利用Ｒａｋｅ接收机将其合并到主径信号上，并最终决定了解调后基带信号的相位和包络，定义该部分为有用信号能量Ｓ㊂互多径为落在检测窗内的其他符号的多径，属于多径干扰，其能量为Ｍ㊂文献［１６］还定义了信号多径比（ｓｉｇｎａｌｔｏｍｕｌｔｉｐａｔｈｒａｔｉｏ，ＳＭＲ）：ＳＭＲ＝ＳＭ（３）其中，可以在检测中被利用的有用信号的能量即有用信号Ｓ可以表示为Ｓ＝ðｒｉ＝１１－τｉＴｓæèçöø÷Ｓｉ（４）式中：ｒ代表了在检测窗时间Ｔｓ内信号的数目㊂互多径干扰的能量为Ｍ＝ðｒｉ＝２τｉＴｓＳｉ＋ð¥ｉ＝ｒ＋１Ｓｉ（５）式中：ðｒｉ＝２τｉＴｓＳｉ表示时延τｉ＜Ｔｓ的情况，ð¥ｉ＝ｒ＋１Ｓｉ表示τｉȡＴｓ或τｉ＜０的情况㊂ＳＭＲ的定义为确定Ｒａｋｅ接收机多径合并准则提供了依据㊂对于不同的检测窗长度，多径信号可能落在窗内被Ｒａｋｅ接收机合并至主路径，成为有用信号的一部分，也可能落在检测窗外，成为互多径干扰，影响信号的解调㊂关键在于检测窗的长度和信道多径结构的配合㊂利用式（３）计算信道ＳＭＲ，能够对扩频通信符号时长和调制形式的设计提供参考，还能够通过ＳＭＲ预测系统性能㊂对于相移键控调制来说，无错误传输的ＳＭＲ最低要求为ＳＭＲ＞１ｔａｎ（３６０ʎ２υ）（６）式中：υ代表调制相位数目㊂２㊀海洋信道分析对实测不同海底条件下的海洋信道冲击响应的ＳＭＲ进行研究㊂１号信道位于巴基斯坦城市敖马拉附近，发射换能器和接收换能器的位置分别为北纬２５ʎ１０ᶄ，东经６４ʎ４２ᶄ，和北纬２４ʎ５９ᶄ，东经６４ʎ４１．９ᶄ㊂发射点和接收点之间水平距离为２０．４ｋｍ，试验水域水深从１０ｍ逐渐变化到７２２ｍ，是一个典型的倾斜海底信道，其信道冲激响应如图２（ａ）㊂２号信道为平坦海底深海环境的信道冲激响应，如图２（ｂ）所示㊂发射换能器位置为北纬２３ʎ５３．９ᶄ，东经６１ʎ５９．７ᶄ，接收换能器位置为北纬２３ʎ４０ᶄ，东经６１ʎ５８．１ᶄ㊂实验水域平均水深３４００ｍ，收发换能器水平距离为２５ｋｍ㊂３号信道为平坦海底浅海信道㊂发射换能器位于北纬２４ʎ３２．９ᶄ，东经６６ʎ４５ᶄ，接收换能器位于北纬２４ʎ２６．９ᶄ，东经６６ʎ４８．７ᶄ㊂收发换能器水平距离１２．７ｋｍ㊂实验水域平均水深为１２０ｍ左右，信道冲击响应如图２（ｃ）所示㊂㊃９２６㊃第５期㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀孙宗鑫，等：不同海底地形下海洋信道对水声通信的影响从图２所示的３种实测的水声信道冲击响应可以看出，由于海底地形的不同，接收信号中海底散射信号在时间和幅度上均有很大差别㊂可以看到，平坦海底的冲击响应模型有明显的分簇，簇与簇之间的时间间隔随时间推移增加而加大，深海和浅海都有这样的特点；深海和浅海的区别仅在于信号在海面和海底反射间隔之间的扩展损失㊂而倾斜海底则没有这种规律，其原因是由于倾斜海底对反射信号方向的改变，信道更像是一种楔形的非等深介质㊂（ａ）倾斜海底信道（ｂ）平坦海底深海信道（ｃ）平坦海底浅海信道图２㊀３种不同海底类型的水声信道冲击响应Ｆｉｇ．２㊀Ｉｍｐｕｌｓｅｒｅｓｐｏｎｓｅｉｎ３ｔｙｐｅｓｏｆｃｈａｎｎｅｌｓｗｉｔｈ㊀㊀ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｓｅａｂｅｄｔｏｐｏｇｒａｐｈｉｅｓ㊀㊀浅海信道冲激响应在时间上较为集中，由于水深较小，信号能量集中于水层，各多径信号信道增益较大，如果扩频符号长度较小，符号时长Ｔｓ较短，这些信号将被认为是互多径干扰，对主径信号的解调带来较大的影响㊂深海平坦海底信道，由于信号各簇之间的时延较大，传播损失导致多径信号的信道增益随时延逐渐降低，在能量上对主径信号影响不如浅海信道大；但是由于深海信道多径时间扩展较大，这些多径扩展全部落在检测窗口Ｔｓ之外，成为其他扩频符号的互多径干扰㊂而倾斜海底信道不论是信道增益还是信道延迟，只要检测窗口合适，多径信号大部分为自多径，和主径叠加后增加了信号的能量㊂图３为３种实测信道的ＳＭＲ，以不同的时间比例显示㊂可以看到，随着符号时长的增加，ＳＭＲ也随之增加，这说明更长的积分时间使更多的多径信号由互多径干扰变成自多径，提高了有用信号Ｓ的能量，同时也降低了互多径干扰㊂在足够长的观测时间内，倾斜海底的ＳＭＲ最高，其次是扁平浅海海底，最后是深海海底㊂倾斜海底的信道多径归一化幅值较小，多径持续时间只有几十毫秒，平坦海底的信道多径归一化幅值较大，多径持续时间达到了２００ｍｓ左右㊂深海平坦海底的信道冲击响应虽然幅度随时间延续而逐渐变小，但是由于其多径扩展时间过长，有时甚至达到几十秒，所以在连续数据传输时，有更多的互多径干扰进入检测窗，造成干扰㊂所以，ＳＭＲ是衡量多径衰落程度的一个重要指标，ＳＭＲ越低，多径对通信的影响就越大㊂（ａ）符号时长１ｍｓ １０ｓ（ｂ）符号时长１０ １００ｓ图３㊀３种海底地形的ＳＭＲＦｉｇ．３㊀ＣｈａｎｎｅｌＳＭＲｉｎ３ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｓｅａｂｅｄｔｏｐｏｇｒａｐｈｉｅｓ㊀㊀要达到无错误传输，就需要尽量把所有可以利用的声线都包括在检测窗中㊂对于一定的信道冲击响应结构，这样做最直接的影响是降低通信速率㊂而ＳＭＲ提供了一个选择检测窗长度的标准㊂例如在式（６）中，ＱＰＳＫ调制的无错误传输所需的最低ＳＭＲ为１，所以，在上述３种不同海底地形的信道㊃０３６㊃哈㊀尔㊀滨㊀工㊀程㊀大㊀学㊀学㊀报㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀第３６卷中，倾斜海底信道需要２２ｍｓ的检测窗，浅海平坦海底信道需要３０３ｍｓ的检测窗，而深海平坦海底信道则需要１４ｓ的检测窗㊂３㊀３种海底地形信道中的ＤＳＳＳ信号下面研究３种海底条件对ＤＳＳＳ通信性能的影响㊂在特定的信道冲击响应下，不同的检测窗长度对应不同的ＳＭＲ，同样的通信参数在不同的信道中有不同的表现，通过通信的误比特率（ｂｉｔｅｒｒｏｒｒａｔｅ，ＢＥＲ）来说明信道对系统性能的影响㊂利用实测的信道来进行通信解码仿真分析㊂信道冲击响应来自阿拉伯海北部海域的实测信道，如图２所示㊂这里，接收机采样率为４８ｋＨｚ，ＤＳＳＳ信号带宽４ １０ｋＨｚ㊂解调时首先对信道进行估计，然后按照不同的检测窗对多径信号进行分类，将自多径信号与主径信号进行合并，最后将再进行解扩和解码㊂（ａ）Ｔｓ＝３．５ｍｓ（ｂ）Ｔｓ＝１５．５ｍｓ（ｃ）Ｔｓ＝６３．５ｍｓ（ｄ）Ｔｓ＝１２７．５ｍｓ（ｅ）Ｔｓ＝２００ｍｓ图４㊀不同检测窗长度ＤＳＳＳ系统性能Ｆｉｇ．４㊀ＤＳＳＳｓｙｓｔｅｍｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｗｉｔｈｄｉｆｆｅｒｅｎｔ㊀㊀㊀㊀ｄｅｔｅｃｔｉｏｎｚｏｎｅｓ㊀㊀图４中，用加性高斯白噪声信道（ＡＷＧＮ）作为参考，信道中仅有噪声干扰，多径干扰是０，可以认为ＡＷＧＮ信道中的ＳＭＲ为无穷大㊂图４（ａ）－（ｄ）中，在检测窗长度一定的情况下，倾斜海底信道的性能最好，深海平底信道的性能优于浅海平底信道，对应于ＳＭＲ的值㊂在图４（ｅ）中可以看到，当检测窗长度为２００ｍｓ时，浅海信道的性能略优于深海平坦海底信道，这是由于浅海平底信道最大信道延迟小于２００ｍｓ，如图２（ｃ）所示，检测窗已经能够将所有路径的能量都包含进来，而对于深海平底信道，如图２（ｂ）所示，检测窗为２００ｍｓ时仅包括第一簇路径，其他路径在检测窗外，成为互多径干扰㊂㊀㊀对于平底浅海信道，检测窗长度较小的时候，由于信道中存在大量的互多径干扰，致使ＳＭＲ过低，ＤＳＳＳ系统已经不能收敛㊂随着检测窗长度增加，更多的多径信号被当做自多径来处理，ＳＭＲ逐渐增大，ＤＳＳＳ系统的抗多径能力也随之提高，趋向于ＡＷＧＮ信道㊂㊀㊀ＳＭＲ的重要意义在于平衡通信速率和误码率，从而确定扩频通信参数㊂为了更直观的比较几种不同海底地形信道和不同扩频码长条件下的表现，本文通过比较达到１０－３的误比特率所需要的ＳＮＲ来说明不同海底地形对ＤＳＳＳ系统性能的影响，如图５所示㊂㊀㊀图５直观的表现了在几种不同海底地形信道下，ＤＳＳＳ系统在不同的检测窗长度下的表现㊂可以看出，在同等检测窗长度条件下，要达到１０－３的㊃１３６㊃第５期㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀孙宗鑫，等：不同海底地形下海洋信道对水声通信的影响ＢＥＲ，倾斜海底信道需要的信噪比最低，是深海信道，平底浅海信道由于海底反射致使信道中存在较高能量的多径㊂当检测窗缩短以后，更多的多径信号被限定在检测窗外，成为互多径干扰，降低了ＳＭＲ，所以底浅海信道在短检测窗下ＢＥＲ已经不能达到１０－３了㊂图５㊀实测信道１０－３ＢＥＲ需要的ＳＮＲＦｉｇ．５㊀ＴｈｅＳＮＲｎｅｅｄｅｄｂｙｔｈｅＢＥＲｏｆ１０－３ｉｎｒｅａｌｃｈａｎｎｅｌ４㊀结束语本文根据实测的阿拉伯海西北部海域的水声信道冲击响应数据，对３种不同海底地形信道对扩频信号的影响进行了仿真分析㊂利用ＳＭＲ描述多径信号的影响，ＳＭＲ较大时系统的抗多径干扰能力强，能够达到较低的ＢＥＲ㊂不同海底地型影响了信道的冲击响应结构，也影响了通信系统的ＳＭＲ㊂通过对比和比较，可以得到这样的结论，浅海平坦海底使信道产生最严重的多径衰落，是３种信道中最恶劣的；深海平底信道的ＳＭＲ适中，对于猝发扩频通信影响较小，当通信数据量较大时成为互多径干扰，使ＳＭＲ降低；倾斜海底信道由于海底地形的原因一部分海底反射无法到达接收点，其多径信号的时延较短且幅度较小，拥有较大的ＳＭＲ㊂参考文献：［１］ＳＴＯＪＡＮＯＶＩＣＭ，ＰＲＥＩＳＩＧＪ．Ｕｎｄｅｒｗａｔｅｒａｃｏｕｓｔｉｃｃｏｍｍｕｎｉ⁃ｃａｔｉｏｎｃｈａｎｎｅｌｓ：ｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎｍｏｄｅｌｓａｎｄｓｔａｔｉｓｔｉｃａｌｃｈａｒａｃｔｅｒ⁃ｉｚａｔｉｏｎ［Ｊ］．ＣｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓＭａｇａｚｉｎｅ，２００９，４７（１）：８４⁃８９．［２］ＫＩＬＦＯＹＬＥＤＢ，ＢＳＧＧＥＲＲＯＥＲＡＢ．Ｔｈｅｓｔａｔｅｏｆｔｈｅａｒｔｉｎｕｎｄｅｒｗａｔｅｒａｃｏｕｓｔｉｃｔｅｌｅｍｅｔｒｙ［Ｊ］．ＩＥＥＥＪｏｕｒｎａｌｏｆＯｃｅａｎ⁃ｉｃＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２０００，２５（１）：４⁃２７．［３］于洋，周锋，乔钢．Ｍ元码元移位键控扩频水声通信［Ｊ］．物理学报，２０１２，２３：２８７⁃２９３．ＹＵＹａｎｇ，ＺＨＯＵＦｅｎｇ，ＱＩＡＯＧａｎｇ．Ｍ⁃ａｒｙｃｏｄｅｋｅｙｉｎｇｓｐｒｅａｄｓｐｅｃｔｒｕｍｕｎｄｅｒｗａｔｅｒａｃｏｕｓｔｉｃｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ［Ｊ］．ＡｃｔａＰｈｙｓＳｉｎ，２０１２，２３：２８７⁃２９３．［４］何成兵，黄建国，韩晶，等．循环移位扩频水声通信［Ｊ］．物理学报，２００９，１２：８３７９⁃８３８５．ＨＥＣｈｅｎｇｂｉｎｇ，ＨＵＡＮＧＪｉａｎｇｕｏ，ＨＡＮＪｉｎｇ，ｅｔａｌ．Ｃｙｃｌｉｃｓｈｉｆｔｋｅｙｉｎｇｓｐｒｅａｄｓｐｅｃｔｒｕｍｕｎｄｅｒｗａｔｅｒａｃｏｕｓｔｉｃｃｏｍｍｕｎｉ⁃ｃａｔｉｏｎ［Ｊ］．ＡｃｔａＰｈｙｓＳｉｎ，２００９，１２：８３７９⁃８３８５．［５］殷敬伟，惠俊英，王逸林．Ｍ元混沌扩频多通道Ｐａｔｔｅｒｎ时延差编码水声通信［Ｊ］．物理学报，２００７，１０：５９１５⁃５９２１．ＹＩＮＪｉｎｇｗｅｉ，ＨＵＩＪｕｎｙｉｎｇ，ＷＡＮＧＹｉｌｉｎ，ｅｔａｌ．Ｍａｒｙｃｈａ⁃ｏｔｉｃｓｐｒｅａｄｓｐｅｃｔｒｕｍｐａｔｔｅｒｎｔｉｍｅｄｅｌａｙｓｈｉｆｔｃｏｄｉｎｇｓｃｈｅｍｅｆｏｒｍｕｌｔｉｃｈａｎｎｅｌｕｎｄｅｒｗａｔｅｒａｃｏｕｓｔｉｃｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ［Ｊ］．ＡｃｔａＰｈｙｓＳｉｎ，２００７，１０：５９１５⁃５９２１．［６］ＣＨＩＴＲＥＭ，ＳＨＡＨＡＢＵＤＥＥＮＳ，ＳＴＯＪＡＮＶＯＩＣＭ．Ｕｎｄｅｒ⁃ｗａｔｅｒａｃｏｕｓｔｉｃｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓａｎｄｎｅｔｗｏｒｋｉｎｇ：ｒｅｃｅｎｔａｄ⁃ｖａｎｃｅｓａｎｄｆｕｔｕｒｅｃｈａｌｌｅｎｇｅｓ［Ｊ］．ＭａｒｉｎｅＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＳｏｃｉｅｔｙＪｏｕｒｎａｌ，２００８，４２（１）：１０３⁃１１６［７］ＳＵＮＺｏｎｇｘｉｎ，ＱＩＡＯＧａｎｇ．Ｍａｒｙｃｏｄｅｓｈｉｆｔｋｅｙｉｎｇｄｉｒｅｃｔｓｅｑｕｅｎｃｅｓｐｒｅａｄｓｐｅｃｔｒｕｍｗｉｔｈｇｏｌｄｓｅｑｕｅｎｃｅｕｓｉｎｇｉｎｕｎ⁃ｄｅｒｗａｔｅｒａｃｏｕｓｔｉｃｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ［Ｃ］／／ＴｈｅＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＣｏｎｆｅｒｅｎｃｅｏｎＵｎｄｅｒｗａｔｅｒＮｅｔｗｏｒｋｓａｎｄＳｙｓｔｅｍｓ．Ｒｏｍｅ，Ｉｔ⁃ａｌｙ，２０１４．［８］尹艳玲，乔钢，刘凇佐，等．基于基追踪去噪的水声正交频分复用稀疏信道估计［Ｊ］．物理学报，２０１５，６４（６）：０６４３０１０１⁃０６４３０１０８．ＹＩＮＹａｎｌｉｎｇ，ＱＩＡＯＧａｎｇ，ＬＩＵＳｏｎｇｚｕｏ，ｅｔａｌ．Ｓｐａｒｓｅｃｈａｎ⁃ｎｅｌｅｓｔｉｍａｔｉｏｎｏｆｕｎｄｅｒｗａｔｅｒａｃｏｕｓｔｉｃｏｒｔｈｏｇｏｎａｌｆｒｅｑｕｅｎｃｙｄｉ⁃ｖｉｓｉｏｎｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇｂａｓｅｄｏｎｂａｓｉｓｐｕｒｓｕｉｔｄｅｎｏｉｓｉｎｇ［Ｊ］．ＡｃｔａＰｈｙｓＳｉｎ，２０１５，６４（６）：０６４３０１０１⁃０６４３０１０８．［９］ＢＪＥＲＲＵＮＮＣ，ＬＵＴＺＥＮＲ．Ｓｔｏｃｈａｓｔｉｃｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｆａｃｏｕｓ⁃ｔｉｃｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｉｎｔｕｒｂｕｌｅｎｔｓｈａｌｌｏｗｗａｔｅｒ［Ｊ］．ＩＥＥＥＪｏｕｒ⁃ｎａｌｏｆＯｃｅａｎｉｃＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２０００，２５（４）：５２３⁃５３２．［１０］ＰＲＥＩＳＩＧＪＣ，ＤＥＡＮＥＧＢ．Ｓｕｒｆａｃｅｗａｖｅｆｏｃｕｓｉｎｇａｎｄａ⁃ｃｏｕｓｔｉｃｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓｉｎｔｈｅｓｕｒｆｚｏｎｅ［Ｊ］．ＪＡｃｏｕｓｔＳｏｃＡｍ，２００４，１１６（４）：２０６７⁃２０８０．［１１］ＣＨＩＴＲＥＭ．Ａｈｉｇｈ⁃ｆｒｅｑｕｅｎｃｙｗａｒｍｓｈａｌｌｏｗｗａｔｅｒａｃｏｕｓｔｉｃｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓｃｈａｎｎｅｌｍｏｄｅｌａｎｄｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓ［Ｊ］．ＪＡｃｏｕｓｔＳｏｃＡｍ，２００７，１２２（５）：２５８０⁃２５８６．［１２］ＹＡＮＧＴＣ．Ｔｅｍｐｏｒａｌｃｏｈｅｒｅｎｃｅｏｆａｃｏｕｓｔｉｃｒａｙｓａｎｄｍｏｄｅｓｕｓｉｎｇｔｈｅｐａｔｈｉｎｔｅｇｒａｌａｐｐｒｏａｃｈ［Ｊ］．ＪＡｃｏｕｓｔＳｏｃＡｍ，２０１２，１３１（６）：４４５０⁃４４６０．［１３］尹艳玲，乔钢，刘凇佐．基于虚拟时间反转镜的水声ＯＦＤＭ信道均衡［Ｊ］．通信学报，２０１５，３６（１）：２０１５０１１０１⁃２０１５０１１１０．ＹＩＮＹａｎｌｉｎｇ，ＱＩＡＯＧａｎｇ，ＬＩＵＳｏｎｇｚｕｏ．Ｕｎｄｅｒｗａｔｅｒａ⁃ｃｏｕｓｔｉｃＯＦＤＭｃｈａｎｎｅｌｅｑｕａｌｉｚａｔｉｏｎｂａｓｅｄｏｎｖｉｒｔｕａｌｔｉｍｅｒｅｖｅｒｓａｌｍｉｒｒｏｒ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｎＣｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ，２０１５，３６（１）：２０１５０１１０１⁃２０１５０１１１０．［１４］ＳＵＮＺｏｎｇｘｉｎ，ＷＡＮＧＷｅｉ，ＷＡＮＧＹｕｅ，ｅｔａｌ．Ｐｉｌｏｔｓｕｐ⁃ｄａｔｉｎｇｃｈａｎｎｅｌｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎｂａｓｅｏｎｕｎｄｅｒｗａｔｅｒＭＩＭＯ⁃ＯＦＤＭ［Ｃ］／／ＡｐｐｌｉｅｄＭｅｃｈａｎｉｃｓ，ＭｅｃｈａｔｒｏｎｉｃｓＡｕｔｏｍａｔｉｏｎ＆ＳｙｓｔｅｍＳｉｍｕｌａｔｉｏｎ．Ｓｈｅｎｙａｎｇ，Ｃｈｉｎａ，２０１２：１７６１⁃１７６７．［１５］孙宗鑫，于洋，周锋，等．二进制偏移载波调制的零相关窗水声同步技术研究［Ｊ］．物理学报，２０１４，６３（１０）：１０４３０１０１⁃１０４３０１１０．ＳＵＮＺｏｎｇｘｉｎ，ＹＵＹａｎｇ，ＺＨＯＵＦｅｎｇ，ｅｔａｌ．Ｕｎｄｅｒｗａｔｅｒａｃｏｕｓｔｉｃｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚａｔｉｏｎｔｅｌｅｍｅｔｒｙｒｅｓｅａｒｃｈｂａｓｅｄｏｎｂｉｎａｒｙｏｆｆｓｅｔｃａｒｒｉｅｒｍｏｄｕｌａｔｅｄｓｉｇｎａｌｗｉｔｈｚｅｒｏｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎｗｉｎｄｏｗ［Ｊ］．ＡｃｔａＰｈｙｓＳｉｎ，２０１４，６３（１０）：１０４３０１０１⁃１０４３０１１０．［１６］ＺＩＥＬＩＮＳＫＩＡ，ＹＯＯＮＹＨ，ＷＵＬＸ．Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅａｎａｌｙｓｉｓｏｆｄｉｇｉｔａｌａｃｏｕｓｔｉｃｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｉｎａｓｈａｌｌｏｗｗａｔｅｒｃｈａｎ⁃ｎｅｌ［Ｊ］．ＩＥＥＥＯｃｅａｎＥｎｇ，１９９５，２０（４）：２９３⁃２９９．㊃２３６㊃哈㊀尔㊀滨㊀工㊀程㊀大㊀学㊀学㊀报㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀第３６卷不同海底地形下海洋信道对水声通信的影响作者：孙宗鑫， 于洋， 周锋， 刘凇佐， 乔钢， SUN Zongxin， YU Yang， ZHOU Feng， LIU Songzuo， QIAO Gang作者单位：孙宗鑫,周锋,刘凇佐,乔钢,SUN Zongxin,ZHOU Feng,LIU Songzuo,QIAO Gang(哈尔滨工程大学 水声技术重点实验室，黑龙江 哈尔滨150001; 哈尔滨工程大学 水声工程学院，黑龙江哈尔滨150001)， 于洋,YU Yang(哈尔滨工程大学 水声工程学院,黑龙江 哈尔滨,150001)刊名：哈尔滨工程大学学报英文刊名：Journal of Harbin Engineering University年，卷(期)：2015(5)引用本文格式：孙宗鑫.于洋.周锋.刘凇佐.乔钢.SUN Zongxin.YU Yang.ZHOU Feng.LIU Songzuo.QIAO Gang不同海底地形下海洋信道对水声通信的影响[期刊论文]-哈尔滨工程大学学报 2015(5)。
多波束地形测量实验报告(3篇)
第1篇一、实验目的本次实验旨在通过多波束测深系统，对特定水域进行地形测量，验证多波束测深技术的应用效果，掌握多波束测深数据处理方法，提高对水下地形测量工作的认识。
二、实验背景多波束测深技术是一种高效、精确的水下地形测量方法，广泛应用于海洋、湖泊、水库等水域的地形测量。
与传统测深技术相比，多波束测深技术具有覆盖范围广、数据精度高、效率高等优点。
三、实验器材1. 多波束测深系统：Reson T20-P系统2. 数据采集设备：笔记本电脑、数据采集卡3. 辅助设备：声速剖面仪、姿态传感器、GPS定位系统4. 测量船：搭载多波束测深系统的测量船四、实验步骤1. 实验准备（1）检查多波束测深系统设备是否正常工作，包括声学系统、数据采集系统、辅助设备等。
（2）根据实验区域的水深、宽度等因素，设定合适的测线间隔和覆盖宽度。
（3）启动测量船，确保GPS定位系统正常工作。
2. 数据采集（1）启动多波束测深系统，进行声学系统校准。
（2）根据设定的测线间隔和覆盖宽度，规划测线，控制测量船按照规划路径进行测量。
（3）在测量过程中，实时监控多波束测深系统数据采集情况，确保数据采集质量。
3. 数据处理（1）将采集到的数据传输至笔记本电脑，使用数据处理软件进行数据预处理。
（2）进行声速剖面修正，提高测量精度。
（3）利用数据处理软件，生成海底地形图。
五、实验结果与分析1. 海底地形图根据多波束测深数据处理结果，生成海底地形图。
从地形图可以看出，实验区域海底地形起伏较大，存在多个浅滩和深水区。
2. 数据精度分析通过对实验区域部分已知点进行对比，验证多波束测深数据的精度。
结果表明，多波束测深数据的精度较高，满足水下地形测量的要求。
3. 实验结论（1）多波束测深技术能够高效、精确地测量水下地形，适用于各种水域的地形测量。
（2）多波束测深数据处理方法能够有效提高测量精度，为海底地形研究提供可靠数据。
（3）本次实验验证了多波束测深技术在特定水域的应用效果，为后续水下地形测量工作提供了有益参考。
2024版(参考资料)MIKE21
水库调度与运行管理
通过MIKE21模拟水库调度过程，优化水库运行方案，提高水资源 利用效率。
水资源保护规划
基于MIKE21的水质模拟功能，制定水资源保护规划，提出水环境 治理和保护措施。
18
生态环境保护应用案例
2024/1/26
生态需水评估
利用MIKE21评估河流、湖泊等水域的生态需水量，保障生态系统 健康运行。
水生态修复规划
结合MIKE21的模拟结果，制定水生态修复规划，提出生态补水、 水生生物恢复等措施。
水环境容量核定
通过MIKE21计算水域的水环境容量，为污染物总量控制提供依据， 促进水环境改善。
19
床沙质泥沙
床沙质泥沙的输运通过床面变形和推移质运动来 描述。
泥沙浓度分布
模型能够模拟泥沙浓度在垂向上的分布，以及其 对水流和河床的影响。
2024/1/26
9
水质模型
2024/1/26
对流扩散方程
01
MIKE21水质模型基于对流扩散方程描述污染物的输运过程。
源汇项处理
02
模型能够考虑点源和面源污染物的输入，以及污染物的衰减和
2024/1/26
监测模型的运行状态，及时 处理运行过程中出现的问题 和异常；
对模拟结果进行后处理和可 视化展示，以便更好地分析 和理解模拟结果。
15
04
CATALOGUE
MIKE21在水利工程中应用案例
2024/1/26
16
防洪减灾应用案例
1 2
洪水模拟与预测 利用MIKE21进行洪水演进模拟，预测洪峰流量、 水位和淹没范围，为防洪决策提供科学依据。
无人船搭载多波束对水下地形的测量
无人船搭载多波束对水下地形的测量摘要：现阶段，无人船搭载多波束测量设施在水下地形测量和绘制领域得到了大范围的应用和普及，这在很大程度上缓解了传统的测量模式效率低下、受地形和环境限制影响等缺陷。
本文首先阐述了无人船设备的应用背景，介绍了其作业模式，并对实施过程和数据处理进行了分析，最后探讨了无人船搭载多波束的特点和优势。
关键词：无人船；多波束；水下地形；测量传统的水下地形测量方法通常是在载人船只上安装上单波束的探测设备，在经过GNSS定位系统的处理来获得某一区域的具体三维坐标。
但载人船只尺寸较大，吃水程度较高，因此很难接近岸边和浅滩地区；而皮划艇尽管具备吃水程度较低且灵活机动的优点，但抗风险能力较弱，在水流湍急的地区很容易发生危险，这就会使水下地形的探测区域受限制。
无人船搭载技术的引入可以有效开展包括内河、码头、近海、水库等浅水区域的测量工作，同时还具备及时搜救和紧急测量绘图等功能，解决了传统的测量模式下工作效率低下、受限制要素较多等缺陷。
一．无人船搭载测量技术的应用背景无人船搭载测量技术已经被大范围地使用于地形勘察、紧急测量绘制等多个领域，其工作效率和精确度符合实际工作中测量的需求。
作为近段时间才新兴的水下信息采集的自动化测量方式，无人船测量技术可以分别搭载多波束、水质仪、侧扫声纳等设备，并按照预定的观测范围，沿着测线进行长距离走航式测量。
无人船测量技术在是水下调查测量、海洋救助救援和水上环境探测等多个领域都发挥着不可忽视的作用。
二．无人船搭载多波束的作业模式无人船测量技术是依靠无人船只作为载体，以河道、湖泊、海岸、水库等为主要观测对象，利用高精度的信号接收设备来进行地理方位的确定，并依赖远距离遥控操作的方式，动态获得观测区域的水下地貌、地形和水质等信息参数。
无人船测量技术通常由远距离无人船测量系统和岸边控制系统两部分构成，远距离无人船测量系统通常由动力设备、电源、多波束探测仪器、陀螺仪、定位设备、船体控制系统、ADCP和信息传输系统等部分组成，而岸边控制系统则主要通过交互的方式进行信息数据的传送、加工、处理和分析，以远程遥控的方式控制着无人测量船只的自动或手动测线绘制，并帮助无人测量船只完成自动返航，之后再对所收集到的数据信息进行处理和图像产出。
浅水海域 多波束测绘案例
浅水海域多波束测绘案例浅水海域多波束测绘是一种用于获取浅水海域地形和水深信息的技术。
通过使用多个声纳波束，可以同时获取多个方向上的水深数据，从而提高测绘效率和准确性。
下面是一些浅水海域多波束测绘案例：1. 中国南海某海域多波束测绘项目该项目旨在获取中国南海某海域的地形和水深信息，为海洋资源开发和海上交通提供准确的地理数据。
通过多波束测绘技术，可以高效地获取大面积海域的水深数据，为海洋科研和经济发展提供支持。
2. 北海某港口航道多波束测绘为了确保北海某港口的航道安全，进行了多波束测绘项目。
该项目通过多波束声纳系统获取航道的水深和地形信息，为船舶导航和港口管理提供准确的数据支持。
3. 阿拉斯加沿岸浅水地区多波束测绘在阿拉斯加沿岸的浅水地区，进行了多波束测绘项目，以获取该地区复杂地形和水深信息。
通过多波束测绘技术，可以更好地了解该地区的海洋环境，为渔业和海洋保护提供科学依据。
4. 澳大利亚大堡礁海域多波束测绘澳大利亚大堡礁是世界上最大的珊瑚礁生态系统，为了保护和管理该海域，进行了多波束测绘项目。
通过多波束测绘技术，可以获取大堡礁海域的地形和水深信息，为生态保护和旅游开发提供数据支持。
5. 挪威峡湾地区多波束测绘挪威峡湾地区地势复杂，水深变化大，为了确保航行安全和海洋资源开发，进行了多波束测绘项目。
通过多波束测绘技术，可以获取峡湾地区的地形和水深信息，为船舶导航和海洋工程提供准确的数据。
6. 日本东海多波束测绘项目日本位于环太平洋地震带，地势复杂，海域多为浅水地区。
为了防止海啸和地震灾害，进行了东海多波束测绘项目。
通过多波束测绘技术，可以获取东海地区的地形和水深信息，为防灾减灾工作提供科学依据。
7. 加拿大不列颠哥伦比亚省海岸多波束测绘加拿大不列颠哥伦比亚省海岸地形复杂，水深变化大，为了进行海洋资源开发和保护，进行了多波束测绘项目。
通过多波束测绘技术，可以获取海岸线附近海域的地形和水深信息，为海洋管理和保护提供支持。
Seabeam3012全深海多波束测深系统
Seabeam3012全深海多波束测深系统1.概述Seabeam3012是ELAC公司的最新一代深水多波束测深系统。
该系统采用先进的革命性的波束扫描专利技术，可以完全进行艏摇、纵横摇运动补偿。
Seabeam3012是唯一能进行实时全姿态运动补偿的全海洋深度多波束测深系统。
系统工作频率为12kHz，工作水深30－11000m，最大工作速度可达13节。
新的波束扫描技术包括宽覆盖、浅水近场聚焦等特性，使它的性能远超过其它常规扇区扫描发射技术。
Seabeam3012系统能够实时采集测深信息、后向散射数据、侧扫声纳图像等，并以良好的视觉形式将测量结果呈现在操作员面前。
在海底构造研究领域、海地底流研究、海洋资源探测、地球物理探测等具有极高的应用价值。
2.系统结构Seabeam3012全海深多波束测深系统由船底安装发射换能器阵、船底安装接收水听器阵、接线盒、接收、发射控制单元、数据采集工作站以及辅助设备等组成，见下图。
SeaBeam3012多波束主系统结构示意图3. 系统主要技术性能参数表参数指标频率12kHz测量水深范围30~11000m波束个数单条幅：301个（等角模式），497个（等距模式）双条幅：602个（等角模式），994个（等距模式）波束覆盖宽度140︒（自动），150︒（手动）波束发射方式采用波束扫描技术，确保海底脚印平行有序侧扫12位分辩率，最大2000pixel平均脚印分辨率1︒⨯1︒，1︒⨯1.5︒，1︒⨯2︒最大工作船速13节系统工作站Windows操作系统原始数据输出CARIS后处理软件兼容系统的发射速率不小于4Hz，但受来回声程的时间限制。
环境限制Roll：± 10︒；Pitch：± 7︒；Yaw：± 5︒4.SeaBeam3012的物理尺寸参数项目高（mm）宽（mm）深（mm）重量（Kg）水听器阵（1.5︒/1︒）2225496/7680 8921650/2250发射能器阵(1︒)27677401056 3880水听器接线盒60062919120发射换能器接线盒64040913021发射控制机柜1949608858337接收控制机柜1949608858337系统工作站1000500500505.电源要求项目电压/V平均功率/W峰值功率/W接收控制单元220V（50Hz）13003500发射控制单元220V（50Hz）1200系统工作站220V（50Hz）300后处理工作站220V（50Hz）300。
海底地形勘测中的多波束声纳系统设计
海底地形勘测中的多波束声纳系统设计一、前言在现代海底地形勘测中，多波束声纳系统已成为必不可少的工具。
本文将介绍多波束声纳系统的设计原理、流程及其在海底地形勘测中的应用。
二、多波束声纳系统的设计原理多波束声纳系统是一种新型的声学传感器系统，其基本原理是通过向海洋中发射一系列声波，然后利用海水对声波的反射进行海底地形观测。
设计多波束声纳系统需要考虑以下几个方面：1.声波频率的选择在多波束声纳系统设计中，声波频率的选择很关键。
频率越高，声波在海水中的传输速度就越快，同时能够获得更高的分辨率。
但是高频声波的穿透深度相对较浅，不利于获取深海地貌的数据。
因此，一般采用频率在100kHz以下的声波用于大深度海底地形勘测。
2.声源的选取在多波束声纳系统的设计中，声源的选取也非常关键。
声源应该能够产生足够的声功率以避免因功率不足而影响数据准确性。
同时，声源的尺寸也应该尽可能小，以减小对声纳数据的干扰。
3.接收阵列的设置多波束声纳系统的接收阵列一般由多个探头组成，探头的数量和间距大小会影响系统的分辨率和定位精度。
为了获得更高的分辨率和准确性，接收阵列的探头数量应该越多越好，并尽可能均匀地分布在声纳系统的两侧。
三、多波束声纳系统的设计流程多波束声纳系统的设计流程一般包括以下几个步骤：1.确定声学参数：根据所要研究的海底地形区域的具体情况，确定声波频率、声源和接收阵列的位置等参数。
2.模拟设计：利用声学传播模型或数值模拟方法，模拟并评估声纳系统的性能，找出最佳的设计方案。
3.硬件设计：按照确定的声学参数和模拟设计结果，设计声波发射和接收子系统，并完成探头的制作和调试工作。
4.软件设计：多波束声纳系统的信号处理部分包括信号滤波、波束形成、图像处理等，因此需要相应的软件支持。
5.集成测试：将硬件和软件系统整合，进行初步检测和测试，并进行必要的调整和优化工作。
6.验证应用：将系统投入实际应用中，验证其性能，同时不断改进和完善。
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Sonic 2024多波束水下地形扫测应用实例
作者：李玉海 陈兰伟 韩明钦
来源：《科技创新与应用》2015年第14期
摘 要：文章主要介绍了多波束系统的仪器性能指标、多波束系统的安装与校准和后处理
的流程，并通过实例叙述了Sonic 2024多波束系统在水下地形扫测中的应用，有效地说明了多
波束测量在水下地形测量中的优势。
关键词：Sonic 2024；多波束；水下地形扫测
1 概述
多波束测深系统将传统的测深技术从原来的点、线扩展到面，能够对所测水域进行全覆
盖、高精度测量[1，2，3]。Sonic 2024多波束测深系统是目前市场上主流的测深设备，较其他
类型多波束优势在于超高分辨率和准确度，且波束具有导向性[5]。文章结合实际工作中航道
扫测的项目，详述了多波束系统中各传感器的性能指标、多波束系统的安装与校准以及多波束
数据后处理的基本流程，最后通过CARIS HIPS生成水下地形的三维图像。
2 主要仪器性能指标
2.1 多波束测深仪
Sonic 2024是美国R2Sonic公司生产的基于第五代声呐结构的高精度多波束测深仪。工作
频率为200-400kHz（可调），波束宽度为1°×0.5°@400kHz，波束数目为256个，扇形条带开
角为10°-160°，测深最大量程为500m，脉冲宽度为17μS-500μS，功率为191-2211dB，测深分
辨率为1.25cm。
2.2 光纤罗经及姿态传感器设备
法国iXSEA公司生产的OCTANS光纤罗经和运动传感器是世界上唯一经IMO认证的测
量级罗经。它内置有自适应升沉预测滤波器，在任何情况下，均能实时提供精确可靠的运动姿
态数据。OCTANS航向稳定时间小于5min，航向精度为0.1°×Secant纬度，Roll/Pitch动态精度
为0.01°，Heave精度为5cm或5%。
2.3 定位设备
Trimble SPS361型信标机是世界GPS知名公司Trimble的高精度的定位设备，支持接收
MSK信标差分信号，可提供亚米级定位精度，广泛应用于海洋测量、港口工程等各个领域，
水平定位精度优于1米。
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3 多波束安装与校准
3.1 多波束系统安装
多波束换能器采用侧舷安装方法安装于测量船舶的左舷，并以多波束换能器安装杆与海水
面交点作为参考点建立船体坐标系，定义船右舷方向为X轴正方向，船头方向为Y轴正方
向，垂直向下为Z轴正方向[6]，量取各传感器相对于参考点的位置，往返各测量一次，取其
平均值。
3.2 多波束系统校准
多波束系统的校准需要选择具有一定地形特征的合适区域做校准测量，本次选取垂直于航
道的两条测线作为多波束校准的测线。由于Sonic 2024多波束系统具有PPS功能，能够实现
GPS UTC时间和电脑时间的同步，故时间延时（Latency）为0[4]。因此，本次测量仅需进行
横摇、纵摇和艏摇校准。
（1）横摇（Roll）校准。通过海底平坦海区同线同速反向的条带断面测量数据测定横摇
（Roll）偏差数据。
（2）纵摇（Pitch）校准。通过水深变化大的海区同线同速反向的中央波束测量数据测定
纵摇（Pitch）偏差数据。
（3）艏摇（Yaw）校准。通过水深变化大的海区异线（间距为覆盖宽度的2/3的两条测
线）同速同向的边缘波束测量数据测定艏摇（Yaw）偏差数据。
4 数据处理与比对
多波束测量结束后使用CARIS HIPS软件进行水深后处理，后处理顺序为：定位数据检查
-姿态数据检查-声速改正-线模式编辑-潮位改正-合并数据-面模式编辑数据处理等，生成水下地
形三维效果图，如图1所示，使用CARIS GIS软件对水深数据进行抽稀，并按照5mm间隔生
成水深文件*.txt，最后根据项目要求绘制测区1：1000比例尺的水深图。
5 结束语
通过Sonic 2024多波束测深系统水下地形扫测的工程实例，详述了各种传感器的性能指
标、多波束系统的安装与校准和多波束数据处理的基本流程，通过水下地形三维图的生成，较
直观地验证了高精度和高密度的多波束数据可以分辨水下地形地貌的细微结构和变化，这为对
水深测量有较高要求的水下工程以及研究海底地形地貌的变化问题等提供了有力的手段。
参考文献
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[1]赵建虎，刘经南.多波束测深及图像数据处理[M].武汉：武汉大学出版社，2008.
[2]李家彪，等.多波束勘测原理技术与方法[M].北京：海洋出版社，1999.
[3]赵建虎，等.现代海洋测绘[M].武汉：武汉大学出版社，2007.
[4]王闰成.多波束测深系统的安装校准[J].海洋测绘，2003，23（1）.
[5]周兴华，陈永奇，等.长江口航道疏浚的多波束监测[J].海洋测绘，2002，22（6）.
[6]何斌，程绪红.多波束测深系统在扫海工程中的应用[J].港口科技-信息化技术.