单波束和多波束
多波束与单波束在内河大比例尺水下地形测量的效率及精度分析
多波束与单波束在内河大比例尺水下地形测量的效率及精度分析【摘要】本文以贵港至梧州3000吨级航道交工验收测量项目的内外业成果为基础，对比多波束与单波束在大比例尺内河航道测量时的优势与劣势，为相似的水下地形测量提供参考。
【关键词】多波束；单波束；水下地形测量1概况西江航运干线贵港至梧州3000吨级航道工程位于西江贵港航运枢纽至梧州界首河段，建设规模按通航内河3000吨级船舶标准设计，通航保证率为98%。
本项目的实施是为贵港至梧州3000吨级航道整治工程交工验收提供多波束扫测数据，检测施工后的水深是否满足疏浚水深要求。
验收测量要求使用多波束全覆盖扫测，为对比单波束与多波束在该内河航道的测量优缺点，实际测量时在船上同时安装单波束与多波束设备，按规范要求对两种设备进行检查和校验，并选取三个整治滩段分别使用单波束和多波束测量，进行两者效率的比对。
测区河段多为炸礁、疏浚整治后的河段，小部分天然的河段，水下地形复杂，深度变化大，在此环境下进行多波束与单波束测深技术的效率及精度对比，结果具有一定的代表性。
2单波束和多波束测深系统原理2.1单波束测量原理单波束测深仪工作原理是换能器朝水下发射一定频率的超声波，再接收水底反射的声波，通过两次声波的时间差与测量水域已知的声速，计算出水深数据。
本项目使用的单波束的测量波束角为5°，测深仪在测量时取波束扇面光斑范围内（脚印）的最浅点作为该位置的水深值。
图2-1单波束测深示意图2.2 多波束测量原理多波束测深系统是利用发射换能器阵列向水底发射宽扇区覆盖的声波，利用接收换能器阵列对声波进行窄波束接收，通过发射、接收扇区指向的正交性形成对海底地形的照射脚印，对这些脚印进行恰当的处理，一次探测就能给出与航向垂直的面内上百个甚至更多的海底被测点的水深值，从而能够精确、快速地测出沿航线一定宽度内水下目标的大小、形状和高低变化，描绘水底地形的三维特征。
图2-2多波束测深示意图图2-3单波束与多波束测深效果示意图2.3 单波束系统与多波束系统优劣势简介及设备参数单波束测深仪和多波束测深仪在内河航道测量时各有优缺点，单波束测深仪价格低，携带、安装方便，可适用包括小型船只在内的各种船舶，能在浅水区测量。
多波束形成方法及其实现
多波束形成方法及其实现多波束形成（Multi-beamforming）是一种通过使用多个天线元素来形成多个波束（beam）的技术，以增强无线通信系统的信号质量和容量。
多波束形成可应用于各种无线通信系统，包括无线局域网（WLAN）、移动通信系统（如LTE和5G）以及卫星通信系统等。
本文将介绍多波束形成的基本原理、方法及其实现。
多波束形成的基本原理是通过利用多个天线元素的互相合作来形成多个波束，以提高系统的整体性能。
传统的单波束系统只能向特定方向发送和接收信号，而多波束形成系统可以同时向多个方向发送和接收信号，从而实现更高的信号覆盖范围和通信容量。
1.天线阵列设计：多波束形成需要使用多个天线元素来形成多个波束。
因此，首先需要设计一个合适的天线阵列结构，以满足系统对多个波束的要求。
常见的天线阵列结构有线阵、面阵和体阵等，可以根据具体的应用场景选择合适的结构。
2.信号采集：多波束形成需要对接收到的信号进行采集和处理。
首先，系统需要对每个天线元素接收到的信号进行采集，并将其转换成数字信号。
随后，通过使用AD转换器将模拟信号转换成数字信号，并进行滤波等前处理操作。
4.数据处理：多波束形成系统需要对合成的波束进行数据处理。
首先，系统需要对接收到的信号进行解调和解码，提取出有效的数据信息。
随后，可以对提取出的数据进行误码纠正和信号增强等处理操作，以提高系统的性能。
5. 多用户接入：多波束形成系统通常需要同时支持多个用户的接入。
为了实现多用户接入，系统需要采用多用户的接入技术，如时分多址（Time Division Multiple Access，TDMA）或正交分频多址（Orthogonal Frequency Division Multiple Access，OFDMA）等。
通过使用这些技术，系统可以在同一时间和频率资源上同时支持多个用户的通信。
需要注意的是，多波束形成系统的实现需要考虑到系统复杂性和成本等因素。
海底地形测绘的技术要点与流程
海底地形测绘的技术要点与流程海底地形测绘是一项复杂而精确的技术活动，它帮助人们了解海底地貌、海洋沉积物分布以及海底地壳构造等方面的信息。
本文将探讨海底地形测绘的技术要点与流程。
首先，海底地形测绘的基本工具是声纳技术。
声纳是利用声波在水中传播的原理，通过发送声波信号并接收其反射回来的信号来测量海底地形。
声纳技术可以分为两种类型：多波束声纳和单波束声纳。
多波束声纳可以同时获取多个方向的数据，提高了测绘的效率和准确性。
而单波束声纳则适用于对特定区域进行更加详细的测量。
其次，海底地形测绘的流程大致可以分为以下几个步骤。
首先是测绘计划的制定。
根据需要获取的地形信息和预算等因素，确定测绘区域、测量方式以及数据处理方法等。
然后是设备配置和校准。
根据测绘计划的要求，选择并配置相应的声纳设备，并进行校准，确保设备正常工作并精确记录地形数据。
接下来是数据采集和处理。
在海底地形测绘过程中，声纳设备会发送声波信号，并记录下信号的反射时间和强度。
通过计算声波在水中传播的速度，并结合接收到的信号数据，可以绘制出海底的地形图。
此外，数据处理还包括去除干扰信号和噪音，提高数据的可靠性。
最后是数据分析和应用。
经过处理的海底地形数据可以用于构建海底地形模型、预测洋流分布以及寻找潜在的海底资源等应用。
除了声纳技术，海底地形测绘还可以结合其他技术手段进行。
例如，测绘船可以配备GPS（全球定位系统）设备，通过卫星定位技术精确记录测绘船的位置信息，从而提高测量的精度和准确性。
此外，还可以利用测量深度和地球引力场数据来揭示海底地壳构造的信息。
当然，在海底地形测绘中还存在一些技术挑战和难点。
例如，海洋环境的复杂性以及海底地形的不规则性使得测绘结果可能存在误差。
为了克服这些困难，科学家们一直在致力于研究并改进测绘技术和方法。
同时，精确的地形测绘数据对于海洋环境保护和资源开发非常重要，因此也需要不断提高测绘的精度和准确性。
综上所述，海底地形测绘是一项技术要求高、流程复杂的活动。
如何进行水下地形测量与绘制
如何进行水下地形测量与绘制水下地形测量与绘制是一项重要的技术，它在海洋科学、航海导航和海洋工程等领域具有广泛的应用。
水下地形测量与绘制的目的是通过收集与分析水下地形数据，生成准确的地形图，为相关领域的研究和工程设计提供参考依据。
本文将介绍水下地形测量与绘制的基本原理、常用的测量方法和绘制技术，同时还会探讨未来水下地形测量与绘制技术的发展趋势。
在水下地形测量与绘制中，使用的主要工具是声纳。
声纳是一种利用声波进行探测的设备，它可以通过测量声波在水中传播的时间和速度，来确定水下地形的形状和特征。
声纳测量分为单波束和多波束测量两种方式。
在单波束测量中，声纳发射器只向一个方向发送声波信号，然后接收器接收反射回来的声波信号。
通过测量声波的传播时间和接收到的声波的强度，可以绘制出一个点，表示水下地形的海底高程。
通过在不同位置进行多次测量，最终可以得到一个完整的水下地形图。
但是单波束测量的覆盖范围相对较窄，需要较长的时间才能获得全面的地形数据。
而多波束测量则可以同时向多个方向发送声波信号，并接收多个方向的反射信号。
这样可以大大提高测量的效率和准确性。
多波束测量可以采用线性阵列或矩阵阵列的声纳，通过调整声纳的发射与接收阵列的角度，可以获取更多的地形数据。
多波束测量可以提供更详细的地形图像，可以显示出水下地形的细节和特征。
在进行水下地形测量时，需要注意一些技术和方法。
首先，要确保声纳设备的准确校准，包括声速与压力的准确度、声纳的位置和姿态的准确度等。
此外，测量时需要考虑水下植被、底质和海洋动物等对声波传播的影响，尽量减少干扰，保证测量结果的准确性。
在进行水下地形绘制时，需要使用专业的软件来处理和分析测量数据。
这些软件可以将测量数据进行处理和整理，生成高质量的水下地形图。
在绘制过程中，可以选择不同的图像风格和颜色方案，以突出地形特征和绘制需要的目标。
同时，也可以在地形图中标注重要的地理信息，以供参考和分析。
随着技术的不断进步，水下地形测量与绘制的方法也在不断发展。
多波束介绍
ShipS can-from N A V O .mov
劳雷工业公司
海道测量的历史
从 1920年代开始使用单 波束声纳测深 从1960 年代开始使用侧 扫声呐帮助确定海底类型
Side Scan Imagery
单波束测深仪的局限性-分辨率
波束立体角的大小 决定了单波束测深 仪的分辨率
尺寸:
直径: 320mm,
长度： 266mm
2、GPS 接收机
+Y’
+X’
N
RP = Origin
3、罗经和运动传感器
+Y
纵摇角度
+X
未经稳定的波 束受船舶运动 影响
RP = Origin
实际照射的区域
+Y’
希望照射的区域
+X’
N
RP = Origin
光纤陀螺原理
• FOG 技术的基础是 Sagnac 效应 :
直读式声速剖面仪原理
声速剖面及声速改正
Bottom Bottom after correction
5、多波束数据采集软件 PDS2000
6、多波束数据后处理软件 CARIS HIPS
多波束应用
SeaBat 8101
8101 测得的疏浚结果水深
Corpus TX – Construction Wharf Post Dredge Survey
倒塌的I-40 桥梁
SeaBat 8101
从旁经过时测得的船吃水
8101 实测数据
倒塌的I-40 桥梁
SeaBat 8101
湛江港沉船搜索
8101 多波束测深实例
8101 多波束测深仪实例
单波束多波束测深基础知识
多波束系统组成
多波束系统工作原理
多波束是如何工作的？
• 多波束发射换能器发出一个声脉冲，在水中传播并被海底或行进中遇到的 其他物体所反射。 • 反射信号同时被探头内多个独立的声学基元接收。
波束形成
换能器-基阵
• 多波束探头由两部分组成： 发射基阵/发射换能器和接收基阵组成 • 发射基阵使声能集中 • 接收基阵抑制干扰
ci
zi
i
Ri xi
zi 1
ci 1
zi 1
i 1zzFra bibliotek辅助设备对多波束数据质量的影响
声速剖面对测量结果的影响
辅助设备对多波束数据质量的影响
潮汐改正
• 潮汐改正是在瞬时测深值中扣除海面时变影响，获得与时间无关的“稳态” 深度场。 • 潮汐改正对多波束测深条带的拼接具有重要影响，不合理的潮汐改正将导 致测深条带出现拼接断层现象。
辅助设备对多波束数据质量的影响
横向安装偏差引起的深度偏差
• 横向安装偏差在斜距r转换为水深时，对测深产生影响，造成了海底地形的 倾斜[10]。当存在横向安装偏差时，实际测量水深应为H，而仪器设备读出 的水深为H×COSθ /COS（θ ﹢α ）。 • 最终得到位于O＇右侧波束水深偏差为： • △h＝|H×COSθ /COS（θ ﹢α ）－H| ⑴ • 同理，位于O＇左侧波束水深偏差为： • △h＇＝|H×COSθ /COS（θ -α ）－H| ⑵
单波束数据处理
• 在数据处理成图过程中，为解决测深数据分布不均问题，均采用数据网格 化内插的方法来预测测线间数据空白区的水深变化情况和趋势。
单波束数据处理
单波束网格化数据内插处理缺陷
• 1、无法探测到尺度小于测线间的微地形。 • 2、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。 • 3、如果要提高精度，唯一方法是加密测线密度。
RESONSB7125多波束系统2014.ppt
窄波束 来自有限面积的回波
广州市中海达测绘仪器有限公司
2 应有领域要求的提高
绘制海图 生态环境调查 河港和海港测量 海洋工程：电缆敷设
路由测量
海洋功能区划
航道和河道测量
航道工程：疏浚通航
水下考古
ROV, AUV应用
水下目标物检查
水下救捞：沉船搜寻
广州市中海达测绘仪器有限公司
国际高端多波束品RESON
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SeaBat 7125-实时横摇特点
• 减少测量数量 • 方便布设测线 • 提高调查效率
105m 65m
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6. SeaBat 7125 – 波束质量滤波器 • 可靠的内部质量滤波器 • 采用两种独立 质量控制标准 • 极大的提高了处理速度 • 质量差的数据可以 删除或标记
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7125 7125 7125 7125 7125 7125 7125 8101/9101 8125 8101/7125 8101 8101 8101 7125 7125 7125 Hydrobat
数 量
1 1 1 1 1 2 7 3 2 2 1 1 1 1 1 1 1
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1.超高分辨率： 34KHz的采样速率，6mm水深分辨率、512个波束 个数、可选等角等距功能.。
等角模式
等距模式
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2.条带覆盖角度在线可调
SeaBat 7125 SV2具有条带覆盖角度在线实时选择功能，根据不同的测 量的需求可以变合适的覆盖角度，范围从大于45°到165°，测量角度实时在 线可任意角度大小调整，方向可调。
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如何进行海底地形测绘
如何进行海底地形测绘海底地形测绘一直是海洋领域的一项重要任务。
随着科技的不断进步，我们对于海洋地形的了解也越来越深入。
海洋地形测绘的主要手段有多种，如声波测深、卫星测绘和无人潜水器等。
在本文中，我们将探讨如何进行海底地形测绘，并介绍一些相关的方法和设备。
首先，声波测深是目前海洋地形测绘中最常用的方法之一。
通过发射声波并记录其回音的时间来测量水深，从而推算出海底地形。
这种方法具有测量范围广、精度高的特点。
声波测深常用的设备有单波束测深仪和多波束测深仪。
单波束测深仪适用于较浅的水域，而多波束测深仪则适用于深海测量。
其次，卫星测绘也是海洋地形测绘中的重要手段。
通过卫星上搭载的遥感传感器，可以获取遥感图像和高程数据，进一步了解海底地形。
这种方法具有遥感范围广、时间效率高的优点。
例如，利用卫星激光雷达或雷达测高仪获取的数据可以生成数字高程模型，反映出海底地形的细节特征。
此外，无人潜水器也逐渐成为海洋地形测绘的重要工具。
无人潜水器可以携带各种传感器，如声纳、摄像机和水文仪器等，进行多角度、多层次的测量。
无人潜水器相较于传统的人工测量方法，具有成本低、效率高、能够适应复杂水下环境等优势。
它可以深入到深海中，获取到更加精确的海底地形数据。
除了上述方法和设备，还有一些新兴的海洋地形测绘技术值得关注。
例如，通过利用海洋环境中的微量元素、微生物等特征进行地形测绘。
这种方法可以通过对水样的分析来推断海底地形。
虽然这种方法还在研究阶段，但有望成为未来的发展方向之一。
在进行海底地形测绘时，数据处理与分析也是不可忽视的环节。
测绘得到的原始数据需要进行清洗、校正和处理，以提高数据的准确性和可靠性。
同时，利用这些数据进行地形分析和建模，可以更好地了解海底地形的特征和演化规律。
总的来说，海底地形测绘是一项复杂而重要的任务。
通过声波测深、卫星测绘、无人潜水器等多种手段和设备的综合应用，我们可以更加全面地了解海洋地形的特征和变化。
在不断发展的科技与技巧下，海底地形测绘将会有更加精确和深入的研究成果。
多波束测深
一、目的要求(l）了解测深仪测深、水下机器人的原理和方法。
(2）了解单波束、多波束测深仪测量水深的过程和步骤。
(3) 了解水下机器人的操作过程。
二、计划与设备（1）实验时数安排为4学时，每4-5个人一个实验小组。
（2）室内学习单波束、多波束测深仪和水下机器人的构成，并模拟操作实验。
三、实验用品仪器设备：单波束、多波束测深仪、水下机器人(ROV)工具：扳手、螺丝刀等。
四、实验内容，方法与注意事项1、单波束、多波束测深仪的各部分构成及操作步骤（1）单波束测深仪的构成单波束测深仪由GPS、换能器、计算机、数据线构成，其测量原理示意图如下图一单波束测深仪测量原理图（2）多波束测深仪的构成图二多波束换能器安装装置图图三多波束换能器（3）测深仪的操作步骤①仪器的连接及安装首先安装、固定换能器，固定换能器位置最好选择在船体的中部船舷旁边，这样可以减少行驶时船首推出的浪涌对探头的影响和干扰。
使用船速快的测量船测量时测深杆必须略向后倾斜，需要增加前后拉绳进行加固，因为考虑到水流带来的拖力和船行驶时的姿态是略微向上倾斜的。
海上测量时换能器吃水要放深一点，船速如果越快，那么换能器吃水就要相对更深，一般来说海上作业时换能器吃水在1.2米到1.4米最好，内河中也要保证大于0.5米，（要结合杆子的长短和实际作业的需要），若在浪涌较大的海况下测量，换能器吃水必须加深，避免浪涌的影响造成错误水深过多，安装时测深杆一定要保持垂直，要加固和防止探头松脱掉入水中或者电缆线不慎扯断。
②测深软件的参数设置③测水深2、水下机器人的构成及其操作步骤（1）水下机器人的构成图四水下机器人图五水下机器人拖缆图六水下机器人甲板单元和操作手柄图七水下机器人发电机（2）水下机器人操作步骤①将水下机器人用拖缆连接在甲板单元和操作手柄以及发电机上②将水下机器人放入海中③在岸上操作手柄，控制水下机器人在海底的工作五、实验心得通过这次试验，我们了解测深仪测深、水下机器人的原理和方法；了解单波束、多波束测深仪测量水深的过程和步骤；了解水下机器人的操作过程。
如何利用水下声纳进行海底地形测绘和探测
如何利用水下声纳进行海底地形测绘和探测海底地形测绘和探测在海洋科学和地质学领域中具有重要意义。
水下声纳技术作为一种广泛应用的手段，已成为海底地形测绘与探测的重要工具。
本文将探讨如何利用水下声纳进行海底地形测绘和探测。
一、水下声纳技术简介水下声纳技术是利用声波在水中传播的原理，通过发送声波信号并接收返回信号，从而测量目标的距离、深度和形态等信息。
它广泛用于海底地形测绘和探测、海洋资源勘察、水下目标定位等领域。
二、海底地形测绘技术1. 单波束测绘技术单波束测绘技术是利用水下声纳系统向下发送一束声波，并接收它的返回信号。
通过测量声波传播时间和接收信号的强度，可以推断海底地形。
2. 多波束测绘技术多波束测绘技术是利用多个声纳发射器和接收器，以及复杂的数据处理算法，可以更精确地测绘海底地形。
多波束测绘技术可以同步接收多个声波返回信号，并根据每个声波的返回时间和强度进行数据处理，得出更准确的地形图像。
三、海底地形探测技术1. 声纳剖面探测技术声纳剖面探测技术是一种通过连续发送声波和记录回波信号来绘制海底剖面的方法。
通过分析声波的回波，可以获得海底地质信息，如地层厚度、泥沙分布等，帮助科学家了解海底地质演化过程。
2. 声纳地震探测技术声纳地震探测技术是一种利用声波在地下传播的原理，通过监测地下介质的反射和折射等现象来获取地下地层结构信息的方法。
通过声纳地震探测技术，可以实现海底地球物理探测，如石油勘探、地震活动监测等。
四、水下声纳技术的应用案例1. 海底地形测绘利用水下声纳技术，可以绘制出精确的海底地形图，帮助海洋科学家研究海底地貌演化、地质构造等问题。
特别是在海底地形波动较大的地区，如海底火山、海底山脉等，水下声纳技术更能发挥其优势。
2. 海洋资源勘察水下声纳技术可用于海洋资源勘察。
通过测量水下声纳的回波信号，可以获得海洋中有关鱼类群落、海洋底质、水下矿产等信息，为海洋资源开发和保护提供科学依据。
3. 水下目标定位水下声纳技术被广泛应用于水下目标定位。
多波束测量技术
多波束测量技术多波束测量技术是一种通过同时发射和接收多个波束来实现高效测量的技术。
它在雷达、无线电通信、声纳等领域具有广泛的应用。
多波束测量技术的优势在于能够同时测量多个目标，并且能够提供更准确的测量结果。
传统的单波束测量技术只能一次测量一个目标，而多波束测量技术可以同时测量多个目标，大大提高了测量效率。
这对于需要在短时间内对多个目标进行测量的应用场景非常重要。
多波束测量技术的原理是利用阵列天线或传感器，将发射和接收的波束分成多个，分别对不同的目标进行测量。
通过对多个波束的测量结果进行分析和处理，可以得到更准确的目标位置、距离、速度等信息。
在雷达领域，多波束测量技术可以应用于目标跟踪、目标识别和目标定位等任务。
传统的雷达系统只能通过旋转天线或改变天线方向来扫描目标，测量结果有一定的延迟。
而多波束测量技术可以同时对多个目标进行测量，实时性更好，可以更快速地获取目标信息。
在无线电通信领域，多波束测量技术可以应用于无线信号的定向传输。
通过多波束测量技术，发送端可以同时向多个接收端发送信号，接收端也可以通过多个波束接收信号，从而提高信号传输的可靠性和速率。
这对于高密度无线通信环境下的信号传输非常重要。
在声纳领域，多波束测量技术可以应用于海洋探测和水下通信等任务。
通过多波束测量技术，可以同时对多个目标进行声纳探测，提高目标检测的准确性和效率。
在水下通信中，多波束测量技术可以实现多路径传输，提高通信质量和可靠性。
多波束测量技术是一种高效、准确的测量技术，在雷达、无线电通信、声纳等领域都具有重要的应用价值。
通过同时发射和接收多个波束，可以提高测量效率和准确性，满足不同应用场景对测量的要求。
随着技术的不断发展和创新，多波束测量技术将在更多领域展现出更大的潜力和价值。
单波束多波束测深基础知识
纵向安装偏差影响
• β 为换能器安装纵向安装偏差值， r为多波束系统测量的斜距，H为 水深，△h为水深偏差，△p为位 置偏差，黑色实线表示理论设计 波束及真地形，蓝色虚线表示实 际测量波束及假地形，纵向安装 偏差主要引起测点沿航迹线方向 发生前后位移。
辅助设备对多波束数据质量的影响
纵向安装偏差造成的水深误差
辅助设备对多波束数据质量的影响
• 如已知时间差T1，T2，我们就可以先对个别水听器的信号进行一定的时间 偏移以获得波前相长干涉，然后对各个水听器输出求和，就可得到对于入 射角θ 时的最大水听器阵输出。
将水听器3的信号加上水听器2延迟T2 的信号，再加上水听器1延迟T1的信 号（这个过程叫做导入时间延迟）， 这样可得到波束指向图主波瓣轴向转 向与垂直方向成θ 角的方向。
多波束性能指标
波束开角
波束开角首先由能量的最大覆盖宽度决定
多波束性能指标
波束角
· 等间隔基元换能器线阵越长或基元越多，则波束角越小。 · 波束角越小分辨率越高。
多波束性能指标
脉冲长度
• 脉冲越短，分辨率越高，脉冲越长，测深范围越大 • 脉冲长度应足够长以保证足够的量程，但是太长脉冲将给水深测量带来更 多噪声 • 用最短脉冲可获得最佳的分辨率 • 当在大水深满功率工作时，要增加脉冲长度以获得大量程。
辅助设备对多波束数据质量的影响
表层声速的影响
• 对于所有Mills交叉类型平面多波束换能器，通过测量相邻接收单元的相位 差，以确定目标的方位角。在计算相位差时必须准确知道换能器处的水体 声速值。
辅助设备对多波束数据质量的影响
• A=d×sinθ, B=2d×sinθ • T2=A/c=(dsinθ)/c; c为当地声速 • T1=B/c=(2dsinθ)/c
使用雷达测绘海底地形的方法与工具介绍
使用雷达测绘海底地形的方法与工具介绍雷达测绘是一种常用的技术手段，广泛应用于各个领域，其中之一就是海底地形的测绘。
随着科技的发展，现代雷达技术在海底测绘方面取得了巨大的突破，使用雷达测绘海底地形已成为海洋勘探领域中不可或缺的手段。
一、测绘原理雷达测绘海底地形的基本原理是利用声波在水中传播的特性。
雷达发射装置将高频声波向水下发射，当这些声波遇到在水下的不同物体时，会发生反射和折射现象。
测量接收到的反射信号和已知的发射信号之间的时间差，结合传播速度可以计算出物体与测量设备之间的距离。
通过逐点扫描，可以得出海底地形的三维形态，这种方法被称为声纳。
二、工具设备雷达测绘海底地形所使用的主要工具设备是声纳设备，包括发射器、接收器和计算机处理系统。
发射器负责发出高频声波，接收器接收并记录反射信号，计算机处理系统则负责处理接收到的数据，生成海底地形的图像。
此外，还需要配备定位工具，如全球卫星导航系统（GNSS）接收器或惯性导航系统（INS）等，来确定测量设备的位置和朝向。
三、测量方法1. 单波束法单波束法是最基本的海底地形测绘方法，也是最早应用的方法之一。
该方法通过在水下发射一束声波，接收反射信号来确定海底地形。
由于只使用一束声波，会存在一些盲区，即声波无法到达或接收到反射信号的区域。
这种方法适用于测绘较小范围的海底地形。
2. 多波束法多波束法通过使用多个发射器和接收器，能够同时发射和接收多个声波束。
这样可以大大提高测量效率，并减少盲区。
多波束法的应用范围更广，可以用于大范围海底地形的测绘。
3. 侧视声呐法侧视声呐法是一种特殊的声纳测量方法，它通过将声纳装置安装在潜水器或水下航行器上，侧向扫描水下地形。
这种方法适用于较深海域的测绘，可以获取更详细的地形信息。
四、数据处理与分析获取的海底地形数据需要进行处理和分析，以便生成地形图。
数据处理包括去除噪声、修正测量误差和校正定位偏差等步骤。
随后，根据所需精度和应用目的，选择合适的算法对数据进行插值、平滑和三维重建等处理，最终生成可视化的地形图。
多波束系统介绍与实际应用
多波束系统介绍与实际应用多波束系统是一种可以将信号分为多个波束向不同方向传播的无线通信系统。
它通过使用多个天线和信号处理技术，可以实现更高的传输速率和更好的通信质量。
在本文中，将介绍多波束系统的工作原理、实际应用以及该技术的优势等方面内容。
多波束系统的工作原理是基于多个天线同时发射或接收信号，并通过对接收到的信号进行处理，以提高无线通信的可靠性和性能。
该系统可以在不同的方向上形成多个波束，在每个波束上使用不同的调制方式和编码方法，以提供更大的频谱效率和更低的误码率。
多波束系统的实际应用非常广泛。
首先，在无线通信领域，多波束系统可以提供更好的服务质量和更高的数据传输速率。
例如，在移动通信中，可以使用多波束系统来为大量的用户提供高速的数据传输服务，以满足日益增长的通信需求。
除了移动通信，多波束系统还可以在雷达、卫星通信、无人机通信等领域中发挥作用。
在雷达应用中，多波束系统可以提高目标探测的准确性和范围。
在卫星通信领域，多波束系统可以增加卫星的通信容量，提供更高的数据传输速率和更稳定的通信连接。
此外，多波束系统还可以用于无人机通信，以实现无人机之间的高速数据传输和协同操作。
无人机通信领域的应用包括无人机之间的通信和指挥、无人机与地面站之间的通信等。
多波束系统可以通过将信号分为多个波束，提供更大的通信容量和更稳定的通信连接，从而支持更复杂的无人机任务。
多波束系统相比传统的单波束系统具有许多优势。
首先，多波束系统可以通过使用多个波束，提供更高的频谱效率。
传统的单波束系统只能使用一个波束，而多波束系统可以同时使用多个波束，在同样的频谱资源下提供更多的数据传输量。
其次，多波束系统可以提供更稳定和可靠的无线通信连接。
传统的单波束系统容易受到多径效应、干扰和噪声的影响，而多波束系统可以通过使用多个波束，在不同的方向上分布信号，从而减轻这些影响并提高通信质量。
此外，多波束系统还可以增加系统的灵活性和可扩展性。
通过使用多个天线和信号处理技术，可以对多波束系统进行灵活配置和升级，以适应不同的通信场景和需求。
多波束与单波束测深数据融合处理方法
多波束与单波束测深数据融合处理方法包括以下步骤：
1. 收集并准备多波束测深数据和单波束测深数据。
2. 利用相邻条带测深数据融合方法对多波束测深数据进行处理，以提高多波束测深数据质量。
3. 以单波束测深数据作为控制，进一步对多波束测深整体测量精度进行调整，从而提高多波束测深的数据质量。
4. 在数据融合处理中，需对数值进行可行性和稳定性解算，并利用两步平差方法进行求解。
以上方法仅供参考，可查阅专门文献获取更多有用的信息。
多波束和单波束测深技术在水库库容测量中的应用 郑文进
多波束和单波束测深技术在水库库容测量中的应用郑文进摘要：水库库容测量实质是通过测量库区水上和水下地形，计算得到水库库容。
与传统采用测深杆（锤）、水坨、测绳等工具按断面法或散点法进行水下地形测量相比，集测深、导航、数据处理于一体的多波束和单波束测深技术是当前较为领先的水下地形测量技术。
在深水区域采用多波束进行高效率测量，浅水区域和岸边浅滩采用单波束进行测量。
结合多波束和单波束测深技术的优点进行水库库容测量，可以提高库容计算的准确性和断面提取的完整性。
关键词：多波束测深技术；单波束测深技术；库容测量一、引言水库库容测量实质是通过测量水库区域水下和陆上地形，计算分析出水库区域水下和陆上地形变化情况，进而得出水库库容。
由于水库大部分位于山区，地形起伏大，区域辽阔，常规形测量技术难以展开。
尤其对于水下地形部分，传统测量技术以经纬仪、水准仪为工具，以插旗法、望远镜法、交会法等为平面定位方法，采用测深杆（锤）、水坨、测绳等工具按断面法或散点法进行外业测量，获取的测量资料主要以手工记载、计算，水下地形图由测绘人员利用分度器、比例尺等工具按照比例手工展绘到绘图纸上，内外业工作量都非常大，同时由于水底地形、水流状态较为复杂，河床地势参差不齐，往往导致水下地形测量精度较差[1]。
GNSS技术、回声测深技术、数字测图系统相结合是当前较为领先的水下地形测量技术，其中，较为常用的方法是利用GNSS RTK技术结合回声测深技术实现导航、测深、数据处理、成图、库容计算分析等于一体的综合系统。
目前，多波束和单波束测深技术是当前较为领先的水下地形测量技术[2]。
多波束测深技术在一个条带内得到上百个测深点，能高效率得到高精度、高分辨率的水下地形数据[3]。
进行水库库容测量时，水深大于5m的区域采用多波束测深技术，在浅水区域和岸边前滩区域采用单波束测深技术。
结合多波束和单波束测深技术的有点，提高库容测量的效率和精度，并且能够保证断面提取的完整性。
单波束多波束测深基础知识
海卓同创公司产品培训单波束及多波束测深目录多波束系统工作原理波束形成多波束性能指标辅助设备对多波束数据质量的影响单波束测深原理单波束测深特点单波束数据处理多波束系统组成•单波束测深原理•单波束测深仪的测深过程是采用换能器垂直向下发射短脉冲声波，当这个脉冲声波遇到海底时发生反射，反射回波返回声纳，并被换能器接收。
其水深值由声波在海底间的双程旅行时间和水介质的平均声速确定：•式中，D tr为换能器与海底间的距离；C是水体的平均声速；t是声波的双程旅行时间。
•上述水深值D tr中加上换能器吃水深度改正值（ΔD d）和潮位改正值（ΔD t）,即得到实际水深D•单波束测深的特点是波束垂直向下发射，接收反射回波，因此声波旅行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，其回波信号检测方法只需使用振幅检测法即可。
•单波束测深过程采取单点连续的测量方法，其测深数据分布特点是沿航迹数据十分密集，而在测线间没有数据。
•在数据处理成图过程中，为解决测深数据分布不均问题，均采用数据网格化内插的方法来预测测线间数据空白区的水深变化情况和趋势。
单波束网格化数据内插处理缺陷•1、无法探测到尺度小于测线间的微地形。
•2、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。
•3、如果要提高精度，唯一方法是加密测线密度。
多波束系统组成多波束系统工作原理多波束是如何工作的？•多波束发射换能器发出一个声脉冲，在水中传播并被海底或行进中遇到的其他物体所反射。
•反射信号同时被探头内多个独立的声学基元接收。
波束形成换能器-基阵•多波束探头由两部分组成：发射基阵/发射换能器和接收基阵组成•发射基阵使声能集中•接收基阵抑制干扰发射波束接收波束波束形成—Mills Cross多波束系统采用发射、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。
653-5G 基于单、多波束的统一接入流程
5G 基于单/多波束的统一接入流程在NR中，统一初始接入流程需考虑单波束和多波束操作。
接入方案的设计应涵盖不同的场景以及TRP和UE的不同假设能力。
在NR的低频网络中，TRP/UE的下行覆盖区域或上行覆盖距离可以由单个波束覆盖，这被称为基于单波束的方法。
然而，在更高频率的情况下，由于较大的路径损耗，信道/信号传输严重依赖于高度定向链路。
在这种情况下，需要多个定向波束来覆盖下行覆盖区域并执行初始接入，这称为基于多波束的方法。
无论如何，从UE的角度来看，对于基于单波束或多波束的方法，初始接入过程应尽可能统一。
此外，TRP的不同波束赋形能力和UE的波束赋形能力也将影响基于波束的接入设计。
例如，取决于TRP的波束赋形能力，它可能能够在一个方向、多个方向或实际上在所有可能的方向上同时发送同步信号。
无论如何，对于TRP/UE的不同波束赋形能力，初始接入过程也应该尽可能统一。
对于高频情况下基于多波束的接入操作，小区所需的波束数量可能非常大。
具有不同波束的初始接入信道/信号通常是具有相同传送信息的多次重复。
与基于单波束的方法相比，这些信道/信号的开销随着小区中所需波束数的增加而增加。
因此，基于波束接入的第一个问题是开销。
此外，由于UE的移动性，接收初始接入信道/信号的UE的服务波束可能需要改变。
UE处频繁的波束切换将在可靠性方面带来新的挑战。
所以，对于基于波束的初始接入信道/信号，NR系统设计中应考虑以下问题：●基于多波束方法的开销问题●基于波束传输的可靠性问题初始接入流程取决于网络部署场景。
考虑到单波束只是多波束的一个特例，多波束的设计也可以应用于单波束。
以下设计适用于两种方法。
非独立场景中的初始接入当NR在低频率（例如sub-6 GHz）和较高频率下工作时，NR较低频率的TRP可协助较高频率的TRP完成接入过程。
此部署称为多连接操作。
在这种情况下，假设UE已经实现到LF-TRP的粗略同步，并且已经连接到低频网络。
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单波束和多波束
单波束和多波束是两种不同的探测技术。
单波束测深，或称“单波束测深测线”，是通过接收设备接收海底反射回来的声波信号，根据声波的传播时间、传播速度以及接收设备接收到的声波幅度，可以计算出海底的深度。
它是在船只航行的过程中，通过记录每个位置点的深度信息，从而描绘出海底深度分布的情况。
多波束测深则是一种更为先进的海底探测技术，它通过多个波束同时照射海底，并接收每个波束反射回来的信号。
通过这种方式，可以获取海底更全面的深度信息。
多波束测深技术具有高精度、高效率和全覆盖的特点，它通过计算机技术的发展，探测精度不断提高，甚至可以探测海底10厘米目标体的形态特征。
多波束技术使用多个天线波束，每个波束覆盖小区的一小部分，这些波束是动态可控和可操纵的，通过优化每个连接的无线链路特性，可以提高接收信号的整体强度。
多波束测深技术可以直观地反映出海底的样貌，对于海洋科学研究以及海底资源开发具有重要意义。
总结来说，单波束和多波束的主要区别在于探测方式和探测效率上。
单波束更适合于测量单一、独立的深度信息，而多波束则能提供更全面的海底深度信息，适用范围更广，精度也更高。