多波束测深与测扫声呐的比较

多波束测深与测扫声呐的比较：

（1）侧扫声纳是目前常用的海底目标(如沉船、水雷、管线等)探测工具,在测深领域,多波束以全覆盖和高效率证明了它的优越性。由于多波束具有很高的分辨率,目前在工程上已经开始应用多波束进行海底目标物的探测。

（2）多波束的最大优点在于定位精度高,但其适用范围不如侧扫声纳广泛,尤其受到水深和波束角的限制,多波束和侧扫声纳在探测海底目标时具有很好的互补性,同时应用可以提高目标解译的准确性。

（3）侧扫声纳能直观地提供海底形态的声成像,但这种声像只能由目标影子长度等参数估计目标的高度,所以对数据解译人员的要求很高。多波束测深系统主要用于进行水下地形测量。

（4）探测目标机制的差异：多波束是一种测深工具而并非成像系统,无法直接在记录纸上进行打印,必须先构建数字地形模型(digital terrainmode,l DTM)，再根据DTM构建地貌影像图，从而能够反映细微的地形起伏所导致的坡度和坡向变化;此外,多波束的中央波束探测效好，边缘波束效果差;多波束采用三维可视化的方法进行目标判断,在3D GIS系统中可以直接提取目标物的平面位置和高度,还能够从不同的角度进行观察,便于掌握目标物的形状特征。但是,除非我们在进行测深的同时采集反向散射强度信息,否则我们无法得到与目标物的底质类型相关的信息,因此,多波束比较适合于沉船或者管线等容易根据形状进行判断的目标。

现在的侧扫声纳技术有两个缺点,首先它的横向分辨率取决于声纳阵的水平角宽,分辨率随距离的增加而线性增大,其次它给不出海底的准确深度。当前只有两种声纳可做海底三维成像,即等深线成像和反向散射声成像,前一种是多波束测深声纳(如Multi

-beamSonarSystem) ,后一种是测深侧扫声纳。总体说来,前者适宜于安装在船上做大面积测量,后者适宜于安装在各类水下载体上,包括拖体、水下机器人(AUV) 、遥控潜水器( ROV ) 和载人潜水器(HUV) ,进行细致的测量。

侧扫声纳通常安装在拖体上,其到海底面的距离是可以调节的,而多波束换能器大多数固定安装在船体上,随着水深的增大,换能器至海底的距离增加,导致波束与海底面的接触面即脚印

变大,所以多波束垂直于航行方向的分辨率降低。此外,水深增大也导致换能器单位时间内能够接收到的有效声信号数目(即采样更新率)减少,因此沿着航行方向的分辨率同样降低。

侧扫声纳不存在波束角的问题,而Seabat8101的波束角为115b,每个声波波束与海底面的接触面被视为一个水深点,因此波束角的影响与水深是正相关的。

在同样的海况条件下,多波束数据的信噪比常常比侧扫声纳图像要高,这是因为多波束的旁瓣波束被有效压制,因而没有假回波。

多波束的定位精度比侧扫声纳要高2~5m。这是因为,一方面多波束的平面位置误差传递方程比侧扫声纳系统要简单;另一方面多波束系统中的电罗经和船资测量传感器具有很高的精度,可以精确地测定船体的姿态和船首向;此外,多波束系统的校正比超短基线要容易,各种系统

误差的消除也更为彻底。因此,对于多波束靠近中央波束所探测到的海底目标,可以认为其定位精度近似地等于GPS本身所能提供的精度。

多波束的优点在于定位精度高、噪声少、能够进行三维可视化分析,但其适用范围不如侧扫声纳广泛;侧扫声纳的优点在于拖体距海底面的高度容易调节、具有很高的分辨率、能够区分目标物的底质特征,缺点是定位精度稍差并且容易受工作环境的影响产生噪声。

Seabeam2112系统和EM120系统之间的对比

由于这两套多波束系统是世界范围内使用最为广泛的两套多波束测深系统，因此拿他们作对比，从而选择出最适合此次调查的系统。 比较项目

Seabeam2112系统 EM120系统 基本技术参数 频率12kHz ；工作水深：

10~11000m ；2°×2°波束；

最大开角150°，最多151波

束

频率12kHz ；工作水深：10~11000m ；1.5°×1.5°波束；最大开角150°，最多191波束 工作海况 小于2.0m ，风力小于6级

小于2.0m ，风力小于6级 条幅开角 140°，等角模式

120°，等距模式 系统校正 实时声速校正，纵倾横摇参数

校正

实时声速校正，纵倾横摇参数校正 其他

5.0m 吃水深度改正，未做潮

汐校正 4.3m 吃水深度改正，未做潮汐校正

SeaBeam 2112多波束系统工作时，只能采用等角工作模式，波束间距为1°，在测量中，虽然可以控制其条幅开角，但条幅增大或减小，相应波束数也会增加或减小。等角工作模式，意味着波束横向间距是随着波束角的增大而增大的，中间波束间距相对较小，越往边缘，波束间距不断增加。

EM120多波束系统除与SeaBeam 系统相同的等角工作模式外，还有等距工作模式，这种工作模式在实际测量中非常重要。实行等距工作模式，保证了每次发射接收到的波束，即每个条幅内的波束，它们的间距基本相等。

SeaBeam 2112多波束系统及EM120多波束系统在其技术指标中，都明确表示达到了IHO 所要求精度[2]

，全部波束测量水深相对误差小于水深的0.5%。

在相同测量区域，EM120系统测量数据相对SeaBeam2112系统更密、更均匀，能够绘制更详细、更大比例尺地形图。

通过对EM120和SeaBeam2112多波束系统实际测量资料的对比，在数据密度方面，EM120系统数据分布均匀，SeaBeam 系统波束水深条幅中间数据较密，而边缘波束间距相对较大。从地形剖面的比对看，两套系统测量精度基本相同，相对误差只有0.29%。在数据密度能满足成图要求的格网间距时，绘制小比例尺的地形图（如1:25万）进行比较，两系统测量结果具有很好的一致性。但是，EM120系统测量数据相对SeaBeam2112系统密度更大、更均匀，能够绘制更详细、更大比例尺地形图。