列。 波 束数 ２ ４个 ，测深 范围 １ ～ １０ ０ ｍ，发射波 束 ３ Ｏ １０
进入 ２ １世纪，在 巨大的商机 引导下，一些中 等或新成长起来 的声学设备制造厂家也加入到 了 这一行列， 如德国 Ｅ Ａ Ｌ Ｃ公司和丹麦 ｌ Ｓ Ｎ公司。 Ｏ 他们走的是另一条发展之路： 在研制成功商业投入 成本相对较低的 中、浅水多波束测深系统 的基础 上， 再发展深水多波束测深系统。德国 Ｅ Ａ Ｌ Ｃ公司 生产的 Ｓａ ｅｍ ３ １ ｅ ａ ０２深水多波束测深系统 ，工作 Ｂ
１ ２
５ ０
１ ０
ｌＯ Ｄ ｌ０
Ｉｏ ０ ｌ０
６【 】 Ｄ ５Ｊ 田Ｉ
３
其 中， Ｍ１０ Ｅ ２ 深水多波束测深系统是 目前世 界 上最流行的测深系统 ， 它在十几个国家的几十条船 上得到了较好的应用。下面对其主要技术特 点作一 个简要的介绍。 Ｅ ２ 深 水 多 波 束 测 深 系 统 的工 作 频 率 Ｍ１０ １ｋｚ ２ Ｈ ，最大覆盖可达 １Ｏ，具有 １ １ ５。 ９ 个波束，波 束宽度为 １ １、１× 。 。２或 ２× 。 ０ 。 。２ 、２× 。 。４可选 ，测深 ｘ 范围 ５ ～ｌ００ｍ。波柬方 向可以随覆盖范围进行 Ｏ ０ １ 调整，并具有发射波束艏摇 、纵倾和横滚实时姿态
与传统的单波束回声测深系统相比，多波束测 深系 统具有扫幅 宽 、 覆盖 ， 全 高效和高精 度的特 点 ， 可完成全海洋的高精度海底地形探测任务，它一出 现就受到海洋科学、工业和军事界的高度重视。多 波束 测深技术 是声学 、电子 和计算机等 高科技最 新 成就 的集成 ，它 的诞 生对 声学探测技术 的发展 具有 划 时代的意义 。 多波束测深 技术通 过近 ３ Ｏ年 发展 ，按其技 术
摘要 对 目前 国外深水多波束测深系统的发展状况进行 了介绍 ，以目前世界上最流行的深水多波束测
深系统 Ｅ ２ 为代表 ，介绍 了 ＭＩ０ 其技术特点和性能指标 并且阐述了深水 多波束测深系统的发展趋势 。
关键 词 多波 束 ：测 深 系 统 ：海 底测 绘
１引言
近 ２ Ｏ年 来 ，争夺 海洋主 权和海底矿 产资源 的 “ 蓝色 圈地运 动” 的兴起 。促进 了声学探 测技术这一 高技术领域 的快 速发展 ，维 护海洋权益 和开发海底 矿 产资源成 为促进声 学探测技 术发展 的新动 力 。用 于海 底地 形 精密 和 快 速探 测 的多波 束 水深 探 测技
律宾这样的经济欠发达的国家为了大陆架勘察需 求 也在 近 几年 建 造 了二条 装 备 有深 水 多波 束 测深 系统 和多道地 震系统 的综合调 查船 。开展大陆 架勘 查，占领和开发 国际海底 资源 ，是保障 我国可持 续
发展 、维护我 国海洋权 益和建 立海洋 强国的重要 战
略步骤 。
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胡银丰 等：现代深水多波束测深系统 简介
Ｓ Ａ Ｅ Ｍ 公司外，还有德国 Ａ Ｌ Ｓ公司、挪威 Ｅ ＢＡ ＴＡ ＳＭＲＡ 公 司以及 法 国 Ｔ ＯＭＳ Ｉ Ｄ Ｈ ＯＮ 公 司。这 些公 频率 １ ｌＩ， ２ｄ ｚ 最大探测深度 ｌ０ ０ 具有最大 ２ ５ － １０ ｍ， ０ 个波束， 波束宽度 ｌ或 ２ ， 。 。 具有实时姿态稳定、浅
２国外发展状 况
深水多波束测深系统 自２ 世纪 ８ 年代初由美 ０ ０ 国 Ｓ Ａ Ｅ Ｍ 公司首先 投入商 业领域 以来 ，到 ２ Ｅ ＢＡ Ｏ 世纪 ８ Ｏ年代 末全 世界 只有数 台深水多波束测 深系 统装在几 个发 达 国家 的 调查船上 投入海洋调查 。由 于其 巨大的科 学 、商业 和军 事价值 ，西方发达 国家 十 分 重 视 该 技 术 的 开 发 。研 制 生 产 厂 家 除 美 国
最大覆盖范围
４ Ｄ ０ ｘ ０ｍ
１ ） ２ ０ｍ 【 ５ ｏ Ｄ『
表 １ ＳＭ Ｒ Ｄ 公 司 多 波 束测 深声 呐 的 系 列 产 品 Ｉ Ａ
工作频率 （ Ｈ ） 最小可测深度 （ 最大可测深度 ｍ） ｋ ｚ ｍ）
３０ ｏ
３０ ｏ
波束数
１ ２７
２４ ５
０５ ．
显示。
（）深水时波束方向可随覆盖宽度进行调整， ４ 以减小波束脚印宽度和提高测量精度， 如图２ 所示。 （ ）采用时间延 时和相位估计两种算法计算 ５
。
（ ）采用幅度 和相位 二种检测 方法 。 ６
图 ２ 声呐波束覆盖范 围的调整
图 ３Ｅ １０ 实 时三 维地 形 显示 Ｍ ２ 的
声呐名称
ＥＭ Ｏ ０ ３０Ｓ
ＥＭ ｏ Ｏ ３ ０ Ｄ
具有横滚和纵倾实时姿态稳定功能。 挪威 ＳＭＲ Ｄ 公司是 目 Ｉ Ａ 前代表多波束测深技 术世界领先水平 的一家公司，已替代 了占据近 ２ Ｏ 年领头羊地位 的 Ｓ Ａ Ｅ Ｍ 公司， ＥＢ Ａ 成为深水多波束 测深系统制造厂商的龙头老大，近年 占据了国际市 场的主要份额。其在深水系统开发成功的基础上发 展中、浅水系统形成完整 的系列。表 ｌ 给出了挪威 ＳＭＲ Ｄ公司多波束测深系统 的系列产品。 Ｉ Ａ
［Ⅱ二二二二二Ⅱ口 ］ 二
图 １收发声基阵
（ ）Ｅ ２ ２ Ｍ１０的接收波束为 １１ ９ 个，典型配置
４ ７
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胡银丰 等：现代深水多波束测深 系统简介
的波束角 宽为 １ 。。在垂直 于航迹 方 向上 ，发射 波 束有 ９ ，波 束方 向通 过阵 元激励 时延进行控制 。 个 （ ）系 统具有 近 场 自动聚 焦功 能 。在典 型配 ３ （ ）船 底 安装 表面 声 速仪 ，实 时进行 声速 测 ７ 量和修正，改善 了宽角度扫 描边缘波束的精度问
０５ ．
１０ ５
１０ ５
Ｅ ２ｏ．２ Ｍ ０ ０ １ ０
Ｅ ０ ０ １ Ｏ Ｍ ２０．５ ＥＭ １ ０ ０ ２Ｓ ＥＭ １ ０ ｏ２ ＥＭ ０ ３０
２０ ｏ
２０ ｏ ９ ５ ９ ５ ３ ０
１
１ ２ ２ ５
２５ ０
２０ ５ ６０ ０ １０ Ｏ０ ５０ Ｏ０
３６ ．
０ ０ｍ
１ｌ Ｉ
Ｉ１ Ｉ １１ １ １１ １ １５ ３
７５ Ｄ， ０ ．ｘ ３ ０ｍ ７ ５ Ｄ／Ｏ ０ｍ ．ｘ 】 ０ ７ ５（ ， ２ ０ｍ ．） ） １ ５ １ ５ ５（ ， Ｏ ｏｍ ．） ） Ｓ ０ Ｉ
Ｅ １０ Ｍ ２
Ｅ １１ Ｍ ２
ｌ ２
题。
置中，收、发声基阵的长度将近 ９ｍ，可以实现的
最 小测深深度 为 ５ ０ ｍ，最大深 度 为 １０ ０ １ ｍ。
（ ）具有实时艏摇 、横、纵摇修正，实现发 ８ 射波束和接收波束 的电子稳定。 （ ）可以实时显示 ３维地形，也可以以测深 ９
点形式显示水深数据，如图 ３ 所示。 （０ １ ）等角和等距波束测量可选。 （１ 可以对发． １） 接回波波束的质量进行检测和
水平可划分为四代产品： （ ）Ｓ Ａ Ｅ Ｍ ０ ０ １ Ｅ Ｂ Ａ １０ 系列为代表的第一代产 品，它的波束数少、扫幅宽度仅 ６。 Ｏ，集成度低， 水深数据不能实时处理 。
（２ ） Ｓ ＡＢ ＡＭ ２ ０ 系 列 、 Ａ Ｌ Ｅ Ｅ ００ Ｔ ＡＳ Ｈ ＤＲ ＷＥ Ｐ和 ＳＭＲ Ｍ１ 为代表的第 二代 Ｙ ＯＳ Ｅ Ｉ ＡＤ Ｅ ２
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２０ 年第 １期 ０８
声学与电子工程
总第 ８ ９期
现代深水多波束测深系统简介
胡银丰 朱辉庆 夏铁 坚
（ 海军驻杭 州地区军事代表 室，杭 州，３０１ ） １ １０２
（ ２第七 一五 研 究 所 ，杭 州 ，３ ０ ） １ １ ０ ２
展 中国家也装备 了多套 深水 多波束测深 系统 ，连 菲
产 品， 用 了 Ｐ ０大 规模集 成 电路和 Ｄ Ｐ技术 ， 采 ３ Ｓ 波
束数达到 １ １ ２ 个，波束角宽 ２， 。 数据实时和后处理 软件成 熟 。
（ ）ＳＭＲＡ Ｅ １０和 Ｒ Ｓ Ｎ Ｓ ａ ｍ ８ ５ ３ Ｉ Ｄ Ｍ ２ Ｅ Ｏ ｅＢ １０
形 图。
稳定功能和接收波束横滚实时姿态稳定功能。主要 技术特点包括【： Ｉ Ｊ （ ）系统采 用十 字 形 水 下 声基 阵 ，波 束 扫 描 １
采用 Ｍｉ 交叉方法 ，如图 １ ｌ ｌ ｓ 所示 。发射阵与接收 阵相互垂直。发射阵沿船艏艉方 向布放，接收阵垂 直于艏艉方向布放 。发射阵发射声波信号，发射波 束沿着航迹方 向形成窄波束 ，典型波束宽度为 ｌ， 。 波束照射到海底一条垂直于航迹方 向的条带区域 上 ；海底和 水体中 目标 的 回波 信号 被接 收阵接 收 ， 其接收波束在垂直于航迹方 向形成窄波束，典型波 束宽度为 接收波束与发射波束相交的区域为有
效波束脚印。通过声呐电子系统及其软件的控制和 处理，实现发射波束全姿态稳定，并同时形成数百 个接收波束，通过实时处理可估计出每个波束内的 海底回波时延、 角度和回波强度 ， 再与位置、 姿态 、 声速、航向等传感器数据相融合，得到每个波束有 效波束脚 印的水深，经过后处理，可得被测区域地
术 （ 简称多波束测深技术） 就是应运这种需求而迅 速发展起来的高新声学探测技术。 资源 问题 已成 为 ２ １世 纪制约我 国 国民经济 发 展的瓶颈。 海洋占地球面积的 ７％， 中２０ １ 其 ０ 海里 专 属经济 加外大 陆架约 占 ２％，国际海底面积 约 ２ ２１ ． ７亿平方公里 ，占地球表面积的 ４％。勘探开 ５ ９ 发这 些 赋存 于深 海 海 底 表 面及 其 下 的矿产 资源 必 须查 明其赋存 条件 ：水深 、 形 、 地 地质 和构造背景 、 矿床 分布特征 、成矿地 球化 学和 工程地 质条件等 ， 其最 基础性 的工作就是 水深和 精密地形测量 。 大陆架的划分是海洋国土最后疆界的划分， 对 沿海 国的利益至关重要 。 现在不仅发达国家的主要 调查船都装备了多波束测深系统 ，印度 、巴西等发