多波束系统介绍
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
葛洲坝三号船闸水底结构测量
葛洲坝三号船闸水底结构
三峡坝上水域沉船搜寻结果
福州附近海域的沉船（8124）
一个波束脚印
波束变窄的方法 -- 干涉
振源个数越多波束越窄
波束导向
相控阵
对声源阵中不同基元接收到的信号进行适当的相位或时间延迟可实现波束 导向
波束形成器原理
基元 1
基元 2
基元 3
基元 4
...... ...... ......
基元 N-2 基元 N-1 基元 N
束控
Amp. 1
Amp. 2
小深度 小照射面积
固定的波束 立体角
面积= 立体角x 深度2
大深度 大照射面积
海道测量的历史– 多波束
1970 年代中期美国海军从深海调查需要发展起来 后向散射图像类似侧扫深纳图像
多波束声纳
为什么要用多波束系统
单波束 多波束
First contact of the beam on the seafloor
福州附近海域的沉船（8124）
8101的脚印（水平分辨率）
第31号 波束 15米 0.39米 0.8米
30米 0.79米 1.6米
1.5°
8125 高分辨率多波束测深仪实例
• 12 m 水深中的 0.5 x 0.5 m 铁笼子目标（镇江）
SeaBat 8125
用8125 进行防波堤检测
Quantitative mapping measurements 100% inspection below waterline
8125 测得的沉船
最新型多波束实测资料
最新型多波束实测沉船
最新型多波束实测沉船
谢谢！
多波束测深仪是如何工作的？
• 多波束测深仪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数十个独立
的换能器接收。
多波束测深仪
波束脚印
多波束发射波束
多波束接收波束
波束形成 - Mills 交叉原理
发射波束 1.0° to 3.0° 形成的接收波束 0.5° to 3.0°
Dozens/hundreds of independent beams on seafloor
为什么要用多波束系统
200 kHz 单波束
200kHz 多波束
多波束系统组成
1、多波束测深仪
• 干端部件包括声纳处
理器、数据采集计算 机。 • 湿端是一个便携式的 换能器探头。
– 把探头放在水中，系 统就可以测量、显示 并输出海底地形，包 括量程范围内的目标 数据。
逆向转 -
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ无旋转
正向转 +
光纤罗经原理
Z
Y
X
OCTANS 光纤罗经及运动传感器
OCTANS 集罗经、运动传感器于一体，可以提供载 体真方位角、纵横摇角度、升沉量等有关信息，是当 今世界上唯一采用光纤陀螺技术、能同时提供真北方 位和运动姿态的固态罗经运动传感器
4、直读式声速剖面仪
AML SVPlus
SeaBat 8101
场地清除调查
倒塌的I-40 桥梁
SeaBat 8101
场地清除调查
桥梁的钢结构件
折断的混凝 土块
8101 实测数据
倒塌的I-40 桥梁
SeaBat 8101
蛇口集装箱码头水下地形
8101 实测数据
倒塌的I-40 桥梁
SeaBat 8101
从旁经过时测得的船底部分
8101 实测数据
Amp. 3
Amp. 4
Amp. 30
Amp. 31
Amp. 32
脉冲长度
波束编号
Gen. 1
Gen. 2
Gen. 3
Gen. 4
Gen. 30
Gen. 31
Gen. 32
触发脉冲发生器
相控阵实现波束导向
弧形阵，对表面声速不敏感
平面阵，表面声速非常重要
SeaBat 8101 技术指标
频率: 波束个数: 覆盖宽度: 测深范围: 条带宽度: 240 kHz 101 波束角: 1.5° x 1.5° 7.4x 水深 (150°) 0.5 to 500 metres 7.4 倍 - 0.5 ~ 70m 4.2 倍- 100m 2.7 倍- 150m 2.0 倍- 200m 1.6 倍 - 250m 1.3 倍- 300m 测深分辨率: 最大发射速率: 重量: 1.25cm 40 次/每秒 26.8 kg (空气中), 4.8 kg (海水中)