SeaBeam 全海深多波束測(cè)深系統(tǒng)及應(yīng)用

李治遠(yuǎn)豆虎林張海泉

(自然資源部 第一海洋研究所,山東 青島266061)

多波束測(cè)深系統(tǒng)發(fā)射換能器從海面發(fā)射較窄的波束條帶,通過水聽器同時(shí)接收從海底不同角度反射的多個(gè)回波,得到整個(gè)條帶的離散水深值[1]。20世紀(jì)50年代,多波束測(cè)深系統(tǒng)的出現(xiàn)逐漸取代了單波束系統(tǒng),極大提高了水深測(cè)量的效率和精度,降低了測(cè)量成本。多波束測(cè)深系統(tǒng)被廣泛應(yīng)用于航道測(cè)量、港口測(cè)繪、海底路由規(guī)劃、海洋石油勘探和水下礦產(chǎn)資源尋找等領(lǐng)域[2-3]。SeaBeam 系列多波束是海洋調(diào)查中的主流深水多波束之一,其波束形成采用米爾斯十字技術(shù)[4-7],具備先進(jìn)的聲波發(fā)射技術(shù)即Swept Beam 技術(shù)。同時(shí),通過采納更先進(jìn)的底部算法,可使SeaBeam 系列多波束實(shí)現(xiàn)船體橫搖、縱搖和艏搖等姿態(tài)[5-7]的實(shí)時(shí)補(bǔ)償。目前我國(guó)最新一代綜合科考船,如“向陽(yáng)紅01”、“向陽(yáng)紅03”、“科學(xué)號(hào)”、“雪龍2”等科考船均裝備了SeaBeam 系列多波束,但是國(guó)內(nèi)針對(duì)該設(shè)備可借鑒的文獻(xiàn)較少,本文以“向陽(yáng)紅01”船安裝的SeaBeam3012多波束(SeaBeam 系列中的全海深型多波束)系統(tǒng)為例分析了其測(cè)量技術(shù)原理,以期幫助設(shè)備操作人員和研究人員更好地發(fā)揮該設(shè)備測(cè)量功能,改善數(shù)據(jù)處理方法,獲取最佳測(cè)量成果。

1 系統(tǒng)介紹

1.1 系統(tǒng)組成

SeaBeam3012系統(tǒng)屬于深水多波束測(cè)深系統(tǒng),相比淺水多波束測(cè)深系統(tǒng),系統(tǒng)組成更復(fù)雜,主要包括:波束發(fā)射陣列;水聽器陣列;發(fā)射控制機(jī)柜TCU;接收控制機(jī)柜RCU;輔助設(shè)備,如GNSS定位設(shè)備、艏向和姿態(tài)設(shè)備、表層聲速計(jì)和聲速剖面儀等,如圖1所示。

圖1 SeaBeam3012多波束系統(tǒng)組成示意圖Fig.1 Composition diagram of the SeaBeam3012 multi-beam system

1.2 收發(fā)陣列

波束發(fā)射陣列由25個(gè)沿著龍骨方向排列且完全相同的模塊組成,每個(gè)模塊包含48個(gè)發(fā)射元件,按照4列12行分布,行列之間分別相互平行。此陣列可產(chǎn)生指向性聲波,在既定角度下的海底回波更強(qiáng),易于被水聽器檢測(cè)。接收陣列由11個(gè)完全相同的模塊組成,垂直于航跡方向固定安裝,每個(gè)模塊包含8個(gè)陶瓷元件,在2個(gè)方向采用屏蔽技術(shù)壓制旁瓣波束。

1.3 控制機(jī)柜和輔助傳感器設(shè)備

發(fā)射機(jī)柜主要包括功率放大器、電容模塊、高/低壓供電單元、網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)和電路板等,為所有發(fā)射陣列提供觸發(fā)信號(hào)。在控制聲波發(fā)射的同時(shí),發(fā)射單元給水聽器陣列和回波處理單元觸發(fā)信號(hào),使整個(gè)系統(tǒng)同步開始工作。高壓供電單元在聲波發(fā)射前為電容模塊蓄能,發(fā)射時(shí)電容模塊為功率放大器提供能量,每個(gè)發(fā)射陣元都有各自的電路系統(tǒng),每個(gè)功率輸出通道都是相互分離的,可輸出不同級(jí)別的能量,產(chǎn)生不同頻率和相位的聲波信號(hào)。

GNSS定位設(shè)備為系統(tǒng)提供精確的地理坐標(biāo)和速度信息,目前在深遠(yuǎn)海作業(yè)中使用星站差分技術(shù)可實(shí)現(xiàn)高精度定位結(jié)果,例如英國(guó)Veripos和荷蘭Fugro等設(shè)備的定位精度可達(dá)到亞米級(jí)。運(yùn)動(dòng)姿態(tài)傳感器提供發(fā)射陣元和接收陣元隨船體運(yùn)動(dòng)時(shí)的橫搖、縱搖和艏搖等信息,用于系統(tǒng)姿態(tài)實(shí)時(shí)補(bǔ)償,法國(guó)IXBlue生產(chǎn)的PHINS和OCTANS等光纖羅經(jīng)系統(tǒng)、挪威Kongsberg生產(chǎn)的MRU5+以及加拿大Applanix生產(chǎn)的POSMV 系統(tǒng)均可提供高精度、高頻率的姿態(tài)信號(hào)。GNSS雙天線定位設(shè)備和光纖羅經(jīng)系統(tǒng)可提供艏向數(shù)據(jù)。表層聲速計(jì)僅提供發(fā)射陣和水聽器陣列表面的聲速,聲速剖面儀提供整個(gè)水體不同深度層的聲速用于聲線跟蹤。SeaBeam3012對(duì)接入的表層聲速計(jì)和聲速剖面數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)處理,節(jié)約了數(shù)據(jù)后處理時(shí)間。

2 Swept Beam 技術(shù)

Swept Beam 技術(shù)是一種在波束發(fā)射過程中能夠?qū)崟r(shí)補(bǔ)償發(fā)射陣列隨船體的姿態(tài)和位置變化的條帶式掃測(cè)技術(shù)。發(fā)射陣列包含大量陣元,且等間距排成多行和多列,Swept Beam 技術(shù)使每個(gè)陣元均可發(fā)射不同于其他陣元且頻率和相位特定的聲波。在初始狀態(tài)時(shí),相同列陣元發(fā)射聲波的頻率和相位是一致的,但與其他列不同,一旦開始發(fā)射后,每個(gè)陣元將根據(jù)船體姿態(tài)和位置的變化改變各自的頻率和相位,從而達(dá)到實(shí)時(shí)補(bǔ)償?shù)男Ч?。SeaBeam3012使用二維發(fā)射陣列實(shí)時(shí)補(bǔ)償縱搖(pitch)和艏向(yaw),沿垂直航跡方向每行有12個(gè)陣元,每次掃測(cè)產(chǎn)生的波束在垂直于陣列平面內(nèi)橫向約11°,縱向(航跡方向)約1.5°。掃測(cè)發(fā)射最初從條帶的某一端開始,然后連續(xù)向另一端掃測(cè),最終在1 ping內(nèi)覆蓋整個(gè)條帶,在掃測(cè)過程中會(huì)根據(jù)不斷接收的姿態(tài)數(shù)據(jù)對(duì)一個(gè)條帶內(nèi)未完成掃測(cè)的部分實(shí)時(shí)補(bǔ)償縱搖和艏向[8]。

2.1 Swept Beam 技術(shù)

Swept Beam 技術(shù)得以實(shí)現(xiàn)的原因在于其獨(dú)特的換能器結(jié)構(gòu)和電路設(shè)計(jì)。Swept Beam 發(fā)射陣列相關(guān)參數(shù)如圖2所示,單個(gè)陣元的尺寸是0.4λ的正方形,2個(gè)相鄰陣元橫向間距0.5λ,縱向間距0.6λ。發(fā)射陣每次發(fā)射聲波脈沖的寬度是指主瓣掃過某個(gè)給定角度所需要的時(shí)間,在條帶中央時(shí)即為主瓣掃過約11°角時(shí)所需的時(shí)間。越到條帶邊緣時(shí)波束寬度越大,在平面陣列中,波束寬度的變化與主瓣方向的余弦值成反比。在一個(gè)條帶內(nèi)為保持相同的脈沖寬度,掃測(cè)速率應(yīng)隨主瓣角度的改變而變化。當(dāng)主瓣軸與豎直方向的夾角θ=60°時(shí),波束橫向?qū)挾仁铅?0°時(shí)的2倍,約為22°。相應(yīng)地,當(dāng)θ=60°時(shí),主瓣掃測(cè)速率也應(yīng)為θ=0°時(shí)的2倍,這樣才能維持脈沖寬度不變。

圖2 發(fā)射陣列示意圖Fig.2 Schematic diagram of transmit array

在一個(gè)條帶中,每個(gè)角度的波束都是由某一列陣元相干生成,每一列陣元的聲波頻率和相位不斷變化才能實(shí)現(xiàn)波束主瓣不斷改變方向,達(dá)到掃測(cè)目的。相移正是通過改變每一行中相鄰陣元間的相位差Δφ來補(bǔ)償2個(gè)陣元到達(dá)海底某點(diǎn)的波程差引起的相位差。從條帶一端掃測(cè)到另一端時(shí),相位差Δφ從最大Δφmax變?yōu)?,再變?yōu)樽钚?Δφmax,或與之相反。實(shí)現(xiàn)不斷改變相位差的簡(jiǎn)便方式便是改變線性陣列每個(gè)陣元發(fā)射聲波的頻率。

發(fā)射陣列相鄰兩陣元間距為λ/2,則當(dāng)主瓣軸方向?yàn)榻嵌圈葧r(shí),相鄰陣元A和陣元B的波前到達(dá)兩陣元的波程差造成的相移為180°×sin(θ),如圖3a所示。當(dāng)時(shí)間為t1時(shí),波束主瓣指向最左端,此時(shí)陣元B與陣元A的相位差為Δφ1;由于陣元A的聲波頻率比陣元B更高,到達(dá)時(shí)間t2前,兩陣元相位差逐漸減小,直至?xí)r間t2時(shí),兩陣元相位差Δφ2=0,此時(shí)兩陣元聲波在豎直方向干涉加強(qiáng),其合成波束主瓣軸豎直向下(θ=0°);當(dāng)時(shí)間為t3時(shí),兩陣元相位差Δφ3=-Δφ1,此時(shí)合成波束主瓣軸指向最右端(圖3b)。掃測(cè)過程中,合成波束頻率為兩陣元發(fā)射聲波的平均值。將聲吶頻率帶寬等間隔對(duì)稱分為12組,可將此方法擴(kuò)展至12個(gè)陣元的線性陣列。

波束發(fā)射前,設(shè)計(jì)好各陣元的頻率。發(fā)射過程中,相鄰陣元間的頻率差在沿航跡和垂直于航跡的方向上線性變化,這樣便可實(shí)現(xiàn)波束主瓣在一段時(shí)間內(nèi)從初始角度平滑地掃測(cè)至下一角度,這一過程稱作一個(gè)掃測(cè)片段。接著,重新計(jì)算陣元聲波的后續(xù)發(fā)射頻率,繼續(xù)向下一個(gè)角度掃測(cè)。重復(fù)該過程,直至完成1 ping掃測(cè)。SeaBeam3012發(fā)射波束在豎直方向時(shí)掃測(cè)波束寬度約為11°,若此時(shí)設(shè)定的脈沖寬度為2 ms,則通過增加陣元間的頻率差和相位差,使波束在1 ms內(nèi)從豎直位置θ=0°處向一側(cè)掃測(cè)至θ=5.5°。因?yàn)橄噜応囋g距為λ/2,相位差為180°,所以使波束主瓣掃測(cè)至θ=5.5°所需要相鄰陣元間的相位差為180°×sin(5.5°)≈17.25°,相當(dāng)于2 ms所需相位差變化34.5°,即所需頻率差變化47.9 Hz。如果以垂直于航跡方向的發(fā)射器陣列中間元件為中心,將此頻率差對(duì)稱分布在兩側(cè),則可以實(shí)現(xiàn)合成波束掃測(cè)至θ=5.5°。

在波束橫向掃測(cè)過程中,可根據(jù)船體姿態(tài)傳感器的橫搖值調(diào)節(jié)主瓣軸方向,同時(shí)也要進(jìn)行縱搖和艏向的補(bǔ)償,波束在沿航跡和垂直于航跡方向都進(jìn)行掃測(cè),因此每個(gè)陣元都有各自的頻率和初始相位。各陣元的初始頻率和相位能夠使波束按照特定的速率掃測(cè),由姿態(tài)傳感器數(shù)據(jù)和船體位移確定。一個(gè)條帶內(nèi)的不同掃測(cè)片段需要不同更新速率的姿態(tài)數(shù)據(jù),為此,將一個(gè)條帶的掃測(cè)過程分為多個(gè)掃測(cè)片段,至少進(jìn)行12次姿態(tài)數(shù)據(jù)更新。因?yàn)槊總€(gè)掃測(cè)片段開始前都會(huì)顧及船體的實(shí)時(shí)姿態(tài)和位移,所以每個(gè)掃測(cè)片段末端的主瓣指向都在一條線上,最終所有ping都基本平行排列,且寬度一致。

2.2 測(cè)深分辨率

典型的分扇區(qū)掃描系統(tǒng)需要將頻率帶寬劃分給每個(gè)扇區(qū),且為便于回波檢測(cè),扇區(qū)之間的頻率需要一定間隔,這意味著將整個(gè)可用的頻率帶寬劃分到所有扇區(qū)后,每個(gè)扇區(qū)僅能得到很小的頻率子帶寬。以可用帶寬2 k Hz、每ping 7扇區(qū)的雙條幅系統(tǒng)為例,整個(gè)帶寬可產(chǎn)生2×7=14個(gè)頻率子帶寬,減去子區(qū)間間隔,獲得每個(gè)子帶可獲得的帶寬約100 Hz,則脈沖寬度約為10 ms。隨著現(xiàn)在模/數(shù)轉(zhuǎn)換器的發(fā)展,制約系統(tǒng)測(cè)深分辨率的不再是轉(zhuǎn)換器的采樣率,而是波束寬度和頻率帶寬[9]。SeaBeam3012系統(tǒng)基于Swept Beam 技術(shù),每個(gè)陣元都使用所有頻帶資源,在掃測(cè)過程中,最小脈沖寬度為2 ms,頻寬為500 Hz,則相應(yīng)的測(cè)深分辨率為1.5 m。

3 系統(tǒng)安裝和校準(zhǔn)

SeaBeam3012系統(tǒng)發(fā)射陣和接收陣尺寸較大,呈“T”型分布安裝。發(fā)射陣列長(zhǎng)7.7 m,由25個(gè)模塊構(gòu)成;接收陣列長(zhǎng)5.5 m,由11個(gè)模塊組成。其換能器只能采用船載固定方式安裝,例如船底嵌入式、船底貼裝式和Gondola安裝方式[9],“向陽(yáng)紅01”船的SeaBeam3012多波束系統(tǒng)是采用嵌入式方法安裝在船底的。安裝過程中,要嚴(yán)格控制各模塊之間的平整度,同時(shí)應(yīng)確保換能器陣列與船底之間的平整度。安裝結(jié)束后,應(yīng)精確測(cè)量收發(fā)陣列在船體坐標(biāo)系中的位置和安裝傾角[10],輸入采集軟件中做波束歸位計(jì)算。

多波束系統(tǒng)校準(zhǔn)是執(zhí)行測(cè)量作業(yè)中最重要的內(nèi)容之一。校準(zhǔn)的目的在于量化并改正換能器和船體坐標(biāo)系的殘余安裝偏差,以獲得更精確的水深值并使水深值對(duì)應(yīng)正確的地理坐標(biāo)。校準(zhǔn)之前,應(yīng)將各傳感器與收發(fā)換能器的相對(duì)位置精確測(cè)量。校準(zhǔn)內(nèi)容包括換能器橫搖、縱搖和艏搖安裝偏角殘余誤差,SeaBeam3012屬于深水測(cè)量系統(tǒng),因此定位系統(tǒng)和測(cè)深系統(tǒng)之間的時(shí)延對(duì)測(cè)量結(jié)果影響較小,不必校準(zhǔn)。校準(zhǔn)不同的偏差角,要選擇相適宜的地形和地物,以致波束腳印能夠分辨出目標(biāo)地物,尺寸大于波束腳印且邊緣凸出的目標(biāo)物能獲得更佳的校準(zhǔn)效果[11]。“向陽(yáng)紅01”船配置的SeaBeam3012系統(tǒng)的波束腳印大小與波束指向及水深的關(guān)系如表1所示。

表1 波束腳印大小與波束指向角和水深的關(guān)系(θac=1.5°,θal=1.0°)Table 1 Relationship between the footprint size and the beam pointing angle and water depth(θac=1.5°,θal=1.0°)

SeaBeam3012系統(tǒng)用于深水測(cè)量,其校準(zhǔn)時(shí)選擇的水深對(duì)校準(zhǔn)結(jié)果影響較大。當(dāng)校準(zhǔn)橫搖時(shí),選擇水深500～2 000 m 為宜;當(dāng)校準(zhǔn)縱搖和艏搖時(shí),選擇水深1 500～3 000 m 為宜。利用美國(guó)Teledyne CARIS HIPS等商業(yè)軟件對(duì)校準(zhǔn)過程采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理,可以獲得最佳校準(zhǔn)結(jié)果。收發(fā)陣列是分離的,理論上接收陣列和發(fā)射陣列都存在殘余安裝偏差,但是校準(zhǔn)結(jié)果應(yīng)當(dāng)輸入在船型文件的接收陣列中,因?yàn)椴ㄊ鴺?biāo)系是以接收陣列為參考中心的?！跋蜿?yáng)紅01”船按照校準(zhǔn)流程獲得的安裝偏角校準(zhǔn)結(jié)果:橫搖偏角為0.59°,縱搖偏角為-0.39°,艏搖偏角為0.42°。

4 實(shí)例應(yīng)用

SeaBeam3012多波束系統(tǒng)在深遠(yuǎn)海海底地形地貌調(diào)查中應(yīng)用較多,在調(diào)查作業(yè)過程中,測(cè)深和覆蓋寬度之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系及水深測(cè)量準(zhǔn)確度是調(diào)查人員最為關(guān)注的兩方面內(nèi)容,也是評(píng)價(jià)多波束性能優(yōu)劣的關(guān)鍵指標(biāo)。多波束測(cè)量結(jié)果不僅受系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、安裝偏差等因素影響,同時(shí)也受外部傳感器的測(cè)量精度以及海洋環(huán)境噪聲、海況、船速和地質(zhì)情況等因素影響[12]。本文以“向陽(yáng)紅01”船在南海某海域執(zhí)行調(diào)查任務(wù)的應(yīng)用為例,介紹分析SeanBeam3012系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用效果。本次測(cè)量實(shí)例中,系統(tǒng)配套使用的外部傳感器有:英國(guó)Veripos公司生產(chǎn)的LD7高精度星站差分定位系統(tǒng)、法國(guó)IXsea公司生產(chǎn)的PHINS光纖姿態(tài)傳感器、加拿大AML公司生產(chǎn)的Minos聲速剖面儀和Micro SV 表層聲速計(jì)。這些傳感器都是市場(chǎng)上各類調(diào)查設(shè)備中的主流產(chǎn)品,基本代表了行業(yè)產(chǎn)品的最高水平,完全滿足SeaBeam3012系統(tǒng)對(duì)輔助傳感器設(shè)備的性能要求,最大程度地降低了外部傳感器對(duì)多波束測(cè)深的影響。調(diào)查實(shí)施前,測(cè)量在不同航行速度下“向陽(yáng)紅01”船的噪聲級(jí),當(dāng)船速為2～12 kn時(shí),測(cè)得背景噪聲為43～50 dB。本次調(diào)查作業(yè)過程中,海況為三級(jí),同時(shí)在多波束測(cè)量期間開啟淺地層剖面測(cè)量?jī)x,結(jié)果顯示測(cè)量區(qū)域?qū)儆谀噘|(zhì)底質(zhì)。測(cè)量過程中截取的部分采集畫面中顯示的條帶空間分布如圖4所示。

由圖4可以看出,各條帶內(nèi)的波束腳印幾乎是相互平行排列的,每個(gè)條帶垂直于航跡分布,且同水深的條帶覆蓋寬度幾乎一致?；赟ector Scan技術(shù)的多波束測(cè)深系統(tǒng)往往會(huì)產(chǎn)生條帶內(nèi)各扇區(qū)間前后重疊或左右覆蓋不連續(xù)等現(xiàn)象,SeaBeam3012基于Swept Beam 技術(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)姿態(tài)補(bǔ)償,實(shí)現(xiàn)了波束腳印在沿航跡方向等間隔分布,有效地保障了測(cè)深分辨率沿著航跡方向的一致性。

圖4 SeaBeam3012采集時(shí)條帶空間分布Fig.4 Spatial distribution of the time swaths acquired by SeaBeam3012

多波束測(cè)深系統(tǒng)的測(cè)深值與對(duì)應(yīng)覆蓋寬度之間的關(guān)系是進(jìn)行測(cè)線間距布設(shè)的重要依據(jù)。在本次測(cè)量過程中,統(tǒng)計(jì)了1 000～4 000 m 水深范圍內(nèi)SeaBeam3012系統(tǒng)的測(cè)深值與對(duì)應(yīng)覆蓋寬度數(shù)據(jù)并繪制成圖,與設(shè)備制造商德國(guó)ELAC Nautik公司提供的SeaBeam3012多波束系統(tǒng)的測(cè)深(Z)與覆蓋寬度(W)關(guān)系圖進(jìn)行對(duì)比,結(jié)果如圖5所示。

由設(shè)備制造商提供的測(cè)深和覆蓋寬度的對(duì)應(yīng)關(guān)系(圖5)可知,覆蓋寬度約為對(duì)應(yīng)測(cè)深值的5.5倍,而本次實(shí)際測(cè)量的覆蓋寬度約為測(cè)深值的3.5倍,這是因?yàn)?設(shè)備商提供的測(cè)深和覆蓋寬度對(duì)應(yīng)關(guān)系并非實(shí)測(cè)結(jié)果,而是在背景噪聲為40 dB、脈寬為10 ms、吸收損失為1.2 dB/km 且在最大能量和最大發(fā)射開角(150°)等理想條件下的模擬結(jié)果;本次實(shí)際測(cè)量中,船速為10～12 kn,背景噪聲為45～50 dB,發(fā)射開角為120°(為抑制邊緣波束的噪聲),加之采用嵌入式安裝的換能器,它受氣泡影響較大,所以最終實(shí)際測(cè)量的寬深比較小。

水深測(cè)量準(zhǔn)確度評(píng)估指標(biāo)是檢驗(yàn)多波束測(cè)深系統(tǒng)測(cè)量精度的重要依據(jù)。在《海洋調(diào)查規(guī)范:第10部分海底地形地貌調(diào)查》[13]中,水深測(cè)量準(zhǔn)確度評(píng)估指標(biāo)的定義為:

式中,M是重合點(diǎn)水深不符值中誤差,d i是主測(cè)線和聯(lián)絡(luò)測(cè)線在重合點(diǎn)i處的水深不符值,n是主測(cè)線和聯(lián)絡(luò)測(cè)線的重合點(diǎn)數(shù)[13]。本次測(cè)量過程中按照測(cè)量規(guī)范布設(shè)了主測(cè)線和聯(lián)絡(luò)測(cè)線,選擇其中的5條聯(lián)絡(luò)檢查測(cè)線(Ⅰ～Ⅴ),經(jīng)過粗差剔除后進(jìn)行準(zhǔn)確度評(píng)估指標(biāo)計(jì)算,結(jié)果如表2所示。

由表2可知,SeaBeam3012多波束測(cè)深系統(tǒng)的超限點(diǎn)占比結(jié)果均小于4%,這完全符合《海洋調(diào)查規(guī)范:第10部分 海底地形地貌調(diào)查》[14]中對(duì)測(cè)量準(zhǔn)確度評(píng)估的要求(超限點(diǎn)占比的限差為10%,水深大于30 m時(shí)的主檢不符值的限差為水深的2%)。

圖5 SeaBeam3012系統(tǒng)測(cè)深與覆蓋寬度關(guān)系Fig.5 Relationship between the bathymetry and the covering width of the SeaBean3012 system

表2 測(cè)深值準(zhǔn)確度評(píng)估結(jié)果Table 2 Results of the accuracy assessment

5 結(jié) 語(yǔ)

首先介紹了SeaBeam3012全海深多波束測(cè)深系統(tǒng)的硬件組成,結(jié)合硬件組成深入研究了Swept Beam技術(shù),分析了該技術(shù)采用頻移和相移方式實(shí)現(xiàn)波束在整個(gè)條帶內(nèi)的掃測(cè)并進(jìn)行姿態(tài)實(shí)時(shí)補(bǔ)償?shù)倪^程。然后,對(duì)SeaBeam3012多波束測(cè)深系統(tǒng)的安裝和校準(zhǔn)方法開展分析討論,進(jìn)而分析波束腳印大小與波束角、水深的關(guān)系,該關(guān)系可作為校準(zhǔn)時(shí)選擇適宜地形地貌的參考。最后,以“向陽(yáng)紅01”船安裝的SeaBeam3012多波束測(cè)深系統(tǒng)在南海某海域執(zhí)行測(cè)量任務(wù)為例,分析了實(shí)際測(cè)量過程中系統(tǒng)測(cè)深與覆蓋寬度的對(duì)應(yīng)關(guān)系及系統(tǒng)的測(cè)深準(zhǔn)確度評(píng)估指標(biāo)。得出結(jié)論:

1)在水深1 000～4 000 m 范圍內(nèi),SeaBeam3012多波束測(cè)深系統(tǒng)的測(cè)深和覆蓋寬度的對(duì)應(yīng)關(guān)系與設(shè)備商給出的結(jié)果存在較大差異,該現(xiàn)象是由海況、設(shè)備安裝方式、船體噪聲、海底地質(zhì)和發(fā)射能量及開角等多方面因素造成的。

2)SeaBeam3012多波束測(cè)深系統(tǒng)的準(zhǔn)確度評(píng)估指標(biāo)遠(yuǎn)小于《海洋調(diào)查規(guī)范:第10部分 海底地形地貌調(diào)查》中要求的限差,完全符合測(cè)量規(guī)范中的要求。

3)SeaBeam3012多波束測(cè)深系統(tǒng)獲得的測(cè)深條帶在空間排列整齊,完整均勻的覆蓋效果十分有利于測(cè)量船按照前期的測(cè)線規(guī)劃開展調(diào)查,避免后期補(bǔ)測(cè)造成的船時(shí)浪費(fèi)和成本增加。