第二章多波束勘测系统工作原理及结构多波束系统是 70 年代兴起、80 年代中、末期又得到飞速发展的一项全新的海底地形精密勘测技术。它是当前兴趣的焦点，因为它既有条带测深数据，又同时可获取反映底质属性的回波强度数据(LaurentHellequinetal.,2003)。该技术采取广角度定向发射和多通道信息接收，获得水下高密度具有上百个波束的条幅式海底地形数据，彻底改变了传统测深技术概念，使测深原理、勘测方法、外围设备和数据处理技术诸方面都发生了巨大变化，大大提高了海底地形勘测的精度、分辨率和工作效率，实现了测深技术史上的一次革命性突破(李家彪等，2000)。多波束系统的工作原理与传统的单波束回声测深仪工作原理类似，都是根据声波在水下往返传播的时间与声速的乘积得到距离，从而得到水深。不同的是单波束测深仪一般采用较宽的发射波束(8°左右)向船底垂直发射，声传播路径不会发生弯曲，来回的路径最短，能量衰减很小，通过对回声信号的幅度检测确定信号往返传播的时间，再根据声波在水介质中的平均传播速度计算测量水深。在多波束系统中，换能器配置有一个或者多个换能器单元的阵列，通过控制不同单元的相位，形成多个具有不同指向角的波束，通常只发射一个波束而在接收时形成多个波束。除换能器天底波束外，外缘波束随着入射角的增加，波束在倾斜穿过水层时会发生折射，同时由于多波束沿航迹方向采用较窄的波束角而在垂直航迹方向采用较宽的覆盖角，要获得整个测幅上精确的水深和位置，必须要精确地知道测量区域水柱的声速剖面和波束在发射和接收时船的姿态和船艏向。因此，多波束测深在系统组成和测量时比单波束测深仪要复杂得多(周兴华等，1999)。§2.1 多波束勘测系统的工作原理2.1.1 单波束的形成2.1.1.1发射阵和波束的形成一个单波束在水中发射后，是球形等幅度传播，所以方向上的声能相等。这种均匀传 播 称 为 各 向 同 性 传 播 (isotropicexpansion) ， 发 射 阵 也 叫 各 向 同 性 源(isotropicsource)。例如，一个小石头扔进池塘时就是这种情况，如图 2.7 所示。Xa-rtiflfit#图 2.7 波的各向同性传播显然，测深时是不能采用如此的声波的。采用发射基阵就可以产生各向异性的声波。下面简要叙述它形成的原理。如果两个相邻的发射器发射相同的各向同性的声信号，声波图将互相重叠和干涉，如图 2.8 所示。两个波峰或者两个波谷之间的叠加会增强波的能量，波峰与波谷的叠加正好互相抵消，能量为...
