深水多波束测深系统测深精度评估

深水多波束测深系统主要应用于高精度全覆盖水下地形测量,随着现代水声技术的发展,其可同时获得海底地貌信息(底质分类)、水柱信息(水体中的油气),成为海洋探测必不可少的设备。对深水多波束测深系统原理、功能、发展做简要介绍,对多波束系统测量误差与精度评估方法进行了初步研究,并利用上海海洋大学"淞航"号首航实测数据,开展了EM302深水多波束测深系统的安置偏移量检校和测深精度评估工作。该工作具有较强实用性,为深水多波束的合理高效使用提供有益的参考。     

多波束测量边缘波束测深精度分析与评估

根据多波束测深系统边缘波束采集的异常数据云图,判别分析多波束测深系统的各误差源对边缘波束测深的影响,从理论上探讨声线折射所引起的测深误差与边缘波束角之间的关系,通过多波束测深工程实例的精度验证,结果表明:换能器安装的牢固程度和校准精度、测船定位和姿态改正与测深的时间同步性,对边缘波束的测深精度影响较大;声线剖面误差使得中央波束和边缘波束的测深偏浅或偏深,各波束的测深误差曲线呈现"哭脸"状或"笑脸"状,但对于各波束测深的综合精度,中央波束精度相对较高,两侧边缘波束精度相对较低。     

海洋内波对多波束测深的影响

分析了内波对多波束测深精度影响的两种机理,并指出测线方向与内波传播方向的夹角不同,多波束测深受到影响的程度也不相同。通过对实测数据的分析,获得了内波的规模、波长、运动方向等基本特征,以及初步了解了内波对多波束测深、调查船航迹线、船速等方面产生的影响。该研究结果可以用于指导野外多波束测量遇到内波时的应对措施,以及利用多波束测深系统对内波进行进一步的研究。     

多波束与单波束测深数据融合处理方法

受声线弯曲的影响,多波束测深的边缘波束的数据质量较低,而单波束测深受声线弯曲的影响比较小。结合多波束覆盖面大和声速剖面误差对单波束影响相对较小的特点,研究了多波束和单波束的测深数据融合方法,利用同一位置单波束和多波束测深数据的差值,拟合一个与坐标位置相关的误差模型,并利用该误差曲面对多波束测深数据进行综合改正,从而提高多波束测深的数据质量。     

相干声纳多波束与传统型多波束测深系统综合对比与实验分析

在工作原理、技术参数、采集软件和处理软件功能与操作,以及数据实测等方面对相干声纳多波束测深系统Geoswath Plus和传统型多波束测深系统Seabeam 1180进行了详细对比。对比表明,两套多波束系统的工作原理完全不同;传统型多波束测深系统在探头下方数据密集,两侧的数据逐渐变稀,相干声纳多波束测深系统在探头正下方的数据比较稀疏,探头两侧的数据较密集;相干声纳多波束测深系统Geoswath Plus的采集和处理软件实现了一体化,具有较直观的数据质量监控功能,传统型多波束测深系统Seabeam 1180可应用的后处理软件较多,功能更丰富;通过实测数据验证,两套多波束测深系统在数据测量精度上具有较好的一致性,不符值数列的标准偏差为3%—4%。对比为多波束测深系统的引进和选型提供了参考依据。     

利用MB-System软件进行多波束测深数据处理的研究

MB-System软件包是一套运行于L inux系统下的针对多波束测深数据处理的软件工具,它可以对原始数据和波束数据进行灵活编辑,并利用强大的绘图功能对结果进行显示。利用MB-System软件包对国外典型的多波束测深数据进行了处理与结果显示,结果体现了此软件相较于其他同类软件兼容性强、应用灵活的特点;然后,文中对国产首台便携式多波束测深仪湖试数据进行了格式转换,并对转换后的数据使用MB-System进行处理,结果验证了数据的有效性与正确性。     

应用交叉检查数字地形模型评估多波束测深精度

为有效评估多波束测深数据精度,结合Sea Bat 7150深水多波束测量系统在海洋调查工作中的应用实例,参考传统的基于面的交叉检查方法,引入了基于DTM的交叉检查精度评估方法。应用检测线测量数据与主测线DTM进行交叉点计算,对误差进行统计分析,评估多波束测深精度。实践证明,该评估方法快速有效,可操作性强,可在外业调查现场对深水多波束测量数据快速进行精度评估。     

多波束测深系统换能器的安装校准分析

在多波束测深系统的换能器安装与使用过程中,由于无法保证换能器坐标系统与船体坐标系统完全重合,因此必须进行横摇、纵倾以及航向偏差校准与改正,使两者坐标系统相一致.详细分析了多波束测深系统换能器安装校准的原理和方法,以"亚美通道"海底光缆路由调查中,挪威 Simrad EM 3000 多波束测深系统的安装与校准为例,阐述了其安装校准方法及在海底地形测量中的应用.     

基于等效声速剖面法的多波束测深系统声线折射改正技术

多波束测深技术是近几年比较流行的海洋勘测手段之一,其具有全覆盖、无遗漏、高精度和高效率等特点。多波束测深系统的声学原理和海水的不均匀性,使得声波在传播过程中发生声线的折射现象,对波束测点的最终位置的归算带来较大的误差。针对多波束数据后处理方法,介绍了利用等效声速剖面法对多波束测深系统的声线折射进行改正的一种新方法,并通过试验对比,证明了该方法可以提高多波束测深系统的整体测量精度。     

多波束测深声呐成像仿真及作用距离分析

AUV 等无人装备研制过程中如何选择合适的多波束测深系统以满足特定作业场景需求是工程技术人员关心的问题之一。从多波束测深声呐系统与 AUV 等无人系统的匹配角度出发，采用混响背景下的主动声呐方程建立了不同工作频率多波束作用距离计算评估方法，对 100 kHz~500 kHz 的多波束测深声呐作用距离进行了计算对比。在此基础上，采用线性调频、FFT 波束形成、脉冲压缩、样条插值扩充目标角度、Rife 算法优化角度估计技术，建立了多波束测深声呐的成像仿真方法，并通过直线地形、台阶地形对多波束测深声呐的成像特点和测深分辨率进行了分析。主要结论：1）建立了一种多波束作用距离评估的方法，可用于指导无人装备用多波束测深声呐频率参数的选型；2）建立的多波束测深声呐仿真办法可以帮助工程技术人员更直观地理解多波束测深声呐的成像特点；3）通过仿真分析了 CW 信号与线性调频信号下的距离分辨率，可用于指导波束测深作业时的高度、信号参数设置。