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多波束测深系统是在70年代兴起，并于80年代中、末期得到飞速发展的一项全新的海底地形精密勘测技术。由于该技术采取广角度定向发射和多通道信息接收，获得水下密度具有上百个波束的条幅式海底数据，具有全覆盖、高采样率、高效率和低成本等优势。在多波束接收的信号中除去水深信息以外，同时还包括反向散射信息，因此多波束系统数据经处理后除了水深地形图以外，还可以得到类似于侧扫声纳的侧扫影像图。而以其影像数据为基础的海底底质分类也成为近年来的研究热点。 多波束测深系统 多波束测深系统由以下部分组成：发射和接收换能器阵列，传输电子设备，接收单元，用户界面（具有系统控制选项和实时处理结果显示）以及一些辅助系统，例如定位系统，姿态传感器单元（给出横摇，纵摇，升沉和航向值）和声速仪（SVP）等。 多波束的主要参数有频率，最大波束开角，波束数量，波束间距，发射长度和发射频率。系统的分辨率随着频率的增加而增加，但同时声波在水中的衰减也是如此，因此与低频系统相比，较高频率的系统将具有较浅的深度限制。频率也决定了海底穿透能力：频率越低穿透能力越大。最大开角决定了幅宽，波束间距有等距和等角两种模式，不同的系统波束的数量不同。通常在声发射中使用的信号称为“pings”，脉冲越多，分辨率越高。换能器两次连续发射之间的间隔被称为发射间隔，发射间隔至少要长于最外部波束的从发射到返回时长。 反向散射(Backscatter) 海底反向散射强度是声波在与海底进行复杂的相互作用之后由声纳接收的声能的量，可以理解为海底介质对声波反射和散射能力的一种反映, 它依赖于声波入射角、海底粗糙程度、沉积物的声学参数( 如密度、声速、衰减、散射等) 以及声波在水体中的传播状况，这些参数反映了海底底质类型的特征。通过反向散射强度可以确定海底底质类型，因为不同的底质类型“散射”声能不同。例如，较软的底部(如泥土)比较硬的底部(如岩石)返回的信号弱。 多波束和侧扫声呐 侧扫声纳和多波束回声仪都可以收集声学反向散射，多波束反向散射是反射强度测量（一个计算过程），而侧扫声纳图像是返回信号的实际强度。侧扫声纳系统是专门设计用于海洋地形调查，和探测海底礁石、沉船、管道、电缆以及各种水下目标等的，而多波束测深系统最初主要是被设计用于测量准确的水深数据的，反向散射数据只是它的一个副产品。但多波束反向散射处理和分析算法的优化，提高了其海底底质分类和目标识别的潜力。加上snippet数据的引入，反向散射数据的分辨率也显著增加。这些进展使得一些多波束反向散射数据能够达到与侧扫声呐图像相当的质量。 简而言之，侧扫声呐图像和多波束反向散射数据都可用于检测海底底质的变化。然而，多波束的反向散射数据与常规的侧扫数据相比，有许多优点。相比较侧扫需要拖曳仪器从船舶和海底之间的水柱中的特定点获取数据，多波束系统测量时，同时收集测深和反向散射数据，所以深度数据和反向散射数据在3D模型中能精确地进行配准（在相同时间和位置记录）。其次，由于准确的测量区域（波束脚印）已知，原始的多波束反向散射可以对其测量路径进行放射性校正，和对海底地形进行几何校准。 左：多波束反向散射数据；右：多波束水深数据 海底地形对测量的影响 使用传统的侧扫声纳，特别是那些在船后拖曳测量的侧扫，可能存在较大的定位误差，从而导致相邻测线之间的海底特征位置不匹配。在自主水下航行器（AUV）平台上测量时可以大大提高协同定位，导航更精确。同时，侧扫处理通常假定为较为平坦的海底，因此不进行水深校正，这可能导致海底特征的明显错位和特征后面出现明显的声阴影，并因此导致反向散射数据模糊。 对于多波束信号，反向散射数据记录基于波束与数字海底地形图的交点，因此即使在不规则海底上也可以将反向散射值置于正确的深度。这是通过使用记录声纳探头的运动，以及应用水柱折射校正和从清洗后的测深模型中获取的掠角修正来实现的。最终的数据产品将产生具有精确三维坐标的反向散射值。这种精确的配准可以使数据中的后向散射与测深特征结合起来（如下图）。 反向散射数据和水深数据集成显示 结论 侧扫声纳是目前常用的海底底质分类和目标探测工具，适用范围广，具有很高的分辨率。但是现在有了多波束的反向散射，探索海底的工具箱中又多了一个选择。 多波束系统的反向散射数据经过完整的校正后，可以显著提高海底特征和组成的准确性和可信度，为海底底质类型划分以及地貌解译提供了基础数据和辅助判读依据。反向散射数据可以被轮廓化形成特征多边形，并且这些数据也可以与其他数据集结合，这在创建用于选址评估的地图时，是非常有用的技术。 | 
