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单波束测深仪原理 - }' U/ E; q- Y
今天来给大家科普一下可能是海洋测绘用的最多的仪器，单波束测深仪。
) z) {- E9 j$ E 测深原理' G* f" V! m# ^+ c$ ?( j
和其他水下测量设备一样，单波束测深仪的原理也是通过声呐进行测深。 但是声波是扇形的，能量过于分散，我们测深需要的是水下一个点的数据，所以需要把声波的能量集中发射，最好是一条直线，就是下面这个样子。  2 Q' v! h( F2 w% n
所以就用到了波束干涉原理，通过调整不同阵列单元信号之间的参数，使得某些角度的信号增强，而另一些角度的信号相互抵消，这样就形成了我们需要的波束。
% a/ m0 m7 W! C) O$ p 当然这些具体的是稍微有点复杂的，详细了解的同学可以看看阵列信号处理相关的资料来学习一下。
, g* Z* ]2 ?8 H/ I { b' d1 b# O  当然这个波束不能无限缩小到一个直线，始终是一个扇形且具有一定开角的波束，这个角就是波束角，理论上角度越小，测深仪精度越高。 因为波束打到水底是一个圆斑（有些人也叫做脚印），通过这个圆斑内有限面积的回波来计算这个圆斑的水深。 售价在3-4万元的国产主流单波束测深仪，波束角多为5°-7°。在20米的水深范围下，波束角为7°，圆斑的直径约为2.5米；波束角为5°，圆斑的直径约为1.7米。
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通过上述原理我们就可以得到一个水深点（大致）的深度，如果再在这个测深仪上门接一个RTK来获取GNSS数据，那么就可以得到水下的三维坐标。
# V1 b% `' I' B/ J( \7 e 测深优势
! [( ^6 t/ _6 ? 相对于在船上通过RTK戳到水下的传统测量方式，测深仪在精度上有绝对优势吗？
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2 \4 a1 y7 t9 G% l 我觉得并不见得，由于声速在水中受到温度盐度和压力的影响，不同水深的声速也不一致，当然考虑到声音在水中一般1500米/秒的速度。在内陆50米以内的水深中基本可以忽略不计。 % @. ~ Z" s2 X7 L, a
 在入海口和死水深的水域（矿坑）误差就会有点大，需要用声速剖面仪器来修正数据，当然这种地方正常人也只能用测深仪来测。
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当然测深仪最颠覆的一点是效率，在水下开机就开工作采集数据，在船上或平台上沿着一条直线移动时，它会连续地发射和接收声波，从而得到一系列的水深数据点。这些数据点组成了一条测线。  ; }0 I& A9 W7 E8 D* {# \
理论上，船开得多快，测量的速度就有多快。 1 J: Q. L8 s( i6 z5 W4 Q5 b* }$ T8 }
主流厂家
# s6 `: Q2 {# x4 C 国内做测深仪这种海洋装备的厂家比较多。除了传统测绘仪器厂家南方测绘、华测导航、中海达以外，还有专耕海洋测绘市场的海卓同创、无锡海鹰、星天海洋等。不过除海鹰外，其他两家好像都看不上单波束这点市场，而专注做高端的多波束设备。 * F. o# C. J8 l1 Q7 W& d$ L6 r
性能上，国产单波束只能说可以满足绝大部分需求，测量范围多在500米以内，很少有超过千米的，而且测浅水（1米以下）时感觉效果一般。而海洋测绘装备厂家中的“老大”Kongsberg，其产品测深范围可达到3000米。
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5 ?$ k9 P0 G' t f0 n+ s8 M 测深数据" B, U8 T; |1 x+ p4 s! W
现在各家测深仪后处理基本都是一套流程，由于测深数据是一条条测线，各家通过自己算法过滤掉大部分假水深。  4 X: C% x- E. Y! n6 I" i
然后手动将部分算法未过滤掉的假水深修正到正确的水深线上，然后通过间距采点来导出水底高程点数据。
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) _! W/ @0 q* s ?2 s/ R 最后导出数据如下。  + G2 l/ i8 H# }" V* B9 T
（作者：陈哲宇 单位：广州中海达卫星导航技术股份有限公司） ↓↓ 了解更多产业要闻↓↓- m$ w3 @( Z t' Z0 a' J
请将我设为星标★ 来源：中国地理信息产业协会（转载请注明来源，并在“阅读原文”增加本文链接）编辑：李 娟审核：余 青( W4 j% I' u/ N7 K3 r# G7 z. ?
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