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单波束测深仪原理 . ]3 O/ [4 b6 D
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。
; U1 V% T& M2 u* ? v 测深原理3 g. W: P& i9 x8 _5 l; m, e
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。 
7 @+ `2 E3 [1 N8 }+ I 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。 % g9 G0 f3 f4 t1 \9 N5 i0 H& x
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。 & e" z9 O2 {1 y; }# }) H
 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。 . |. g1 w9 S7 J6 \! w$ R
测深优势: F& b u% h9 y3 ^0 ?# |
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？ ! K8 W8 l3 C7 h& `
3 m! n# L' G. S/ u% a3 L4 t9 l( K 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。 # _- x0 o0 F% a( S9 w4 q* @2 p
 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。
4 Y4 U% ~+ K, H" @& T/ z( x! D6 @ 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。  / ~2 |' ]& H6 B9 A+ S$ v
理论上，船开得多快，测量的速度就有多快。 4 F& }4 U1 U( z- V v. |
主流厂家
- w; ~8 o6 q& d& D. W3 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。
( O1 d y/ |- Q. e6 p" h& s 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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4 D, i. N0 P" y. B7 | 测深数据" G1 O8 Q, I/ n, k. K) E
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 s+ @+ N( a9 n6 |* ~ 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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5 f8 O7 k( n2 D# h7 U 最后导出数据如下。  ; M& y5 N% ~% i- ^8 B1 b
（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↓↓
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