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单波束测深仪原理科普 - 海洋测绘中测深仪测量水深基于什么原理

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大家好,我是南南

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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

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测深原理

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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

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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

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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

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当然这个波束他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,理论上他的角度越小,测深仪精度越高。因为波束打到水底是一个圆斑(有些人也把他叫做脚印),通过这个圆斑内有限面积的回波来计算这个圆斑的水深。一般国产主流价位(三四万)的单波束开角多为5°-7°,在20m的水深范围下,波束角为7°,圆斑的直径将达到2.5m;波束角为5°,圆斑的直径将达到1.7m

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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。

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测深优势

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测深仪相对传统的船上拿RTK戳水下的在精度上有绝对优势吗?

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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米每秒的速度。在内陆50m以内的水深中基本可以忽略不计就是了。

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在入海口和死水深的水域(矿坑)误差就会有点点大,需要用声速剖面仪器(贵的一批)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

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理论上,只要我船开的够快,我测的就有多快,直接效率起飞(只要回波质量可以就随便开)

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主流厂家

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国内做测深仪这种海洋装备的厂家挺多的,除了传统测绘仪器御三家南方测绘,华测导航,中海达以外。

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还有专耕海洋测绘的海卓同创,无锡海鹰、星天海洋等,不过除了海鹰以外其他两家好像都不看得上单波束这点市场,专注做高端的多波束。

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性能嘛国产单波束只能说满足绝大部分要求,测量范围多在五百米以内,很少有超过千米的;而且测浅水(1m以下)感觉一般般。

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玩的花还得看我们海洋产品的老大Kongsberg,不仅测深范围达到3000m(不知道是不是吹nb)

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最让我佩服的是脑洞真他喵的大

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焊个架子搭载八个单波束测深仪,什么多波束测深仪青春版

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测深数据

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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。

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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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最后导出数据,没什么可说的,说不定二十年后也这样,或许集成个AI让他一键处理?

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邢雷
活跃在2026-4-7
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