多波束測深系統(tǒng)，又稱為多波束測深儀、條帶測深儀或多波束測深聲吶等，最初的設(shè)計構(gòu)想就是為了提高海底地形測量效率。與傳統(tǒng)的單波束測深系統(tǒng)每次測量只能獲得測量船垂直下方一個海底測量深度值相比，多波束探測能獲得一個條帶覆蓋區(qū)域內(nèi)多個測量點(diǎn)的海底深度值，實(shí)現(xiàn)了從＂點(diǎn)－線＂測量到＂線－面＂測量的跨越，其技術(shù)進(jìn)步的意義十分突出。

多波束測深系統(tǒng)是一種多傳感器的復(fù)雜組合系統(tǒng)，是現(xiàn)代信號處理技術(shù)、高性能計算機(jī)技術(shù)、高分辨顯示技術(shù)、高精度導(dǎo)航定位技術(shù)、數(shù)字化傳感器技術(shù)及其他相關(guān)高新技術(shù)等多種技術(shù)的高度集成。自70年代問世以來就一直以系統(tǒng)龐大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜和技術(shù)含量高著稱，世界上主要有美國、加拿大、德國、挪威等國家在生產(chǎn)。

同時獲得多個（典型如127，256個）相鄰窄波束的回聲測深系統(tǒng)。測深時，載有多波束測深系統(tǒng)的船，每發(fā)射一個聲脈沖，不僅可以獲得船下方的垂直深度，而且可以同時獲得與船的航跡相垂直的面內(nèi)的多個水深值，一次測量即可覆蓋一個寬扇面。多波束測深系統(tǒng)一般由窄波束回聲測深設(shè)備（換能器、測量船搖擺的傳感裝置、收發(fā)機(jī)等）和回聲處理設(shè)備（計算機(jī)、數(shù)字磁帶機(jī)、數(shù)字打印機(jī)、橫向深度剖面顯示器、實(shí)時等深線數(shù)字繪圖儀、系統(tǒng)控制鍵盤等）兩大部分組成。

測深系統(tǒng)的換能器基陣，由發(fā)射聲信號的發(fā)射陣和接收海底反射回聲信號的接收陣組成。發(fā)射器發(fā)出一個扇形波束，其面垂直于航跡，一般開角為 60°～150°，航跡方向的開角約為0．5°～5°。接收陣接收海底回波信號，經(jīng)延時或相移后后相加求和，形成幾十個或者數(shù)百個相鄰的波束。航跡方向的波束開角一般為1°～3°，垂直于航跡的開角為0．5°～3°。組合發(fā)射和接收波束可得到幾十個或幾百個窄的測深波束。換能器基陣可以直接裝在船底或在雙體船上拖曳。為了保證測量精度，必須消除船在航行時縱橫搖擺的影響，一般采用姿態(tài)傳感器進(jìn)行姿態(tài)修正。

多波束測深系統(tǒng)是利用安裝于船底或拖體上的聲基陣向與航向垂直的海底發(fā)射超寬聲波束，接收海底反向散射信號，經(jīng)過模擬／數(shù)字信號處理，形成多個波束，同時獲得幾十個甚至上百個海底條帶上采樣點(diǎn)的水深數(shù)據(jù)，其測量條帶覆蓋范圍為水深的2一10倍，與現(xiàn)場采集的導(dǎo)航定位及姿態(tài)數(shù)據(jù)相結(jié)合，繪制出高精度、高分辨率的數(shù)字成果圖。

與單波束回聲測深儀相比，多波束測深系統(tǒng)具有測量范圍大、測量速度快、精度和效率高的優(yōu)點(diǎn)，它把測深技術(shù)從點(diǎn)、線擴(kuò)展到面，并進(jìn)一步發(fā)展到立體測深和自動成圖，特別適合進(jìn)行大面積的海底地形探測。這種多波束測深系統(tǒng)使海底探測經(jīng)歷了一個革命性的變化，深刻地改變了海洋學(xué)領(lǐng)域的調(diào)查研究方式及最終成果的質(zhì)量。有些國家自其問世之后，己經(jīng)計劃把所有的重要海區(qū)都重新測量一遍。正因?yàn)槎嗖ㄊ鴹l帶測深儀與其它測深方法相比具有很多無可比擬的優(yōu)點(diǎn)，僅僅近20多年時間，世界各國便開發(fā)出了多種型號的多波束測深系列產(chǎn)品20世紀(jì)60年代初開始，相繼研制了幾種類型的多波束測深系統(tǒng)，最大工作深度200～12000米，橫向覆蓋寬度可達(dá)深度的 3倍以上。多波束測深系統(tǒng)同綜合衛(wèi)星定位系統(tǒng)配合，由計算機(jī)實(shí)時處理標(biāo)繪等深線圖，是70年代末以來海道測量工作的一個突破。

工作原理

多波束測深系統(tǒng)能夠有效探測水下地形，得到高精度的三維地形圖。其工作原理圖如下圖所示。

多波束測深系統(tǒng)的工作原理是利用發(fā)射換能器陣列向海底發(fā)射寬扇區(qū)覆蓋的聲波，利用接收換能器陣列對聲波進(jìn)行窄波束接收，通過發(fā)射、接收扇區(qū)指向的正交性形成對海底地形的照射腳印，對這些腳印進(jìn)行恰當(dāng)?shù)奶幚?，一次探測就能給出與航向垂直的垂面內(nèi)上百個甚至更多的海底被測點(diǎn)的水深值，從而能夠精確、快速地測出沿航線一定寬度內(nèi)水下目標(biāo)的大小、形狀和高低變化，比較可靠地描繪出海底地形的三維特征。

組成部分

典型多波束系統(tǒng)應(yīng)包括3個子系統(tǒng)：

①多波束聲學(xué)子系統(tǒng)包括多波束發(fā)射接收換能器陣（聲納探頭）和多波束信號控制處理電子系統(tǒng)；

②輔助設(shè)備：提供大地坐標(biāo)的DGPS差分衛(wèi)星定位系統(tǒng)、用以提供測量船橫搖、縱搖、艏向、升沉等姿態(tài)數(shù)據(jù)的姿態(tài)傳感器、用以提供所測海區(qū)潮位數(shù)據(jù)的驗(yàn)潮儀、用以提供所測海區(qū)聲速剖面信息的聲速剖面儀等；

③數(shù)據(jù)后處理軟件（典型如Hypack）及相關(guān)軟件和數(shù)據(jù)顯示、輸出、儲存設(shè)備）。

國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

國外相關(guān)產(chǎn)品

淺水多波束（1－500）如Elac公司SeaBeam1185、SIMRAD公司的EM 3000S；

中水多波束（5－2000）如Elac公司SeaBeam3050、SeaBeam3030、SIMRAD公司的EM 30；

深水多波束（5－5000以深）如Elac公司SeaBeam3020、SeaBeam3012、SIMRAD公司的EM 300。

國內(nèi)相關(guān)產(chǎn)品

國內(nèi)最早的多波束測深系統(tǒng)研制開始于二十世紀(jì)80年代中期，該多波束測深系統(tǒng)采用傳統(tǒng)的模擬波束形成技術(shù)，形成25個波束，沿著航跡方向開角為3°，垂直航跡方向開角為2．4°到5°，覆蓋寬度120°。這也是我國最早的多波束測深系統(tǒng)嘗試，但由于當(dāng)時技術(shù)條件的限制未能投入實(shí)際應(yīng)用。2000年后中科院聲學(xué)研究所重點(diǎn)開展了基于相干原理的側(cè)掃聲吶的研究工作，在基于側(cè)掃聲吶的地形地貌探測理論和設(shè)備研制方面取得了重要進(jìn)展。

到二十世紀(jì)90年代初，國家有關(guān)部門從國防安全和海洋開發(fā)的戰(zhàn)略需要出發(fā)，委托哈爾濱工程大學(xué)主持，海軍天津海洋測繪研究所和原中船總721廠參加，聯(lián)合研制了用于中海型的多波束測深系統(tǒng)，該系統(tǒng)屬于用于大陸架和陸坡區(qū)測量的中等水深多波束測深系統(tǒng)，它的工作頻率45kHz，具有左右舷共48個3°×3°的數(shù)字化測深波束，測深范圍10到1000米，覆蓋范圍2到4倍水深（覆蓋寬度126．8°）。該型條帶測深儀的研制成功，使我國成功躋身世界具有獨(dú)立開發(fā)與研制多波束測深系統(tǒng)的少數(shù)國家之列。

2006年，哈爾濱工程大學(xué)成功研制了我國首臺便攜式高分辨淺水多波束測深系統(tǒng)，測量結(jié)果滿足IHO國際標(biāo)準(zhǔn)要求，鑒定專家認(rèn)為其主要技術(shù)指標(biāo)達(dá)到現(xiàn)階段國際同類產(chǎn)品先進(jìn)水平，具有極大的推廣價值。

在＂十一五＂863計劃、國家自然科學(xué)基金等項目的支持下，哈爾濱工程大學(xué)已擁有不同技術(shù)指標(biāo)和特點(diǎn)的HT－300S－W高分辨多波束測深儀、HT－300S－P便攜式多波束測深儀、HT－180D－SW超寬覆蓋多波束測深儀三個型號。其中HT－300S－W高分辨多波束測深儀：小批量生產(chǎn)階段；HT－300S－P便攜式多波束測深儀：小批量生產(chǎn)階段；HT－180D－SW超寬覆蓋多波束測深儀：樣品階段。