多波束系统的参数误差判断及校正
消除系统误差的软件算法的研究
消除系统误差的软件算法的研究 摘要：一般而言，由于测量步骤的不尽完善会引起测量结果的误差，其中有的来自系统误差，有的来自随机误差。随机误差被假设来自无法预测的影响量或影响的随机的时间和空间变异。系统误差和随机误差一样无法删除，但是通常我们可以采用适当的算法来降低系统误差对测量结果的影响。 本文探讨了几种消除系统误差的软件算法。 关键词：系统误差；零位误差；增益误差；非线性校正 Research of Software algorithms to eliminate systematic errors Lou Benyue (School of Information and Electrical Engineering of CUMT,Xuzhou,Jiangsu 221008) Abstract：Generally speaking, measurement errors may be caused by imperfect measurement, some of them come from systematic errors, some from random error. Random error is assumed to come from the impact can not be predicted or influence the amount of random variation in time and space. Systematic error and random error all can not be deleted, but usually we can use appropriate algorithms to reduce system errors on the measurement results. Several software algorithms which can eliminate systematic errors was discussed in this article. Keywords:Systematic error; zero error; gain error; non-linear correction 0引言 系统误差（Systematic error）又叫做规律误差。它是在一定的测量条件下，对同一个被测尺寸进行多次重复测量时，误差值的大小和符号（正值或负值）保持不变；或者在条件变化时，按一定规律变化的误差。 认识系统误差产生原因，重点是系统非线性校正，关键是建立误差模型。我们往往无法预先知道误差模型，只能通过测量获得一组反映被测值的离散数据，利用这些离散数据建立起一个反应被测量值变化的近似数学模型(即校正模型)。 有时即使有了数学模型，例如n次多项式，但其次数过高，计算太复杂、太费时，常常要从系统的实际精度要求出发，用逼近法来降低一个已知非线性特性函数的次数，以简化数学模型，便于计算和处理。因此，误差校正模型的建立，包括了由离散数据建立模型和由复杂模型建立简化模型这两层含义。 1系统误差分析（几个概念的介绍） 系统误差:是指在相同条件下，多次测量同一量时其大小和符号保持不变或按一定规律变化的误差。 恒定系统误差:校验仪表时标准表存在的固有误差、仪表的基准误差等； 变化系统误差:仪表的零点和放大倍数的漂移、温度变化而引入的误差等； 非线性系统误差:传感器及检测电路（如电桥）被测量与输出量之间的非线性关系。 这些方法是较为常用的有效的测量校准方法，可消除或消弱系统误差对测量结果的影响。 2仪器零位误差和增益误差的校正方法
多波束形成技术研究
多波束形成技术研究 陈晓萍 （中国西南电子技术研究所，四川成都610036） 摘要：讨论了跟踪与数据中继卫星系统（TDRSS）中关于多波束形成的算法，优选的有LMS自适应方式和相位调整自适应方式；并简单介绍了波束控制和波束形成的实现。 关键词：TDRSS；多波束形成；LMS自适应算法；相位调整自适应算法 一、前言 随着航天技术的发展，要求测控通信站能高覆盖地对飞船等多个目标进行测控通信。要解决这个问题靠现有地面测控网和业务接收站已不能满足要求，需要建立天基测控通信系统，即跟踪与数据中继卫星系统(TDRSS)。 TDRSS把测控通信站搬移到天上同步定点轨道的中继星上，从上向下观测中低轨卫星、飞船、航天飞机等空间飞行器，从而提高了覆盖率。为了减轻中继星的复杂性和负担，将中继卫星观测到的数据和信息传到地面，由地面中心站进行处理。TDRSS中继星相控阵天线同时与多个用户航天器保持跟踪，地面站到航天器的正向通讯为时分多波束，反向通讯为码分和同时多波束。为了减轻中继星的负担，中继星上只装有形成正向天线波束扫描所需的电调移相器，由地面终端计算并发出指令，调节星上移相器相位，让天线波束以时分方式扫描对准各用户航天器，在对准期间完成正向数传。多个用户航天器送到中继星的反向数传信号在星上进行多波束形成会大大增加中继星的复杂性，反向信号经星上阵列天线接收和变换，各阵元收到的信号用频分多路方式相互隔离送往地面，由地面接收前端将频分多路还原成同频多路阵元输出，交由终端进行相控阵多波束形成处理。所谓波束形成, 就是利用开环控制或闭环自适应跟踪方法，对不同反向到达的信号用不同的权系数矢量对各阵元输出进行幅度和相位加权, 使各阵元收到的同一用户信号在合成器中得以同相相加, 输出信号最大, 干扰和噪声最小。当存在多个目标时, 地面终端利用码分多址方法和利用多个波束形成器并行地完成各目标的波束合成处理完成各用户的数传与测控。 二、多波束形成算法 数据中继卫星系统在多址方式下，服务对象一般分布在较低的地球轨道上，当用户星离地面的轨道高度在3 000 km以下时，中继星各阵元波束宽度只要26°就可覆盖地球周围的所有用户星。 当用户星以最大速度10 km/s运动,用户星穿过3.5°宽的合成波束所需的时间最短为205 s，所以中继星跟踪用户星所需的波束移动角速度是很小的。假定波束移动步进量为阵合成波束宽度3.5°的5％即0.175°，波束步进间隔时间长达10.5 s。只要计算机能在10.5 s 内依据用户星位置更新相控阵的相位加权系数，就会使合成波束移动并时刻对准目标。 按照目标的捕获与跟踪过程，多波束形成应有3种工作方式：主波束控制方式（开环）、扫描方式（开环）及自跟踪方式（闭环）。 当有先验信息如根据目标的轨道方程计算出目标在空中的当前位置时，可采用开环的主波束控制方式, 由用户星的实时俯仰角和方位角，计算机算出加权系数矢量，送到多波束处理器完成波束加权合成。用户星相对中继星来说角度移动缓慢，随着用户星的移动，计算机实时逐点计算出权系数矢量，可维持主波束的开环跟踪。主波束控制方式一般用于目标的初始捕获，完成后进入自动跟踪状态。 如果没有先验信息不知道目标的起始位置，可以采用波束扫描方式，根据事先制定的空
两种深水多波束测深技术的对比
刘方兰余平肖波罗伟东 （广州海洋地质调查局广州 510760） E-mail：lflhome@https://www.wendangku.net/doc/f65394330.html, 摘要：近年来，在深水进行多波束水深测量使用最多的是SeaBeam2112系统和EM120系统。本文作者根据这两套系统在相同海域的实测资料，进行了数据密度、地形剖面以及不同比例尺成果图的对比，两套不同系统在深水测量具有较好的一致性，但EM120系统测量数据相对密度较大，分布均匀，可以绘制更大比例尺地形图。 关键词：EM120 SeaBeam 多波束测深比较 中图分类号： P24 至2006年底，我国海域200m以深海域已经完成了大约80％面积的多波束全覆盖水深测量，主要使用的测深系统有SeaBeam2112、SeaBat 8150以及EM120系统。随着国土资源大调查项目的开展，深水海域多波束水深测量仍将继续进行。目前，多波束测深技术的已经普及，专业海洋调查船一般都会固定安装的多波束测深系统，而且多波束测深技术还在不断发展与更新，这样，用于水深测量的多波束系统的种类还会越来越多。不同种类的多波束系统的实际测量效果如何？它们的测量精度如何？它们的测量结果有何区别？这些都是我们关心的问题。本文利用2004年6月SeaBeam2112和Em120两套多波束系统在南海北部相同海域测量资料，对两系统测量数据密度、测量精度以及成果图等进行了比较。 1.深水多波束系统简介 测深范围在5000m以上的深水多波束测深系统主要有SeaBeam系列、EM系列、SeaBat 系列和DS系列四种，我国目前拥有其中前三个系列的深水系统：SeaBeam 2112系统、EM120多波束系统和SeaBat8150系统。SeaBeam2112多波束系统是美国SeaBeam公司声纳技术军转民的第二代产品，工作频率12kHz，测量水深10～11000m，波束大小为2.0°×2.0°，最大波束数151个。80年代以来，SeaBeam2112系列多波束系统大量应用于海洋地形地貌测量。EM120多波束系统是Kingsberg Simrad公司90年代中后期产品，工作频率与测深范围与SeaBeam2112系统一样，波束大小有1°×1°～2.0°×2.0°，最大条幅开角140°，最多可以接收191个波束。由于该系统良好的的技术性能，很快成为全球海洋测量使用较多的深水多波束系统，目前在世界上拥有最多的用户。新的SeaBat8150系统技术指标相对其他系统，其深水测量的分辨率具有明显的优势，但因国内用户少，没有实际应用的资料。 广州海洋地质调查局于1994年在国内率先引进SeaBeam2112多波束系统，安装于“海洋四号”船上。多年来，“海洋四号”船多波束测深的范围遍及南海、东海、太平洋，覆盖的面积超过了40万平方公里，取得了大量的实际资料，特别是在南海，由于使用了差分GPS 定位，多波束测量资料精度高，质量可靠。中国大洋协会属下“大洋一号”科学考察船早期于1995安装了同样的SeaBeam系统，但2003年把SeaBeam2112系统更新为现在的EM120系统，2004年已经正式投入使用。国内还有一些海洋调查和研究机构也装备有不同型号的深水或中深水多波束系统，但公开的资料少，特别是很少有可进行对比的测量资料。2004年6月，拥有EM120系统的德国太阳号来到南海进行调查，为SeaBeam2112、EM120这两套深水多波束系统的实测对比提供了条件。
消除系统误差的方法
减少系统误差的方法 消除或减少系统误差有两个基本方法。一就是事先研究系统误差的性质与大小,以修正量的方式,从测量结果中予以修正;二就是根据系统误差的性质,在测量时选择适当的测量方法,使系统误差相互抵消 而不带入测量结果。 1、采用修正值方法 对于定值系统误差可以采取修正措施。一般采用加修正值的方法。对于间接测量结果的修正,可以在每个直接测量结果上修正后,根据 函数关系式计算出测量结果。修正值可以逐一求出,也可以根据拟合曲线求出。应该指出的就是,修正值本身也有误差。所以测量结果经修正后并不就是真值,只就是比未修正的测得值更接近真值。它仍就是被测量的一个估计值,所以仍需对测量结果的不确定度作出估计。 2、从产生根源消除 用排除误差源的办法来消除系统误差就是比较好的办法。这就要求测量者对所用标准装置,测量环境条件,测量方法等进行仔细分析、研究,尽可能找出产生系统误差的根源,进而采取措施。 采用专门的方法 （1）交换法:在测量中将某些条件,如被测物的位置相互交换,使产生系统误差的原因对测量结果起相反作用,从而达到抵消系统 误差的目的。如用电桥测电阻,电桥平衡时,R X=R0(R1/R2),保持 R1、R2不变,把Rx、R0的位置互换,电桥再次平衡时,R0变成R’,
此时Rx=R0’(R2/R1)。于就是有Rx=R0`(R2/R1),由此算出的 Rx就可以消除由R1、R2带来的系统误差。 (2)替代法:替代法要求进行两次测量,第一次对被测量进行测量,达 到平衡后,在不改变测量条件情况下,立即用一个已知标准值替代被 测量,如果测量装置还能达到平衡,则被测量就等于已知标准值。如果不能达到平衡,修整使之平衡。替代法就是指直截了当地测定物理量的方法。如:利用精密天平的称重。设待测重量为x ,当天平达到平衡时所加砝码重量为Q ,天平的两臂长度各为l1 与l2 ,平衡时有x = Q ·l2/ ll 。再用已知标准砝码P 代替x , 平衡时有P = Q ·l2/ l1 ,得到x = P。若用标准砝码置换未知重量后,天平失去平衡,需加一差值△P , 才出现平衡, 这时有P + △P = Q ·l2/ l1 ,所以x = P + △P( △P 可正可负) 。这样就可消除由于天平两臂不等而带来的系统误差。 (3)补偿法:补偿法要求进行两次测量,改变测量中某些条件,使两次 测量结果中,得到误差值大小相等、符号相反,取这两次测量的算术平均值作为测量结果,从而抵消系统误差。如读数显微镜、千分尺等都存在空行程,这就是系统误差,设其为l,为消除这一误差,可从两个方向分别读数,第一次顺时针旋转,读得数据为L1,则被测量长度D 为:D=L1+l:第二次逆时针旋转读得数据为L2,则被测量长度为 D=L2-l,于就是D=(L1+L2)/2,这样系统误差l被消除,某些不等位电势、温度引起的温差电势、磁场对磁电系仪表的影响等也可以用这种办法来消除。
误差校正步骤
MapGis误差校正 误差校正的意义 在图件数字化输入的过程中，通常由于操作误差，数字化设备精度、图纸变形等因素，使输入后的图形与实际图形所在的位置往往有偏差，即存在误差。 因图纸变形和数字化过程的随机误差所产生的影响，必须经过几何校正，才能消除。 因此，误差校正操作系统的操作对象是由图形矢量化后形成的Mapgis可识别的点、线、面等Mapgis文件。误差校正就是利用已知的理论标准文件，对矢量化后得到的Mapgis文件进行校正，使Mapgis文件获得与理论标准文件同样的坐标参数和精度。 误差校正与镶嵌配准的不同之处：误差校正的操作对象是由对图片矢量化后形成的Mapgis可识别的点、线、面等Mapgis文件；而镶嵌配准的操作对象是图片文件msi文件。 误差校正与镶嵌配准的相同之处：无论是误差校正还是镶嵌配准操作，都需要有作为参照的标准文件；操作过程中，都需要找对找准控制点。 总之，可以这样说，误差校正的处理能力比不上镶嵌配准处理能力，因为图片文件中包含多种要素，若是存在图片文件的标准文件，对图片文件进行镶嵌配准之后，得到校正后的图片文件msi文件，这个文件是含有坐标参数和精度的msi文件，对其矢量化后形成的点、线、面等Mapgis文件，也就含有相应的坐标参数和精度，就不用再进行误差校正了。若是没有图片文件的标准文件，就只能先对图片文件中的要素进行矢量化，之后再对矢量化后的文件，找到其标准文件，并进行误差校正。每张图片包含多种要素，若是不对图片进行镶嵌配准，可能需要多次误差校正，每次矢量化都需要进行误差校正：有时只需要图片某个要素时，只对其进行矢量化，然后进行误差校正，而用到别的要素时，还得再对这个要素矢量化，然后还得再进行误差校正。但是，若是对图片文件msi文件进行镶嵌配准了，就不必每次矢量化后，再进行误差校正了。 误差校正举例如下：蔚县1：10万底图中缺少高程点，需要对图片蔚县底图.msi中的高程点进行矢量化，之后对矢量化后得到的文件进行误差校正。 做图思路如下：由于需要进行误差校正操作，所以得考虑选好控制点、需要有作为参照的理论标准图框。控制点选择公里网的交叉点，并使其在蔚县周边均匀分布，为此，不但对高程点矢量化，而且还要对蔚县周边公里网交叉点进行矢量化；作为参照的理论标准图框是1：10万的蔚县底图的边框，这个不用重新生成标准图框了。 1、建立高程点文件，对高程点进行矢量化，得到高程点.wt文件。
非线性误差校正方法
非线性误差校正方法 1、网格尺寸为26” X 20”，x方向为26”，y方向为20”。以下示图与Campost中网格方向 一致。 y A(0,20) x方向D(26,20) 2、非线性误差校正是通过改变固定位置的偏移量来达到校正的效果。具体描述如下： 偏移量offset(x, y)的单位换算：1 = 0.5mil； 偏移量的正负：正值代表缩短；负值代表拉长； B点为圆点，不存在偏移量offset。 方向拉长万分之一 y方向拉长万分之一 如上图要求校正： y方向拉长万分之一，即20000 X 0.0001 = 2mil 对应偏移量的值为4； x方向拉长万分之一，即26000 X 0.0001 = 2.6mil 对应偏移量的值为5.2.。 给出A, C, D 三点座标如下： A(0,20) --- A.offset(e, -4) C(26,0) --- C.offset(-5, e) D(26,20) --- D.offset(-5, e) 偏移量的值只能取整数，偏移量为e表示程序自动计算。 同理可得缩短的校正方法。 3、矩形的校正 点向下移动1mil
如上图要求校正，给出A, C, D 三点座标如下：A(0,20) --- A.offset(e, e) C(26,0) --- C.offset(e, 2) D(26,20) --- D.offset(e, 2) 第一步确保B点即原点对齐，然后对准A点；C,D两点相对A,B两点向上，偏移量给正值；C,D两点相对A,B两点向下，偏移量给负值； 4、综合2、3两部的校正 给出A, C, D 三点座标如下： A(0,20) --- A.offset(e, -4) C(26,0) --- C.offset(-5, 2) D(26,20) --- D.offset(-5, -2) D点的y值= A点的y值+ C点的y值
多波束数据
Processing of High-Frequency Multibeam Echo Sounder Data for Seafloor Characterization Laurent Hellequin,Jean-Marc Boucher ,Member,IEEE ,and Xavier Lurton Abstract—Processing simultaneous bathymetry and backscatter data,multibeam echosounders (MBESs)show promising abilities for remote seafloor characterization.High-frequency MBESs pro-vide a good horizontal resolution,making it possible to distinguish fine details at the water–seafloor interface.However,in order to accurately measure the seafloor influence on the backscattered en-ergy,the recorded sonar data must first be processed and cleared of various artifacts generated by the sonar system itself.Such a preprocessing correction procedure along with the assessment of its validity limits is presented here and applied to a 95-kHz MBES (Simrad EM1000)data set.Beam pattern effects,uneven array sen-sitivities,and inaccurate normalization of the ensonified area are removed to make possible further quantitative analysis of the cor-rected backscatter images.Unlike low-frequency data where the average backscattered energy proves to be the only relevant fea-ture for discriminating the nature of the seafloor,high-frequency MBES backscatter images exhibit visible texture patterns.This ad-ditional information involves different statistical distributions of the backscattered amplitudes obtained from various seafloor types.Non-Rayleigh statistics such as -distributions are shown to fit correctly the skewed distributions of experimental high-frequency data.Apart from the effect of the seafloor micro-roughness,a sta-tistical model makes clear a correlation between the amplitude sta-tistical distributions and the signal incidence angle made available by MBES bathymetric abilities.Moreover,the model enhances the effect of the first derivative of the seafloor backscattering strength upon statistical distributions near the nadir and at high incidence angles.The whole correction and analysis process is finally applied to a Simrad EM 1000data set. Index Terms—Backscatter model,-distribution,multibeam echo sounder (MBES),seafloor classification. I.I NTRODUCTION M ANY marine activities (marine geology,commercial fishing,offshore oil prospecting and drilling,cable and pipeline laying and maintenance,and underwater warfare)need tools and methods to remotely characterize the seafloor.Modern swath-mapping sonars are well designed for this task;they have quickly evolved upwards over the last 40years and nowadays are beginning to meet most of the requirements needed to reliably characterize the seafloor.Among the ex-isting acoustical mapping systems,multibeam echo sounders (MBESs)are currently the main focus of attention because of their ability to provide both a bathymetric map and a backscatter image of the surveyed area. Manuscript received February 5,2001;revised June 11,2002. L.Hellequin and X.Lurton are with IFREMER,TMSI/AS,Technop?le Iroise,BP 70,29280Plouzané,France. J.-M.Boucher is with ENST Bretagne,BP 832,29285Brest Cedex,France.Digital Object Identifier 10.1109/JOE.2002.808205 Usually installed under a ship’s hull,an MBES transmits a sound pulse inside a wide across-track and narrow along-track angular sector;then a beamforming process simultaneously cre-ates numerous receiving beams steered at different across-track directions.This spatial filtering allows us to pick up echoes coming from adjacent seafloor portions independently.One sounding is accurately computed inside each beam by simulta-neously measuring the beam steering angle and the echo travel time,according to various estimation methods based on either amplitude or phase.A high density of sounding points is thus generated along the survey swath,and new “pings”are trans-mitted as the ship proceeds on her way.Taking into account the ship’s navigation and attitude,the data from successive pings are finally gridded together in order to create an accurately georeferenced digital terrain model (DTM). In addition to measuring the echo travel times and angles for bathymetry,an MBES also records the echo amplitudes con-taining information about the nature and geoacoustical proper-ties of the seafloor.The echo amplitude is typically remapped to a color or gray scale and forms a coregistered backscatter image.The short pulse length provides the high resolution needed for imaging seafloor backscatter with a sufficient amount of details.For low-resolution MBESs (working in deep water at lower frequencies,typically 12kHz [1]),it seems that the mean backscattering strength (BS),recorded as a function of the incident angle,is the only measured parameter usable to characterize the interface acoustical properties [2].However,for MBESs with better resolution (designed for shallow depths with higher frequencies,typically 100kHz [3]),more infor-mation is available from the backscattered signals for a better seafloor characterization. A typical example of a BS image with a good resolution (Fig.1)shows various textures and spatial organizations of pixels that are clearly related to variations in the nature of the seafloor.In addition to its average level,the BS variability within subareas makes it possible to improve seafloor character-ization using statistical techniques [4],[5].Better classification results are expected when the MBES characteristics (frequency,beamwidth,and incidence angle)and an appropriate BS model are used to refine the analyses. Analyzing a backscatter image in detail reveals several arti-facts that degrade the image and corrupt BS measurements.The strong specular echo,causing a high-level line under the ship’s track,is linked to the backscattering physics and is not to be considered,properly speaking,as an artifact;however,it is a pe-nalizing feature,quite difficult to erase from sonar images.The main artifact comes from the directivity patterns of arrays used for the signal transmission and reception,that are usually not 0364-9059/03$17.00?2003IEEE
mapgis误差校正(精)
第六讲误差校正 一、误差校正子系统功能概述 机助制图是用计算机来实现制图，将普通图纸上的图件，转化为计算机可识别处理的图形文件。现代计算机技术和自动控制技术的发展，使机助制图技术发展很快。机助制图主要可分为编辑准备阶段、数字化阶段、计算机编辑处理和分析实用阶段、图形输出阶段等。在各个阶段中，图形数据始终是机助制图数据处理的对象，它用来描述来自现实世界的目标，具有定位、定性、时间和空间关系（包含、联结、邻接）的特征。其中定位是指在一个已知的坐标系里，空间实体都具有唯一的空间位置。但在图件数字化输入的过程中，通常由于操作误差，数字化设备精度、图纸变形等因素，使输入后的图形与实际图形所在的位置往往有偏差，即存在误差。个别图元经编辑、修改后，虽可满足精度，但有些图元，由于位置发生偏移，虽经编辑，很难达到实际要求的精度，此时，说明图形经扫描输入或数字化输入后，存在着变形或畸变。出现变形的图形，必须经过误差校正，清除输入图形的变形，才能使之满足实际要求。 图形数据误差可分为源误差、处理误差和应用误差3种类型。源误差是指数据采集和录入过程中产生的误差，如制图过程中展绘控制点、编绘或清绘地图、制图综合、制印和套色等引入的误差，数字化过程中因纸张变形、变换比例尺、数字化仪的精度（定点误差、重复误差和分辨率）、操作员的技能和采样点的密度等引起的误差。处理误差是指数据录入后进行数据处理过程中产生的误差，包括几何变换、数据编辑、图形化简、数据格式转换、计算机截断误差等。应用误差是指空间数据被使用过程中出现的误差。其中数据处理误差远远小于数据源的误差，应用误差不属于数据本身的误差，因此误差校正主要是来校正数据源误差。这些误差的性质有系统误差、偶然误差和粗差。由于各种误差的存在，使地图各要素的数字化数据转换成图形时不能套合，使不同时间数字化的成果不能精确联结，使相邻图幅不能拼接。所以数字化的地图数据必须经过编辑处理和数据校正，消除输入图形的变形，才能使之满足实际要求，进行应用或入库。 一般情况下，数据编辑处理只能消除或减少在数字化过程中因操作产生的局部误差或明显误差，但因图纸变形和数字化过程的随机误差所产生的影响，必须经过几何校正，才能消除。由于造成数据变形的原因很多，对于不同的因素引起的误差，其校正方法也不同，具体采用何种方法应根据实际情况而定，因此，在设计系统时，应针对不同的情况，应用不同的方法来实施校正。 从理论上讲,误差校正是根据图形的变形情况，计算出其校正系数，然后根据校正系数，校正变形图形。但在实际校正过程中，由于造成变形的因素很多，有机械的、也有人工的，因此校正系数很难估算。比如说，数字化后的图是放大了，还是缩小了，放大或缩小了多少倍，是局部变形还是整体变形，是某些图元与实际不符还是整个图形都发生了畸变等等。如果某个图元本是四边形，可由于输入误差，成为三角形，那么这个是不是也该进行误差校正
多波束勘测系统工作基础学习知识原理及其结构
第二章多波束勘测系统工作原理及结构 多波束系统是70年代兴起、80年代中、末期又得到飞速发展的一项全新的海底地形精密勘测技术。它是当前兴趣的焦点，因为它既有条带测深数据，又同时可获取反映底质属性的回波强度数据(Laurent Hellequin et al.,2003)。该技术采取广角度定向发射和多通道信息接收，获得水下高密度具有上百个波束的条幅式海底地形数据，彻底改变了传统测深技术概念，使测深原理、勘测方法、外围设备和数据处理技术诸方面都发生了巨大变化，大大提高了海底地形勘测的精度、分辨率和工作效率，实现了测深技术史上的一次革命性突破（李家彪等，2000）。多波束系统的工作原理与传统的单波束回声测深仪工作原理类似，都是根据声波在水下往返传播的时间与声速的乘积得到距离，从而得到水深。不同的是单波束测深仪一般采用较宽的发射波束（8°左右）向船底垂直发射，声传播路径不会发生弯曲，来回的路径最短，能量衰减很小，通过对回声信号的幅度检测确定信号往返传播的时间，再根据声波在水介质中的平均传播速度计算测量水深。在多波束系统中，换能器配置有一个或者多个换能器单元的阵列，通过控制不同单元的相位，形成多个具有不同指向角的波束，通常只发射一个波束而在接收时形成多个波束。除换能器天底波束外，外缘波束随着入射角的增加，波束在倾斜穿过水层时会发生折射，同时由于多波束沿航迹方向采用较窄的波束角而在垂直航迹方向采用较宽的覆盖角，要获得整个测幅上精确的水深和位置，必须要精确地知道测量区域水柱的声速剖面和波束在发射和接收时船的姿态和船艏向。因此，多波束测深在系统组成和测量时比单波束测深仪要复杂得多（周兴华等，1999）。 §2.1 多波束勘测系统的工作原理 2.1.1 单波束的形成 2.1.1.1 发射阵和波束的形成 一个单波束在水中发射后，是球形等幅度传播，所以方向上的声能相等。这种均匀传播称为各向同性传播（isotropic expansion），发射阵也叫各向同性源（isotropic source）。例如，一个小石头扔进池塘时就是这种情况，如图2.7所示。
多波束测深系统声速校正
多波束测深系统声速校正 3 何高文 (广州海洋地质调查局二海,510760) 摘要 海水声速是多波束测深系统进行水深测量的基本参数之一,声速剖面正确与否直接影响测量结果的精度和可靠性。本文阐述了声速对多波束水深测量的影响机理,并通过对南海SA 12试验区采集的声速资料的分析,以SeaBeam 2100多波束测深系统为例,对声速校正的技术方法进行了探讨。 关键词 海洋 声速校正 多波束测深 SeaBeam 2100测深系统中图分类号:P 73312 文献标识码:B 前言 自1994年原地矿部引进第一套多波束测深仪(SeaB eam 2100系统,安装于“海洋四号”船)以来,我国先后引进了多套深、浅水多波束测深系统,在大洋矿产资源调查和目前正在开展的近海大陆架及专属经济区的地形勘测中,发挥了巨大作用,引发了一场海底地形测量的革命,为有效地维护国家权益和即将开展的海域划界作出了很大贡献。 如何保证测量数据的精度及其可靠性,是任何测量仪器必须关注的问题,多波束测深仪也不例外。作为一种有别于传统单波束测深仪的水深测量仪器,影响多波束测深数据的因素 有很多,其中海水声速(简称“声速” )是重要的因素之一。下面以SeaB eam 2100系统为例,探讨声速对多波束测量数据的影响以及声速校正的技术方法。 由于SeaB eam 多波束测深系统的水深测量值是根据发射声波的往返时间与声波在海水中的传播速度来确定的,因此,及时为系统提供当时当地准确的声速值是获取可靠水深测量数据的基本保证之一;此外,多波束测深系统对所输入的声速数据量有一定的限制,不同的数据取点,也将对测量结果产生影响。与传统的单波束测深仪相比,多波束测深仪对声速的要求更为严格(见后述)。所以,为了获得准确可靠的多波束测深数据,必须进行声速校正。通过对南海SA 12试验区海水声速系统测量结果的研究,获得了声速变化规律的认识,从而为SeaB eam 系统的声速校正提供科学依据。 1 声速影响因素 海洋中的声速是一个比较活跃的海洋学变量,它取决于介质中的许多声传播特性,随季 收稿日期:2000204220第19卷 第4期2000年12月 海 洋 技 术O CEAN T ECHNOLO GY V o l 119,N o 14 D ec,2000
多波束天线
多波束天线综述 多波束天线(MBA———Multiple Beam Antenna)由于其能够高增益地覆盖较大的地面区域而且又能根据需要调整波束形状而得到深入研究和广泛于卫星通信系统。多波束天线是能够同时产生多个子波束(点波束),从而覆盖地面上所关心的区域的天线系统,根据不同的通信需要,子波束和总波束的关系大致可分为几种情况:固定区域点波束覆盖,非固定区域点波束覆盖和赋形束覆盖。多波束天线与传统天线不同，它只在指定的区域有较高的增益值，而在其他地方增益很低，所以能减少覆盖区域外地面站对多波束系统造成的干扰，提高系统的频谱利用率和信道容量，提供有效全辐射功率和接收系统品质因素G/T值，并使卫星地面站终端设备得到简化和降低成本。另一方面，由于地球的曲率，卫星覆盖下的区域到达卫星的路径并不相等，星下点路径最短，远离星下点的区域路径较远，这就引起了远近效应的问题对于通信卫星系统而言，等通量覆盖是保证系统性能稳定的关键因素之一而这恰恰是多波束天线的优势因为多波束天线是通过几个高增益的窄波束合成一个等效的高增益宽波束，所以可以通过调整每个波束的增益大小，实现对地面的等通量覆盖。 (1)固定区域点波束覆盖： 固定区域点波束覆盖是指所有的点波束彼此独立地照射地面上不同的固定区域,总的波束则覆盖有关国家和地区,这种点波束方式往往用于同步卫星通信系统,近年来也应用于同步卫星通信系统,称为所谓“凝视天线”。这种系统,当卫星移动时,天线始终照射着某一固定区域并保持波束覆盖图不变,直到该区域边缘的仰角小于最小仰角。 (2)赋形束覆盖 赋形束覆盖是指点波束在地面上相互迭加,得到的辐射方向图形成所需要的图形─赋形束,这种方式也往往用于同步卫星通信系统.赋形束的概念在二十多年前就提出来了,其天线由反射面和单个馈元或由少量的馈元组成的馈元阵组成(后者可以看成多波束天线).任何形状的方向图都可以通过设计反射面的形状,在光学口面产生所需的振幅和相位分布来实现,而
EM950多波束系统简介
Simrad EM950多波束测深系统及其相关设备的简介 刘胜旋 （广州海洋地质调查局第二海洋地质调查大队510760） 摘要本文主要介绍挪威Simrad公司的EM950型多波束测深系统，对系统的各个关键部件如换能器、底部检测单元、操作单元等进行了较为详细地介绍，同时还对系统参数测试的步骤进行了详细的描述，最后是与系统相配套使用的其它相关设备。 关键词Ping(声脉冲)，陶瓷感应棒（ceramic stave）,Pitch，Roll，Swath(条幅)，OPU，DPU 一引言 多波束测深(Multibeam Echo Sounding)系统的出现，为研究海底地形地貌、寻找沉没于水中的飞机船舰、进行水下考古、铺设海底管线、航道岸提测量、工程疏浚的土方计算等一系列工作提供了可靠的手段。为了顺利完成“我国专属经济区和大陆架勘测”专项（简称“126”专项），我国多家从事海洋地质研究的单位于1998年从挪威Simrad 公司分别引进了多套EM系列多波束测深系统。其中国土资源部（原地矿部）广州海洋地质调查局引进了一套EM950型及一套EM3000型的多波束测深系统。现结合一年来的使用经验系统地介绍一下EM950型多波束测深系统的技术指标、工作性能、各种参数的校正及相关设备等内容。 二Simrad EM950多波束测深系统 (一)基本技术指标 Simrad EM950 是一种高分辨率海底地形测深系统。它的主要技术指标为：发射频率：95kHz 脉冲宽度：0.2ms 测深范围：探头以下3－400米 波束宽度： 2.3°×3.3° 覆盖宽度：最高可达7.4倍水深 波束数：120个（每个脉冲60个） 测深精度：15cm或0.25%水深 EM950采用95 kHz的发射频率，这个频率兼顾了在海水和淡水中的工作能力。其在海水中的吸收系数大约为30dB/km，当所测水深大于140m时，可以得到1000m的水平覆盖宽度。在淡水的吸收系数大约为2—3dB/km。当在河口或河口附近等含有大量泥沙的水域中工作时，因其发射频率的特殊性，它的测程并不会因吸收衰减而受到太大的影响，但会因
多波束系统操作流程
R2Sonic 20XX 多波束操作流程 一、参照如下配置清单： 二、连接示意图如下： 1 表面声速探头 2024 换能器
三、操作流程 1．前期准备 了解测区概况，包括测区的水文、潮汐和地质情况，测区中央子午线、投影及坐标转换参数等内容。 2. 设备安装 如上图所示，将多波束和表面声速探头安装到导流罩上，并通过安装杆固定到船上，要保证船在航行的过程中，多波束安装杆不能抖动，否则无法保证数据的准确性。
3. 系统接线 安装GPS及光纤罗经Octans，按照连接示意图，完成多波束及辅助设备的连接。 4. 系统供电 PC开机，GPS、Octans和SIM(多波束声纳接口单元)通电。 5. 声速剖面测量 测量船开到测区，停船。参照说明书《MinosX用户使用手册》，测量声速剖面。 6. 运行R2Sonic.exe多波束控制软件，参照说明书《Sonic 2024 使用指南》。 如果SIM盒上没有外接表面声速探头，则在Settings->Ocean settings…，勾选Sound velocity，输入探头所在深度的声速值，SVP的指示灯显示为黄色。 如果SIM盒上没有外接姿态数据（TSS1格式，100hz），且Settings->Sensor settings…，Motion的Interface选择Off，那么，MRU显示为灰色。 一定要保证GPS、PPS的指示灯为绿色，时间显示为格林威治时间，否则，表明时间没有同步，不能进行下一步操作。 调整Power，Gain等参数，保证水深条带数据的质量。Sonic control 2000软件在测量的过程中一直开着，并观察数据质量。