2026维新课堂 | 深水多波束测深系统的技术进展及未来发展方向

　　一、技术现状与代表性系统
 

　　深水多波束测深系统已形成12–16 kHz低频、全海深覆盖的产品谱系，典型作业覆盖宽度可达5.5–6倍水深，单次发射可形成数百个波束，测深精度普遍达到约0.2%水深量级，并具备实时姿态稳定、近场自动聚焦、水体成像/后向散射等能力。
  

　　二、关键技术进展
 

　　宽带与多频体制
 

　　由传统CW向LFM/Barker等宽带波形演进，兼顾距离分辨率与信噪比；多频并发/切换有助于同时优化穿透力与细节分辨，并支撑多任务(地形/底质/水体)一体化观测。
 

　　波束形成与阵列处理
 

　　从常规数字波束形成(DBF)扩展到高阶/自适应波束形成，在强噪声与干扰环境下提升边缘波束质量与方位估计精度；结合近场自动聚焦改善浅水至深水过渡区的脚印与分辨率一致性。
 

　　全姿态实时稳定与电子波束转向
 

　　发射/接收波束的艏摇/横摇/纵摇实时补偿成为标配，支持大扇区与高动态海况下的稳定覆盖；部分系统实现发射三维姿态稳定与接收横摇稳定，显著减少航迹弯曲与条带撕裂。
 

　　水体与底质一体化
 

　　强化水柱成像(羽状流/气体渗漏探测)、后向散射与沉积物特征提取，支撑海底资源与地球物理多参数反演；多系统已具备实时三维地形与水体显示能力，缩短从采集到决策的链路。
 

　　处理与成图智能化
 

　　从“能量中心”检测走向加权时间平均+相位差等复合检测，结合TOA/DOA联合估计与多子阵方法，提高弱回波与外侧波束的稳健性；后处理向自动化质量控制（QC）、标准化成图与不确定性评估发展。
 

　　三、精度与误差控制的关键环节
 

　　声速剖面与折射改正
 

　　深水声线弯曲显著，需融合表面声速计与全海深CTD剖面，采用声线跟踪与折射改正；IHO对测深准确性有明确规范，声速是精度控制的首要因素。
 

　　运动与安装误差校正
 

　　通过横摇/纵摇/艏摇补偿与安装偏差(横摇、电罗经、导航延迟)标定，抑制条带系统性形变与位置偏移；典型横摇偏差收敛目标可达约0.025°量级。
 

　　潮位与吃水改正
 

　　结合验潮/卫星测高与换能器吃水动态监测，统一到法定基准面，确保跨海区/跨时相数据的可比性。
 

　　多普勒效应修正(中深水长脉冲/LFM)
 

　　长脉冲模式下需对TOA时延与DOA入射角进行多普勒频偏/时变补偿；基于IMU速度/加速度与表面声速的插值修正，可显著提升恶劣海况下的底检测与定位精度。
 

　　四、未来发展方向
 

　　更高分辨率与更大覆盖的兼顾
 

　　通过阵元级设计、合成孔径思想与多频融合，在保持6×水深级覆盖的同时提升厘米–分米级空间分辨率与外侧波束可用性，满足复杂地形与小尺度目标(如管道、沉船)精细测绘需求。
 

　　智能化采集与云端处理
 

　　面向无人船/无人潜器的自决策参数自适应、在线QC与边缘计算；构建云-边-端一体化链路，实现实时成图、异常检测与任务复盘闭环。
 

　　多传感器融合与多物理场协同
 

　　与侧扫声呐、浅地层剖面、激光雷达、热红外、磁力仪与InSAR/卫星测深协同，开展地形—底质—流体—构造多物理场联合反演，服务海底工程安全、资源勘查与碳封存监测等场景。
 

　　国产装备与工程化应用
 

　　国产系统已在~500 m级实现高清三维成像并满足IHO特级精度与国内规范，正由近海走向深远海；通过核心传感器、算法与软件平台的持续攻关，提升可靠性、可维护性与全寿命周期成本表现，支撑常态化深海测绘与重大工程。