专利名称：单波束测深仪检测方法
技术领域：
本发明涉及海洋测绘技术领域，具体涉及一种单波束测深仪检测方法。
背景技术：
单波束测深仪是水道测量、海洋调查、国防应用与研究、海底地形地貌测量等领域的主要仪器，近年来，单波束测深仪在国内许多部门和单位大量引进、广泛使用，并且发挥了巨大的作用。但是，因为缺乏实验室计量检测手段，且无统一规范，大多数单波束测深仪无法进行规范有效的检测及校准，使观测数据的准确性和可信度受到严重影响，所获取的数据资料存在很大的质量隐患。因此，发明人想提供一种实用、有效的单波束测深仪检测方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种单波束测深仪检测方法，以解决测深数据的准确性和可信度较差的技术问题。本发明为了实现上述目的，采用的技术解决方案是单波束测深仪检测方法，包括测深不准确度检测，具有(一)内符合精度静态稳定性测试、(二)内符合精度动态航行测试、(三)外符合精度静态稳定性测试、(四)外符合精度动态航行测试；(一)内符合精度静态稳定性测试在水深大于5米的位置放置单波束测深仪的换能器，先进行声速测量，将编辑好的声速剖面文件输入到单波束测深仪中，测试中单波束测深仪连续开机时间8小时以上，每隔15分钟比对一次水深，水深比对差是后面测深值与以首次测量值为基准求差，水深比对差的限差应在2倍测深中误差以内，计算测深标准偏差，并记录水深比对差值超限的个数，每隔I小时测定电压，在测深过程中单波束测深仪电源电压的变化不得超过额定电压的10%，记录单波束测深仪的以下三个参数功率、增益、及脉宽，测深标准偏差按下式计算
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V W-I(I)式(I)中，i=l η，比为第i次测深值，A为测深算术平均值；(二)内符合精度动态航行测试将单波束测深仪的换能器垂直放置，测试时航速控制在6海里/小时以下，导航用的GPS天线与单波束测深仪的换能器中心处于同一垂直面上，
启动单波束测深仪，首先检验测深仪在不同深度和不同航速下工作是否正常，测深前测量声速，并将编辑好的声速文件输入到测深仪中，稳定5分钟后，分别以2海里/小时、4海里/小时和6海里/小时的航速启动运动平台，各测量2次，共得到6次固定测线的测深剖面，每次测量时不改变参数，但测量间隔时改变测深参数，记录单波束测深仪的以下三个参数功率、增益、及脉宽，以2海里/小时的首次测量为基准，并去掉测线首尾不重叠部分，计算其余5次测量相对首次测量的水深比对误差，测点采用线性内插方法对齐，水深比对差的限差应在2倍测深中误差以内，计算测深标准偏差，并记录水深比对差值超限的个数，测深标准偏差按下式计算
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V"-I(2) 式(2)中，i=l n，hi为第i次测深值，Λ为测深算术平均值；将单波束测深仪的换能器水平放置，单波束测深仪的换能器水平放置，朝向测试平台的墙壁，并与其垂直，启动单波束测深仪，测试前测量声速，将编辑好的声速文件输入到单波束测深仪中，稳定5分钟后，分别以2海里/小时、4海里/小时和6海里/小时的航速启动运动平台，各测量2次，共得到6次固定测线的测深剖面，每次测量时不改变参数，但测量间隔时改变测深参数，记录单波束测深仪的以下三个参数功率、增益、及脉宽，以2海里/小时的首次测量为基准，并去掉测线首尾不重叠部分，计算其余5次测量相对首次测量的水深比对误差，测点采用线性内插方法对齐，水深比对差的限差应在2倍测深中误差以内，计算测深标准偏差，并记录水深比对差值超限的个数，测深标准偏差按下式计算押”)
Vn-l(3)式(3)中，i=l n，Iii为第i次测深值，^■为测深算术平均值；(三)外符合精度静态稳定性测试在水深大于5米的位置放置单波束测深仪的换能器，先进行声速测量，将编辑好的声速剖面文件输入到单波束测深仪中，测试中单波束测深仪连续开机时间8小时以上，每隔15分钟比对一次水深，水深比对差是每次测深值与地形图高程计算的水深值的差值，水深对比差的限差应在2倍测深中误差以内，计算测深标准偏差，并记录水深比对差值超限的个数，测深标准偏差按下式计算
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Vη(4)式(4)中，i=l n，Iii为第i次测深值，&为测深反算值，根据测深点位置由高精度已知地形图反算得到，反算需要考虑换能器吃水；(四)外符合精度动态航行测试将单波束测深仪的换能器垂直放置，导航用的GPS天线与单波束测深仪的换能器中心处于同一垂直面上，启动单波束测深仪，首先检验测深仪在不同深度和不同航速下工作是否正常，测深前测量声速，并将编辑好的声速文件输入到测深仪中，稳定5分钟后，分别以2海里/小时、4海里/小时和6海里/小时的航速启动运动平台，各测量2次，共得到6次固定测线的测深剖面，每次测量时不改变参数，但测量间隔时改变测深参数，记录单波束测深仪的以下三个参数功率、增益、及脉宽，以已知地形反算值为基准，去掉测线首尾不重叠部分，计算每次测量值相对基准水深值的误差，测点采用线性内插方法对齐，水深比对限差应在2倍测深中误差以内，计算·测深标准偏差，并记录水深比对差值超限的个数，测深标准偏差的计算公式如下σ . Σ(4-及)
ijHS \
、 η(5)式(5)中，i=l n，h,为第i次测深值，&为测深反算值，根据测深点位置由高精度已知地形图反算得到，反算需要考虑换能器吃水；将单波束测深仪的换能器水平放置，测深前测量声速，并将编辑好的声速文件输入到测深仪中，单波束测深仪的换能器水平放置，朝向测试平台墙壁，并与其垂直，丈量导航定位用的GPS天线与换能器底部水平距离，在计算水深比对差时加以改正，启动单波束测深仪，稳定5分钟后，分别以2海里/小时、4海里/小时和6海里/小时的航速启动运动平台，各测量2次，共得到6次固定测线的测深剖面，用全站仪测量出换能器至墙壁的水平距离，并以此为基准值，去掉测线首尾不重叠部分，计算每次测量值相对基准观测值的误差，测点采用线性内插方法对齐，水深比对限差应在2倍测深中误差以内，计算测深标准偏差，并记录水深比对差值超限的个数，测深标准偏差的计算公式如下Σ〔Κ)
、 η (6)式(6)中，i=l n, Iii为第i次测深值为第i次全站仪观测值。进一步，所述单波束测深仪检测方法还包括声源级检测，首先保持标准水听器在发射器的声轴方向上，而且两者要在同一深度上，利用标准水听器接收脉冲声信号，声信号经放大、滤波后送数字示波器，数字示波器根据同步触发信号和时延对接收脉冲声信号进行显示、处理，并测量其声压值，根据测得的声压值计算水声场的电压值，由声源级的定义式计算得到发射器的声源级；SL=201 gU-201 gM0+201 gd+120 (7)
式(7)中，SL为声源级，单位dB，基准值为IyPa ·πι，υ为标准水听器的开路电压，M0为标准水听器的接收灵敏度，单位为V/Pa ；d为待测发射器和标准水听器声中心之间的距离。进一步，所述单波束测深仪检测方法还包括换能器波束角检测，首先将被测换能器装在旋转轴上，使其有效声中心位于旋转轴上，将发射器和接收水听器安放于水下同一深度，并保证一定的测试距离，在垂直角为0°的情况下，旋转改变水平角，得到不同水平角所对应的开路电压，再由记录仪直接记录指向性图案或计算机自动处理测量数据并画出发射器的水平指向性图案；
在水平角为0°的情况下，旋转改变垂直角，得到不同垂直角所对应的开路电压，再由记录仪直接记录指向性图案或计算机自动处理测量数据并画出发射器的垂直指向性图案；根据指向性图案，可以得出给定频率下、含有主轴且角偏向损失指定值为3dB所对应的两个方向的夹角，即为被检测换能器的波束角。进一步，所述单波束测深仪检测方法还包括分辨力的检测，单波束测深仪的分辨力与水底底质、海洋环境有关，采用固定距离、固定海底底质情况下建立实验室标准分辨力对照表，再通过重复测量评价被检测仪器的此项指标，测试工作在一个大型消声水池进行，并在水槽底分段铺设厚度连续变化的卵石、粗沙、细沙、淤泥，包括硬底，通过水面的声波发射与接收，来测量不同沉积物类型对分辨力的影响，测量方法按纵向与横向两个方向进行，点距10cm。本发明的有益效果此种单波束测深仪检测方法，测深精度高，得出被检测仪器的测深最大误差为
O.030m,标准差为±0. 012m,符合GB-12327-1998海道测量规范中规定的测量极限误差为±0. 400m的要求，并且符合中海达HD310单波束测深仪标定精度±10mm+0. l%h，其中h=8m，算出其精度为±0. 018m ;同时检测得出仪器声源级为220dB，分辨力为1cm。
图I是水槽纵剖面图。图2是水槽平面透射图。
具体实施例方式下面结合附图对本发明进行详细说明该实施例采用中海达HD310单波束测深仪进行测深不准确度检测，同时对声源级、分辨力和波束角三项技术指标进行了测定。测深不准确度检测，具有(一)内符合精度静态稳定性测试、(二)内符合精度动态航行测试、(三)外符合精度静态稳定性测试、(四)外符合精度动态航行测试；(一)内符合精度静态稳定性测试在水深大于5米的位置放置单波束测深仪的换能器，先进行声速测量，将编辑好的声速剖面文件输入到单波束测深仪中，
测试中单波束测深仪连续开机时间8小时以上，每隔15分钟比对一次水深，水深比对差是后面测深值与以首次测量值为基准求差，水深比对差的限差应在2倍测深中误差以内，计算测深标准偏差，并记录水深比对差值超限的个数，每隔I小时测定电压，在测深过程中单波束测深仪电源电压的变化不得超过额定电压的10%，记录单波束测深仪的以下三个参数功率、增益、及脉宽，测深标准偏差按下式计算σ ΙΣ(
hl ^ n~l(I)式(I)中，i=l n，Iii为第i次测深值，^为测深算术平均值； (二)内符合精度动态航行测试将单波束测深仪的换能器垂直放置，测试时航速控制在6海里/小时以下，导航用的GPS天线与单波束测深仪的换能器中心处于同一垂直面上，启动单波束测深仪，首先检验测深仪在不同深度和不同航速下工作是否正常，测深前测量声速，并将编辑好的声速文件输入到测深仪中，稳定5分钟后，分别以2海里/小时、4海里/小时和6海里/小时的航速启动运动平台，各测量2次，共得到6次固定测线的测深剖面，每次测量时不改变参数，但测量间隔时改变测深参数，记录单波束测深仪的以下三个参数功率、增益、及脉宽，以2海里/小时的首次测量为基准，并去掉测线首尾不重叠部分，计算其余5次测量相对首次测量的水深比对误差，测点采用线性内插方法对齐，水深比对差的限差应在2倍测深中误差以内，计算测深标准偏差，并记录水深比对差值超限的个数，测深标准偏差按下式计算
Vn-\(2)式(2)中，i=l n，Iii为第i次测深值，^为测深算术平均值；将单波束测深仪的换能器水平放置，单波束测深仪的换能器水平放置，朝向测试平台的墙壁，并与其垂直，启动单波束测深仪，测试前测量声速，将编辑好的声速文件输入到单波束测深仪中，稳定5分钟后，分别以2海里/小时、4海里/小时和6海里/小时的航速启动运动平台，各测量2次，共得到6次固定测线的测深剖面，每次测量时不改变参数，但测量间隔时改变测深参数，记录单波束测深仪的以下三个参数功率、增益、及脉宽，以2海里/小时的首次测量为基准，并去掉测线首尾不重叠部分，计算其余5次测量相对首次测量的水深比对误差，测点采用线性内插方法对齐，水深比对差的限差应在2倍测深中误差以内，计算测深标准偏差，并记录水深比对差值超限的个数，测深标准偏差按下式计算
权利要求
1.单波束测深仪检测方法，其特征在于，包括测深不准确度检测，具有(一)内符合精度静态稳定性测试、(二)内符合精度动态航行测试、(三)外符合精度静态稳定性测试、(四)外符合精度动态航行测试； (一)内符合精度静态稳定性测试 在水深大于5米的位置放置单波束测深仪的换能器， 先进行声速测量，将编辑好的声速剖面文件输入到单波束测深仪中， 测试中单波束测深仪连续开机时间8小时以上，每隔15分钟比对一次水深，水深比对差是后面测深值与以首次测量值为基准求差，水深比对差的限差应在2倍测深中误差以内， 计算测深标准偏差，并记录水深比对差值超限的个数， 每隔I小时测定电压，在测深过程中单波束测深仪电源电压的变化不得超过额定电压的10%，记录单波束测深仪的以下三个参数功率、增益、及脉宽， 测深标准偏差按下式计算 σ In^)2 ση :\^ V,卜 I(I) 式(I)中，i=l n，hi为第i次测深值，瓦为测深算术平均值； (二)内符合精度动态航行测试 将单波束测深仪的换能器垂直放置， 测试时航速控制在6海里/小时以下，导航用的GPS天线与单波束测深仪的换能器中心处于同一垂直面上， 启动单波束测深仪，首先检验测深仪在不同深度和不同航速下工作是否正常，测深前测量声速，并将编辑好的声速文件输入到测深仪中， 稳定5分钟后，分别以2海里/小时、4海里/小时和6海里/小时的航速启动运动平台，各测量2次，共得到6次固定测线的测深剖面，每次测量时不改变参数，但测量间隔时改变测深参数，记录单波束测深仪的以下三个参数功率、增益、及脉宽， 以2海里/小时的首次测量为基准，并去掉测线首尾不重叠部分，计算其余5次测量相对首次测量的水深比对误差，测点采用线性内插方法对齐，水深比对差的限差应在2倍测深中误差以内，计算测深标准偏差，并记录水深比对差值超限的个数， 测深标准偏差按下式计算 σ 二 —V η-\(2) 式(2)中，i=l η，比为第i次测深值，^■为测深算术平均值； 将单波束测深仪的换能器水平放置， 单波束测深仪的换能器水平放置，朝向测试平台的墙壁，并与其垂直， 启动单波束测深仪，测试前测量声速，将编辑好的声速文件输入到单波束测深仪中，稳定5分钟后，分别以2海里/小时、4海里/小时和6海里/小时的航速启动运动平台，各测量2次，共得到6次固定测线的测深剖面，每次测量时不改变参数，但测量间隔时改变测深参数，记录单波束测深仪的以下三个参数功率、增益、及脉宽， 以2海里/小时的首次测量为基准，并去掉测线首尾不重叠部分，计算其余5次测量相对首次测量的水深比对误差，测点采用线性内插方法对齐，水深比对差的限差应在2倍测深中误差以内，计算测深标准偏差，并记录水深比对差值超限的个数， 测深标准偏差按下式计算
2.根据权利要求I所述的单波束测深仪检测方法，其特征在于，还包括声源级检测， 首先保持标准水听器在发射器的声轴方向上，而且两者要在同一深度上，利用标准水听器接收脉冲声信号，声信号经放大、滤波后送数字示波器，数字示波器根据同步触发信号和时延对接收脉冲声信号进行显示、处理，并测量其声压值，根据测得的声压值计算水声场的电压值， 由声源级的定义式计算得到发射器的声源级； SL=201gU-201gMo+201g d+120 (7) 式(7)中，SL为声源级，单位dB，基准值为I μ Pa ·πι，U为标准水听器的开路电压，Mtl为标准水听器的接收灵敏度，单位为V/Pa ；d为待测发射器和标准水听器声中心之间的距离。
全文摘要
本发明公开一种单波束测深仪检测方法，其包括测深不准确度检测，具体是(一)内符合精度静态稳定性测试、(二)内符合精度动态航行测试、(三)外符合精度静态稳定性测试、(四)外符合精度动态航行测试，具有测深精度高，达到检测单波束测深仪可靠性和准确性的目的。
文档编号G01B17/00GK102901472SQ201210424830
公开日2013年1月30日 申请日期2012年10月31日 优先权日2012年10月31日
发明者卢秀山, 阳凡林, 刘智敏, 石波, 陈允约, 王智明, 张会娟, 张建峰 申请人:山东科技大学