学文网摘要：随着全球一体化和科学技术的发展，各国的经济往来更加频繁，海运业逐步发展起来，同时对于测深仪的技术要求也越来越高，测深仪的测量深度和精度不断提高，测深仪在测量中已得到广泛的应用，本文阐述了测深仪的工作原理，分析了影响测深仪精度，同时文章讨论了测深仪应用的一些浅见。
关键词： 测深仪；原理；应用
引言
海洋声学仪器发展迄今为止，出现突飞猛进的技术飞跃，国际上推出许多先进的海洋声学设备，如：多波束海底成像系统、数字测深仪、水下声标应答器等等。而测深仪只是声学仪器家族中最常用的一种设备，水深测量经历了如下几个发展阶段：测绳重锤测量（点测量）；单频单波束测深（点测量）；双频单波束测深（点测量）；波束测深（面测量）；机载激光测深（面测量）。水下地形测量的发展与其测深手段的不断完善是紧密相关的。目前国际上大多型号的测深仪还是采用机械记录针式或热敏记录方式。国内目前使用最多的测深仪还是机械记录针式的，体积大，功耗大，故障率高[1]。数字成像测深仪用先进数字处理的方法捕捉水底回波信号，既精度高，又稳定可靠。回声测深仪是目前国内商品化测深仪中最先进的测深仪。
测深仪工作原理
测深仪工作原理是利用换能器在水中发出声波，当声波遇到障碍物而反射回换能器时，根据声波往返的时间和所测水域中声波传播的速度，就可以求得障碍物与换能器之间的距离。声波在海水中的传播速度，随海水的温度、盐度和水中压强而变化。在海洋环境中，这些物理量越大，声速也越大。常温时海水中的声速的典型值为1500米/秒，淡水中的声速为1450米/秒。所以在使用回声测深仪之前，应对仪器进行率定，计算值要加以校正。
1、声波测深原理
假设声波在水中的传播水面速度为V，当在换能器探头加窄脉冲声波信号，声波经探头发射到水底，并由水底反射回到探头被接收，测得声波信号往返行程所经历的时间为t，则：
Z = V*t/2
Z就是从探头到水底的深度，再加上探头吃水就是水深了。
声波测深的关键技术是时间门跟踪技术，由于水底的变化是比较平缓的，两次测深之间（约0.1秒），水深变化不会太大，我们假定二次深度的变化量为±10%，则我们就在上次正确回波时刻前10%×Z到后10%×Z开一道时间门，只有在时间门内的回波我们才认为是正确的回波，这±10%就叫时间门宽度，一旦时间门内没有回波，就逐渐扩大时间门直至全程搜索回波，直原理到重新捕获正确的回波。
2、 多波束测深
多波束测深系统是从单波束测深系统发展起来，能一次给出与航线相垂直的平面内的几十个甚至上百个深度。它能够精确地、快速地测定沿航线一定宽度内水下目标的大小、形状、最高点和最低点，从而较可靠地描绘出水下地形的精细特征，从真正意义上实现了海底地形的面测量。与单波束回声测深仪相比，多波束测深系统具有测量范围大、速度快、精度和效率高、记录数字化和实时自动绘***等优点。
多波束测深是水声技术、计算机技术、导航定位技术和数字化传感器技术等多种技术的高度集成。其工作原理是通过声波发射与接收换能器阵进行声波广角度定向发射、接收，通过各种传感器对各个波束测点的空间位置归算，从而获取在与航向垂直的条带式高密度水深数据。典型多波束系统应包括3个子系统：①多波束声学子系统包括多波束发射接收换能器阵和多波束信号控制处理电子柜；②波束空间位置传感器子系统包括电罗经等运动传感器、DGPS差分卫星定位系统和SVP声速剖面仪。③数据采集、处理子系统（包括多波束实时采集、后处理计算机及相关软件和数据显示、输出、储存设备） [2] 。
通常按照测量量程可以分为浅水多波束，中水多波束，深水多波束。按照工作原理可以分为条带多波束和相涉多波束。多波束测深仪能同时获得几十至数百个水深数据，把传统的“点一线”测量变成了“线一面”测量，在利用现代计算机技术进一步处理后，可获得平面甚至立体的测量成果***，是专门为浅海和江河湖泊水下地形地貌测量研制的尖端测深工具。
影响测深仪精度的分析
测深仪精度应理解为改正后测深仪的精度。测深仪深精度主要取决于对影响水深值的系统误差和可能的随机误差的估计精度。总传播误差由所有对测深有影响的因素所造成的测深误差组成，其中包括：① 与声信号传播路径（包括声速剖面）有关的声速误差，水温、含盐量和静压力对超声波传播速度的影响，以温度的影响最为显著。通常水温随水深的增加而降低，水压随水深的增加而增大，所以温度的降低和水压的增加对声速的影响几乎相互抵消，水底坡度误差也是由于水底不平坦时声波反射回来的信号时间不一致，造成在显示器上出现一个相当宽的回波信号带而引起的测量深度的读数误差；② 测深与定位仪器自身的系统误差；③ 潮汐测量和模型误差；④ 船只航向与船摇误差；⑤ 由于换能器安装不正确引起的定位误差；⑥ 船只运动传感器的精度引起的误差，如纵横摇的精度、动态吃水误差；⑦ 数据处理误差等等。总之，提高测深仪测深精度的方法，一方面是尽可能利用高精度仪器监测并减弱测量中的各种误差，另一方面就是利用各种误差模型进行误差估计。
测深仪的应用
测深仪可以用来测量水的深度，它是一种测量水深的船用导航仪器。船舶通过测量水深可以辨认船位；在开辟新航区或在浅水区航行时，可为船舶导航，以保证船舶航行安全；在航道及港口测量方面，它可提供准确的水深资料。目前在众多的导航仪器中，回声测深仪仍是船舶必不可少的导航设备之一[3]。
测深仪也可以是测量海底地形的主要工具， 海底地形测量是测量海底起伏形态和地物的工作。是陆地地形测量在海域的延伸。按照测量区域可分为海岸带、大陆架和大洋三种海底地形。特点是测量内容多，精度要求高，显示内容详细。
当前城市河道建设及整治已成为生态城市建设的一个重要组成部分，通过测深仪可以有效的对城市河道进行基础的测绘，获得水下深度，得到城市河道水下地貌，能为生态城市的建设规划提供有力的保障。
总结
海洋声学仪器发展迄今为止，出现突飞猛进的技术飞跃，先进的测深仪不断被推出，经过复杂的数字处理实现高精度和高可靠测量，进一步促进了测深仪的更新换代，对船舶运输、地形测绘及海洋工程有重要意义。
参考文献
[1]王宁.工程技术.中国新技术产品.2011.
[2]郝建***. GPS与数字测深仪的结合应用.黑龙江水利科技.2007.
[3]杨洪亮. 测深仪在福建近海测量中的应用浅析.地质勘查.2012.