海洋是一座巨大的資源寶庫(kù)，蘊(yùn)藏著豐富的海洋生物、礦物、化學(xué)以及動(dòng)力資源。如果想深入了解海洋，在海上開展科學(xué)實(shí)驗(yàn)、開發(fā)或保護(hù)海洋資源，都需要獲得一個(gè)最基礎(chǔ)的海洋信息——水深。

　　地球上海洋的平均深度大約為3800米，其中最深處是太平洋馬里亞納海溝“挑戰(zhàn)者深淵”，深度大約11000米。那么，該如何測(cè)量這11000米水深？

　　在陸地上，人們通常使用激光測(cè)量物體之間的距離，那么能用激光測(cè)量最深海域的水深嗎？答案是不可行的。因?yàn)榘す庠趦?nèi)的電磁波在水中傳播時(shí)衰減非?？?，傳播幾百米就沒能量了。

　　你肯定還想到了一種方法，就是用繩子綁上重物放入水中，等重物沉到水底后，通過測(cè)量繩子的長(zhǎng)度獲得水深?？上н@種方法不僅效率很低，測(cè)量結(jié)果誤差非常大，而且只有特殊制作的繩子才能負(fù)重物沉到11000米水深還不斷裂。

　　那么，怎樣才能測(cè)量11000米水深呢？

　　一種方法是布放深度計(jì)或壓力計(jì)到海底進(jìn)行測(cè)量，但也具有一定誤差。還有一種方法是根據(jù)重力影響下不同深度的海平面高度不同這一特性，利用衛(wèi)星遙感測(cè)量海平面高度，反演出水深，但無法得到精確的海底地形數(shù)據(jù)。

　　目前，最常用的是聲學(xué)方法。因?yàn)槁暡ㄔ谒袀鞑r(shí)衰減遠(yuǎn)小于電磁波，頻率越低衰減越小，所以通過合理選擇頻率，可實(shí)現(xiàn)11000米深海域探測(cè)。但一次測(cè)量只能獲得一個(gè)位置的水深結(jié)果，效率還是比較低。為了進(jìn)一步提高11000米海域的聲學(xué)探測(cè)效率，全海深多波束測(cè)深系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生。

　　全海深多波束測(cè)深系統(tǒng)安裝于船體，工作頻率一般為12kHz。從外觀上看是兩條陣，第一條是發(fā)射陣，沿著船體龍骨方向安裝，發(fā)出的聲波信號(hào)會(huì)形成一個(gè)發(fā)射扇面，照射到垂直船體龍骨方向海底條帶的各個(gè)位置。在發(fā)射扇面上，波束沿著龍骨方向張開的角度較小，為0.5至2度。當(dāng)波束角度為1度時(shí)，發(fā)射陣的長(zhǎng)度約為8米。第二條是接收陣，垂直于船體龍骨的方向安裝，用于接收從海底反射和散射回來的聲波信號(hào)。利用聲學(xué)信號(hào)處理方法，接收陣可以只接收來自特定方向的聲波信號(hào)，形成定向的接收扇面。在接收扇面上，角度為1至2度的多個(gè)窄波束垂直龍骨方向回收。當(dāng)波束角度為2度時(shí)，接收陣的陣長(zhǎng)約為4米。

　　多波束測(cè)深系統(tǒng)的接收陣可以同時(shí)接收成百上千個(gè)特定方向上的回波。也就是說，一次測(cè)量就可以獲得成百上千個(gè)位置的水深。因此，全海深多波束測(cè)深是目前既高效又準(zhǔn)確的11000米海域測(cè)量方法，其空間分辨能力顯著高于衛(wèi)星遙感測(cè)量方法。

　　此外，為更好地實(shí)現(xiàn)11000米海域水深探測(cè)，全海深多波束測(cè)量還采取多種消除誤差和偏差的措施，包括選擇合理的發(fā)射信號(hào)，進(jìn)行姿態(tài)、位置、聲速偏差修正以及多普勒效應(yīng)修正等。

　　近期，以中科院聲學(xué)所為核心的科研團(tuán)隊(duì)，經(jīng)過10年的艱苦研制與技術(shù)攻關(guān)，成功研制出了我國(guó)首套具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的全海深多波束測(cè)深系統(tǒng)，并且已安裝于科學(xué)考察船開展了6000多公里測(cè)線應(yīng)用示范，使我國(guó)成為繼挪威、德國(guó)和丹麥之后第四個(gè)研制出現(xiàn)代全海深多波束測(cè)深系統(tǒng)的國(guó)家。（王舒文 劉曉東）

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