劉 毅，周興華，史永忠，張 杰

（1．浙江省河海測(cè)繪院，浙江 杭州310008；2．浙江省河口海岸重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，浙江 杭州310020）

船姿測(cè)量參數(shù)主要包括航偏角、縱搖、橫搖和涌浪（動(dòng)態(tài)吃水）等。受風(fēng)浪、船體操縱等因素影響，船姿參數(shù)會(huì)發(fā)生瞬時(shí)變化，安裝在船體上的多波束換能器的姿態(tài)也隨之發(fā)生變化，造成測(cè)量成果失真或地形畸變。在船姿測(cè)量誤差作用下波束腳印歸位計(jì)算的結(jié)果常常與實(shí)際位置存在較大偏差。因此，為了保證多波束測(cè)量成果的精度和質(zhì)量必須對(duì)船姿測(cè)量誤差進(jìn)行補(bǔ)償。

1 姿態(tài)測(cè)量誤差對(duì)波束點(diǎn)位坐標(biāo)的影響分析

1．1 航偏角h的影響分析

受各種因素的影響，測(cè)量船的航行方向與測(cè)線方向不可能常常保持一致，而是繞軸在水平面上產(chǎn)生一定的扭動(dòng)角，該扭動(dòng)對(duì)于波束腳印在船體坐標(biāo)系（VFS）下的坐標(biāo)不會(huì)造成影響，但會(huì)造成當(dāng)?shù)刈鴺?biāo)系（LLS）與船體坐標(biāo)系（VFS）之間的旋轉(zhuǎn)角A0從變化為A＝A0＋h，如圖1所示。相對(duì)于設(shè)計(jì)測(cè)線航向偏左，h為正，反之則為負(fù)。Δh為在LLS系下的坐標(biāo)及航偏角測(cè)量誤差，該誤差對(duì)波束腳印坐標(biāo)的影響

圖1 航偏角引起船姿變化示意

其中，D＝R cosφ．

1．2 橫搖的影響分析

換能器繞x軸在y Oz面內(nèi)旋轉(zhuǎn)角度r稱為橫搖，從而導(dǎo)致測(cè)量斷面發(fā)生變化，如圖2所示。設(shè)波束入射角由θ0變化Φ，其中Φ＝θ0＋r，則波束腳印在VFS坐標(biāo)系下的坐標(biāo)以及橫搖r測(cè)量誤差d r對(duì)測(cè)點(diǎn)坐標(biāo)的影響

圖2 橫搖示意

由式4可知 橫搖的變化只對(duì)y坐標(biāo)和z坐標(biāo)產(chǎn)生影響，對(duì)坐標(biāo)沒(méi)有影響。

1．3 縱搖影響分析

換能器繞y軸在x Oz平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)角度p稱為縱搖，逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)為正，反之為負(fù)，如圖3所示。實(shí)際測(cè)量斷面與設(shè)計(jì)測(cè)量斷面之間產(chǎn)生一個(gè)二面角p，則波數(shù)腳印坐標(biāo)以及p角的測(cè)量誤差d p對(duì)測(cè)點(diǎn)坐標(biāo)的影響：

其中，（x′，y′，z′）為理想狀態(tài)下的坐標(biāo)。

圖3 縱搖示意

2 試驗(yàn)分析

利用式（1）～式（6），在不同條件下分別計(jì)算不同的姿態(tài)測(cè)量誤差對(duì)測(cè)點(diǎn)位置坐標(biāo)的影響，規(guī)律進(jìn)行歸納總結(jié)，結(jié)果如表1所示。

表1 姿態(tài)誤差對(duì)測(cè)點(diǎn)位置影響

由表1中數(shù)據(jù)可知

1）姿態(tài)參數(shù)中的縱搖、橫搖、航偏角等測(cè)量誤差對(duì)測(cè)點(diǎn)坐標(biāo)的影響與測(cè)深成正比；

2）航偏角測(cè)量誤差僅對(duì)波束腳印的平面位置坐標(biāo)x，y產(chǎn)生影響，對(duì)深度值z(mì)沒(méi)有影響，除了與測(cè)深值成正比外，還與波束入射角有關(guān)，成正相關(guān)（大致近似于正比關(guān)系），特別對(duì)坐標(biāo)值的影響尤為明顯；

3）縱搖測(cè)量誤差對(duì)測(cè)點(diǎn)坐標(biāo)x，z均有影響，當(dāng)測(cè)量水深較淺時(shí)，這種影響較小，基本可以忽略不計(jì)，但隨著測(cè)量距離（水深）較大時(shí)，尤其是邊緣波束，這種影響比較明顯，尤其對(duì)x坐標(biāo)的影響特別明顯；

4）橫搖測(cè)量誤差對(duì)測(cè)點(diǎn)坐標(biāo)y，z皆有影響，其中對(duì)y坐標(biāo)的影響較z坐標(biāo)明顯，與縱搖測(cè)量誤差對(duì)x坐標(biāo)的影響基本一致。

3 結(jié)束語(yǔ)

姿態(tài)測(cè)量誤差對(duì)波束腳印坐標(biāo)的影響與波束入射角、測(cè)量水深值等因素密切相關(guān)，基本成正比關(guān)系。在多波束測(cè)量中邊緣波束的測(cè)量精度較中間波束數(shù)據(jù)的測(cè)量精度低。因此，在實(shí)際測(cè)量中，為了提高多波束測(cè)量成果的質(zhì)量 應(yīng)盡可能增大條帶重疊率。

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