单波束回声测深(简称单波束测深)是利用声波在水中的传播特性，通过测量声波在水体中的往返传播时间，结合声速，计算得到深度的一种深度测量方法。

声波在均匀介质中作匀速直线传播，在不同介面上会产生反射。利用这一原理，选择对水的穿透能力最佳、频率在1500Hz附近的超声波，在海面垂直向海底发射声信号，并记录从声波发射到信号由水底返回的时间间隔，通过模拟或直接计算，测定水体的深度。如图2-6所示，安装在测量船下的发射机换能器垂直向水下发射一定频率的声波脉冲，以声速C在水中传播到水底，经反射或散射返回，被接收机换能器所接收。设自发射脉冲声波的瞬时起至接收换能器收到水底回波时间为t，换能器吃水深度为D，则水深H为:

图2.6　单波束测深原理图

单波束测深仪由发射机、接收机、发射换能器、接收换能器、显示设备和电源部分组成，如图2.7所示。发射机在中央控制器的控制下周期性地产生一定频率、一定脉冲宽度、一定电功率的电振荡脉冲，由发射换能器按一定周期向海水中辐射。发射机一般由振荡电路、脉冲产生电路、功放电路组成。接收机将换能器接收的微弱回波信号进行检测放大，经处理后送入显示设备。在接收机电路中，采用了相关检测技术和归一化技术、回波信号自动鉴别电路、回波水深抗干扰电路、自动增益电路、时控放大电路，使放大后的回波信号能满足各种显示设备的需要。发射换能器是一个将电能转换成机械能，再由机械能通过弹性介质转换成声能的电—声转换装置。它将发射机每隔一定时间间隔送来的有一定脉冲宽度、一定振荡频率和一定功率的电振荡脉冲，转换成机械振动，并推动水介质以一定的波束角向水中辐射声波脉冲。接收换能器是一个将声能转换成电能的声—电转换装置。它可以将接收的声波回波信号转变为电信号，然后再送到接收机进行信号放大和处理。现在许多水声仪器都采用发射与接收合一体的换能器。为防止发射时产生的大功率电脉冲信号损坏接收机，通常在发射机、接收机和换能器之间设置一个自动转换电路。当发射时，将换能器与发射机接通，供发射声波用；当接收时，将换能器与接收机接通，切断与发射机的联系，供接收声波用。显示设备可直观地显示所测得的水深值。目前常用的显示设备有指示器式、记录器式、数字显示式、数字打印式等。显示设备的另一项功能是产生周期性的同步控制信号，控制与协调整机的工作。电源部分为全套仪器提供所需要的各种电源。

图2.7　单波束测深仪组成示意图

为了获得实际水深，需对单波束测深仪实测深度数据加以改正，所有的改正之和即为单波束测深仪总改正数。这种改正主要是由单波束测深仪在设计、生产制造和使用过程中产生的误差造成的。单波束测深仪总改正数的求取方法主要有水文资料法和比测法。前者适用于水深大于20m的水深测量，后者适用于小于20m的水深测量。

(1)水文资料法

水文资料法改正包括吃水改正ΔDb、转速改正ΔDn、声速改正ΔDc和姿态改正ΔDa。

①吃水改正ΔDb。测深仪换能器有两种安装方式，一种是固定式安装，即将体积较大的换能器固定安装在船底；另一种是便携式安装，即将体积较小的换能器进行舷挂式安装。无论哪种换能器，都安装在水面下一定的距离，由水面至换能器底面的垂直距离称为换能器静吃水改正数ΔDbs。动态吃水则是由于测量船的运动，使得换能器与水面的距离在静态吃水的基础上产生的附加变化，将这种相对静吃水的变化称为动吃水ΔDbd。静吃水与动吃水之和称为换能器在水下的实际吃水ΔDb。若D为水面至水底的深度，DS为换能器底面至水底的深度，则ΔDb为:

②转速改正ΔDn是由于测深仪的实际转速ns不等于设计转速n0所造成的。记录器记录的水深是由记录针移动的速度与回波时间所决定的。当转速变化时，则记录的水深也将改变，从而产生转速误差。转速改正数ΔDn为:(www.daowen.com)

③声速改正ΔDc是因为输入到测深仪中的声速Cm不等于实际声速C0造成的测深误差。

④姿态改正ΔDa是由于船体姿态变化导致测深仪测量结果，实则为斜距而非水深带来的误差，可借助姿态参数来修正:

其中，R(p)和R(r)为纵倾角p和横摇角r构成的旋转矩阵，p和r可借助姿态传感器来实时测量获得。

综上所述，测深仪总改正数ΔD为:

上述改正中，声速改正数ΔDc对总改正数ΔD影响最大。对于现代单波束测深仪，可以不计转速改正；在水面波浪较小以及测量船匀速行驶的情况下，可以不计测量船姿态对测深的影响。

(2)比测法

比测法通过单波束测深仪实测水深与真实水深的比较来获得。在浅水区，真实水深可借助如前所述的测深杆测深法、测深锤或检查板测深法获得。若真实水深为D0，实测水深为D，则总改正数ΔD为: