相干多波束声呐与电子多波束声呐相比，是另外一种类型的多波束，它实际上并没有像电子多波束那样在每Ping形成多个物理波束。相干多波束声呐换能器每次只发射一个波束，接收时通过密集采样进行相位测量以确定回波到达角度，从而计算多个采样点的水深。采样点的数量比电子多波束更多。由于工作形式上也像电子多波束，每Ping也有多个采样点，因此仍称它为多波束的一种。图6-31显示了相干多波束与电子多波束的波束示意图。

图6-31　电子多波束（左）与相干多波束（右）的波束示意图

相干多波束声呐系统对回波信号检测时使用相位检测法，数据采集快速，并且短时间内能够处理大量数据。该系统集成了水深探测和成像两种技术，能同时得到水深和高分辨率的海底反向散射图。从前面叙述的多波束底部检测方法原理可知，由于采用相位检测法，相干多波束声呐存在船正下方水深数据不准确的缺点，需另外配置高度计或单波束测深仪同步工作，因而当前并未得到普遍应用。相干多波束声呐的典型代表是GeoSwath系列产品。

相干多波束声呐的换能器一般由2～4个基阵组成，发射阵和接收阵为一个整体。采样点的DOA与TOA通过测量回波信号到相邻基阵的相位差（等同于角度测量值）得到，再结合每Ping时刻换能器的位置，即可得到每个采样点的位置和水深。图6-32为GeoSwath声呐的换能器工作原理图。

相干多波束系统可同时从左右两边的基阵发射声波，发射波束遇到海底后，声波被反射或散射回来由换能器接收。根据回波到达换能器声基元的时间不同，计算出回波的相位差。

如图6-33所示，设经过海底一点A的声波返回到两个间距固定的接收单元的相位差为φ，波长为λ，接收单元间距为d。由于相位差φ与波束到达角θ间存在固定关系，可计算出波束到达角的大小，再通过横摇补偿，结合记录的波束传播时间t，即可计算出深度H与侧向距离Y。

波的相位差φ有如下关系：

图6-32　GeoSwath换能器工作原理（GeoAcoustics Limited，1999）

图6-33　相干多波束系统水深测量工作原理

式中，X为两接收单元的声程差，与接收单元间距的关系为：(www.daowen.com)

则相位差为：

波束到达角为：

根据声速c和声波单向传播时间t即可计算出水底点到接收单元的斜距R：

因此

由于d相对于Y可忽略不计，有

各采样点的TOA直接由观测记录得到，然后计算出对应的DOA，就可以确定各采样点在换能器坐标系下的坐标，即采样点侧向距离和水深值。再通过外部设备进行各类补偿和改正，即可完成各测点的精确归位，进而得到海底地形图或海图。对于其侧扫成像原理，与电子多波束类似，具体将在第7章介绍。