海洋是一座巨大的资源宝库，蕴藏着丰富的海洋生物、矿物、化学以及动力资源。如果想深入了解海洋，在海上开展科学实验、开发或保护海洋资源，都需要获得一个最基础的海洋信息——水深。

　　地球上海洋的平均深度大约为3800米，其中最深处是太平洋马里亚纳海沟“挑战者深渊”，深度大约11000米。那么，该如何测量这11000米水深？

　　在陆地上，人们通常使用激光测量物体之间的距离，那么能用激光测量最深海域的水深吗？答案是不可行的。因为包括激光在内的电磁波在水中传播时衰减非常快，传播几百米就没能量了。

　　你肯定还想到了一种方法，就是用绳子绑上重物放入水中，等重物沉到水底后，通过测量绳子的长度获得水深。可惜这种方法不仅效率很低，测量结果误差非常大，而且只有特殊制作的绳子才能负重物沉到11000米水深还不断裂。

　　那么，怎样才能测量11000米水深呢？

　　一种方法是布放深度计或压力计到海底进行测量，但也具有一定误差。还有一种方法是根据重力影响下不同深度的海平面高度不同这一特性，利用卫星遥感测量海平面高度，反演出水深，但无法得到精确的海底地形数据。

　　目前，最常用的是声学方法。因为声波在水中传播时衰减远小于电磁波，频率越低衰减越小，所以通过合理选择频率，可实现11000米深海域探测。但一次测量只能获得一个位置的水深结果，效率还是比较低。为了进一步提高11000米海域的声学探测效率，全海深多波束测深系统应运而生。

　　全海深多波束测深系统安装于船体，工作频率一般为12kHz。从外观上看是两条阵，第一条是发射阵，沿着船体龙骨方向安装，发出的声波信号会形成一个发射扇面，照射到垂直船体龙骨方向海底条带的各个位置。在发射扇面上，波束沿着龙骨方向张开的角度较小，为0.5至2度。当波束角度为1度时，发射阵的长度约为8米。第二条是接收阵，垂直于船体龙骨的方向安装，用于接收从海底反射和散射回来的声波信号。利用声学信号处理方法，接收阵可以只接收来自特定方向的声波信号，形成定向的接收扇面。在接收扇面上，角度为1至2度的多个窄波束垂直龙骨方向回收。当波束角度为2度时，接收阵的阵长约为4米。

　　多波束测深系统的接收阵可以同时接收成百上千个特定方向上的回波。也就是说，一次测量就可以获得成百上千个位置的水深。因此，全海深多波束测深是目前既高效又准确的11000米海域测量方法，其空间分辨能力显著高于卫星遥感测量方法。

　　此外，为更好地实现11000米海域水深探测，全海深多波束测量还采取多种消除误差和偏差的措施，包括选择合理的发射信号，进行姿态、位置、声速偏差修正以及多普勒效应修正等。

　　近期，以中科院声学所为核心的科研团队，经过10年的艰苦研制与技术攻关，成功研制出了我国首套具有自主知识产权的全海深多波束测深系统，并且已安装于科学考察船开展了6000多公里测线应用示范，使我国成为继挪威、德国和丹麦之后第四个研制出现代全海深多波束测深系统的国家。（王舒文 刘晓东）

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