《側掃聲納（征求意見稿）》編制說明

中華人民共和國交通運輸部部門計量檢定規(guī)程

側掃聲吶計量檢定規(guī)程

編制說明

（征求意見稿）

規(guī)程起草組

2018年6月

一、任務來源

根據交科技函[2017]412號“交通運輸部關于下達2017年交通運輸標準化計

劃的通知”，由交通運輸部天津水運工程科學研究所負責中華人民共和國交通運

輸部部門計量檢定規(guī)程《側掃聲吶》的制定工作，計劃編號：JJG2017-13。

二、項目背景

側掃聲吶是運用水下底物對拖魚換能器兩側入射聲波反向散射的原理來探

測海底形態(tài)和目標，直觀地提供海底聲成像的一種設備，在水運工程、水下救撈、

港口建設及航道疏浚、海底目標探測（如探測沉入海底的船舶、飛機、導彈以及

魚雷等）、海洋測繪、海洋資源開發(fā)等方面有廣泛應用。制定側掃聲吶計量檢定

規(guī)程有利于為行業(yè)提供精確的水下聲吶圖像和底質分類資料，為直觀判斷水下各

種地貌和障礙物等提供規(guī)范的技術依據。

目前我國尚未制定側掃聲吶的國家計量檢定規(guī)程，因此急需開展側掃聲吶部

門檢定規(guī)程的制定工作，為交通水運行業(yè)側掃聲吶的生產和使用提供更為準確、

可靠的技術支撐。側掃聲吶現已列入交通運輸部《水運工程檢測儀器設備計量管

理目錄》中，為加強計量監(jiān)督管理，有必要開展側掃聲吶計量檢定規(guī)程制定工作。

側掃聲吶，在水運工程領域有著廣泛的應用。同時，該儀器作為檢測設備，

可以應用于海洋、水利、測繪等多個領域的水下探測。側掃聲吶的量值溯源，是

對側掃聲吶的工作頻率、波束寬度、分辨力、鑒別閾等性能進行溯源，不局限于

水運工程領域，其他專業(yè)可以參考本規(guī)程開展側掃聲吶的量值溯源工作。規(guī)程的

技術參數來源，主要為對應的行業(yè)標準，為了與標準相一致，規(guī)程的名稱修改為

JJG（交通）XXX-XXXX《側掃聲吶》。

三、編寫過程

2017年6月，編寫《側掃聲吶計量標準研究》任務書和《水運工程側掃聲

吶》規(guī)程草案，簽訂合同，并成立規(guī)程起草組；

2017年7月~2017年12月，對側掃聲吶的生產單位、科研單位和使用單位

進行全面的調研，匯總調研結果。對側掃聲吶計量技術指標與量值溯源方法研究，

制定技術方案和量值溯源路線。

2018年1月~2018年5月，廣泛收集了國內外側掃聲吶的研究單位、生產單

位、使用單位以及相關資料，就規(guī)程中關鍵技術指標進行試驗分析與驗證，第一

1

編寫人完成征求意見稿初稿，組織編寫組進行內部討論，明確需要進一步通過試

驗進行驗證的計量要求和檢定方法等技術內容，結合水運工程測量技術的實際需

求和相關專家學者的建議進行編制，形成了《側掃聲吶》部門計量檢定規(guī)程征求

意見稿。

四、編寫依據

本規(guī)程是主要依據JJF1002-2010《國家計量檢定規(guī)程編寫規(guī)則》進行編寫，

并在編寫中參考了以下有關文件：

JJF1001-2011《通用計量術語及其定義》

JJF1002-2010《國家計量檢定規(guī)程編寫規(guī)則》

JJF1059.1-2012《測量不確定度評定與表示》

JJF1034-2005聲學計量名詞術語及定義

JTS131-2012水運工程測量規(guī)范

IHO海道測量規(guī)范

GB18523水文儀器安全要求

GB/T7965-2002聲學水聲換能器測量

五、主要內容

按照JJF1002-2010《國家計量檢定規(guī)程編寫規(guī)則》要求，本規(guī)程包括七個

章節(jié)和三個附錄：1范圍、2引用文件、3術語、4概述、5計量性能要求、6通

用技術要求、7計量器具控制，以及附錄A檢定原始記錄表，附錄B檢定結果

通知書內頁格式，附錄C檢定證書內頁格式。

（1）范圍

本規(guī)程適用于側掃聲吶的首次檢定、后續(xù)檢定和使用中檢查。本節(jié)內容遵循

已發(fā)布水運工程相關的交通運輸部部門計量檢定規(guī)程編寫格式，如JJG（交通）

139-2017《多波束測深儀淺水》、JJG（交通）140-2017《水運工程淺地層剖面

儀》、JJG（交通）032-2015《水運工程回聲測深儀》等。

（2）引用文件

2

本規(guī)程引用文件匯總如下：

GB/T7965-2002聲學水聲換能器測量

JJF1034聲學計量名詞術語及定義

JT/TXXXX-XXX側掃聲吶

本規(guī)程引用了GB/T7965-2002《聲學水聲換能器測量》中關于波束寬度測

量的有關內容；除給出的術語定義，文中關于側掃聲吶的專有名詞在JJF1034《聲

學計量名詞術語及定義》均有定義，因此將其作為規(guī)范性引用文件；JT/T

XXXX-XXX《側掃聲吶》是與本規(guī)程同步起草編制的交通運輸行業(yè)標準，其中

試驗方法等主要技術內容與本規(guī)程一致。

（3）術語

本部分給出的術語和定義，主要引用于由全國科學技術名詞審定委員會公布

的《測繪學名詞（第三版）》和JJF1001-2011《通用計量術語及定義》。

側掃聲吶side-scansonar：主動聲吶與航向正交的固定聲束對海底掃描，

并記錄出海底形狀的一種聲吶設備。

拖魚towfish：由測量船牽引的測量儀器的傳感器。例如側掃聲吶、海洋

磁力儀的拖曳裝置。

聲吶圖像sonarimage：簡稱“聲圖”。用側掃聲納對海底進行掃描探測

所獲得的二維影像。

聲吶判讀interpretationofechograms：根據聲吶掃海獲得的二維聲圖，概

略判讀目標的高度、大小、性質和位置的工作。

分辨力resolution：引起相應示值產生可察覺到變化的被測量的最小變

化。

本部分關于側掃聲吶距離分辨力的定義：引起側掃聲吶圖像上距離產生可察覺到變化的

實地距離的最小變化。在此說明，本規(guī)程文件中使用術語“距離分辨力”是針對側掃聲吶而

言的，為了規(guī)范文件的簡明性，不再加“側掃聲吶”主語限定。

鑒別閾discriminationthreshold：引起相應示值不可檢測到變化的被測量

值的最大變化。

本部分關于側掃聲吶鑒別閾的定義：引起側掃聲吶圖像上不可檢測到變化的被測立方特

3

征物的最大尺寸。本規(guī)程文件中使用術語“鑒別閾”是針對側掃聲吶而言的，為了規(guī)范文件

的簡明性，不再加“側掃聲吶”主語限定。

（4）概述

經過廣泛搜集相關資料文獻，深入調研產品生產單位和使用單位，明確了側

掃聲吶組成，闡釋了側掃聲吶的工作原理，介紹了側掃聲吶的用途。格式依據為

JJF1002-2010《國家計量檢定規(guī)程編寫規(guī)則》。

側掃聲吶主要由甲板系統(tǒng)和拖魚系統(tǒng)組成，其中甲板系統(tǒng)包括記錄器、聲吶

處理器、聲吶接收機、甲板電纜、滑環(huán)、電纜絞車等主要部分；拖魚系統(tǒng)包括尾

翼、電子水密艙、收發(fā)換能器線陣、拖鉤、拖纜等主要部分。側掃聲吶依靠測量

船沿航跡線向前移動即完成對船兩側帶形海底的掃描，通過顯示器或硬拷貝可得

到這條帶寬度內二維海底的偽彩色或黑白聲圖，可以顯示出海水中和海底的物體

輪廓和海底的地貌，其構成與工作示意見圖1。側掃聲納的換能器線陣向拖魚兩

側發(fā)出扇形聲波波束，可以使聲波照射拖魚兩側各一條狹窄的海底，這一條海底

各點的回波依距離換能器遠近的不同先后返回到換能器，經換能器進行聲電轉換

形成一個強弱不同的脈沖串，這個脈沖串各處的幅度高低包含了對應海底的起伏

和底質的信息，其回波數據成像原理示意見圖2。側掃聲吶在水下救撈、港口建

設及航道疏浚等水運工程領域以及海底目標探測（如沉入海底的船舶、飛機等）、

海洋測繪、海洋資源開發(fā)等方面有廣泛應用。

4

1

2

4

3

5

圖1側掃聲吶系統(tǒng)構成與工作示意圖

1——工作站；2——拖曳電纜；3——拖魚；4——條帶寬度；5——航跡線。

1

2

3

圖2側掃聲吶回波信號成像原理示意圖

1——換能器；2——聲波波束；3——回波脈沖。

（5）計量性能要求

①示值誤差

工作頻率與波束寬度示值誤差要求見表1。

表1示值誤差

5

測量參數最大允許誤差

工作頻率±0.03%

平行航跡線方向±0.1o

波束寬度

垂直航跡線方向±2o

平行航跡線方向±1%

距離分辨力

垂直航跡線方向±0.1%

產品計量性能的提出主要依據多種國內外現有產品的技術參數（見表2）、

參考標準、征求意見、專家咨詢、試驗結果，并結合了目前水運工程應用需求和

實際測量水平以及國內自主研發(fā)產品的技術水平。

表2幾種常見側掃聲吶的主要性能參數

儀器型號工作頻率距離分辨力波束寬度

垂直航跡垂直航跡

120kHz：8cm

方向分辨方向波束50o

410kHz：2cm

力寬度

EdgeTech120kHz

4200FS/410kHz120kHz：200m量程

沿航跡方

沿航跡方為2.5m120kHz：1.26o

向波束寬

向分辨力410kHz：100m量程410kHz：0.4o

度

為0.5m

垂直航跡垂直航跡

方向分辨/方向波束40o

100力寬度

Klein3000kHz/500

沿航跡方

kHz沿航跡方100kHz：0.7o

/向波束寬

向分辨力500kHz：0.2o

度

垂直航跡

方向分辨38m量程時：10cm

Klein5000455kHz力沿航跡方向波束寬度：0.4o

沿航跡方

（7.5~30）cm

向分辨力

沿航跡方向

1o

波束寬度

C3D-LPM200kHz垂直航跡方向分辨力：4.5cm

垂直航跡方

100o

向波束寬度

400kHz：

400kHz/900沿航跡方向0.3o

iSide4900L1.25cm

kHz波束寬度900kHz：

0.2o

6

儀器型號工作頻率距離分辨力波束寬度

垂直航跡方

45o

向波束寬度

100kHz：

垂直航跡方向分100kHz：4cm沿航跡方向1.0o

辨力400kHz：1cm波束寬度400kHz：

100kHz/4000.25o

Geoside1400

kHz100kHz：2%

沿航跡方向分辨×量程垂直航跡方

50o

力400kHz：0.4%向波束寬度

×量程

②鑒別閾

根據不同測區(qū)的準確度要求，將側掃聲吶鑒別閾分為3個等級。

一等

側掃聲吶拖魚在7m水深，垂直航跡線方向25m水平距離內，能有效鑒別

不小于10cm×10cm×10cm的目標塊。

二等

側掃聲吶拖魚在7m水深，垂直航跡線方向25m水平距離內，能有效鑒別

不小于20cm×20cm×20cm的目標塊。

三等

側掃聲吶拖魚在7m水深，垂直航跡線方向25m水平距離內，能有效鑒別

不小于50cm×50cm×50cm的目標塊。

鑒別閾是衡量側掃聲吶性能最為直觀的技術指標。《IHO海道測量規(guī)范》把

測量分為四個等級，其中特等和一等海道測量屬于水運工程檢測設備應用范疇，

因此以特等和一等海道測量為參考約束標準，對側掃聲吶產品計量性能指標提出

更為嚴格的技術要求。規(guī)范要求特等測量中側掃聲吶應能分辨出1m3的底物特

征，這里lm3底物即是對側掃聲吶等水下探測設備的鑒別閾要求；一等測量要求

側掃聲吶必須保證能分辨出40m深度內大于2m3的底物特征，或水深超過40m

時，大于深度10％的物體、規(guī)程起草組通過開展各項指標的測試方法試驗，結

合國內外現有相關技術標準，根據征求意見和專家咨詢結果，考慮國內外現有測

波儀產品的性能指標，對工作頻率、波束寬度、距離分辨力和鑒別閾等4項計量

7

性能提出規(guī)程中的具體要求。

（6）通用技術要求

①外觀

綜合水下聲學設備工作環(huán)境，生產單位和使用單位針對測波儀的外觀要求，

并參考JJG（交通）139-2017《多波束測深儀淺水》等相關技術內容，確定本規(guī)

程中側掃聲吶外觀的要求。

“側掃聲吶表面涂覆層應牢固、均勻，不應有脫落、劃傷、銹跡、水中生物

附著等。”

②銘牌

依據近期已發(fā)布交通運輸部部門計量檢定規(guī)程中水運工程相關檢定規(guī)程“銘

牌”固有要求起草本部分內容?！皞葤呗晠葢星逦你懪?，標有產品名稱、型

號、生產廠家、出廠編號及出廠日期等?！?/p>

（7）計量器具控制

①檢定條件

檢定環(huán)境條件的規(guī)定主要考慮溫度與濕度環(huán)境應能保證側掃聲吶檢定試驗

過程的正常進行。同時依據GB/T9359.9-2016水文儀器基本環(huán)境試驗條件及方法，

以及參考已發(fā)布水文監(jiān)測儀器類檢定規(guī)程的相關要求，起草本部分內容。

②檢定裝置

檢定設備及技術要求見表3。

表3檢定設備及技術要求

試驗設備技術要求編制依據

試驗水槽尺寸應能滿足水聲儀

器聲學指標檢測的遠場條件，

通過調研國內現有消聲水池尺

寸，寬深比基本為3:2。試驗中

水池有效尺寸長度不小于30m，寬度不

試驗水池不僅需要將側掃聲吶沿長邊勻

小于12m，深度不小于8m

速運動，還需要沿寬邊運動來

提高不同維度的測量范圍。綜

上提出以上試驗水池尺寸要

求。

8

試驗設備技術要求編制依據

水池應能滿足水聲儀器聲學指

標檢測的自由場或近似自由場

水池邊壁敷設消聲材料條件，保證側掃聲吶的發(fā)射與

接收波束在其測量范圍內不受

其他側壁的混響干擾。

試驗行車位于試驗水池之上，應配有回

轉/升降裝置，可用于安裝側掃聲吶拖魚

和標準水聽器，并且可以精確控制二者

試驗行車試驗論證

之間的角度和距離

角度控制最大允許誤差±0.1o

位移控制最大允許誤差±0.5cm

聲速剖面儀最大允許誤差為±0.2m/s為側掃聲吶提供標準聲速

頻率范圍0.1MHz~2.5MHz，擴展不確標準水聽器頻率范圍應高于被

標準水聽器

定度U=0.9dB（k=2）檢側掃聲吶工作頻率。

根據奈奎斯特定理，在進行模

擬/數字信號的轉換過程中，當

采樣頻率大于信號中最高頻率

最高采樣頻率為10MSa/s，電壓測量不的2倍時，采樣之后的數字信