《側(cè)掃聲納（征求意見(jiàn)稿）》編制說(shuō)明

中華人民共和國(guó)交通運(yùn)輸部部門(mén)計(jì)量檢定規(guī)程

側(cè)掃聲吶計(jì)量檢定規(guī)程

編制說(shuō)明

（征求意見(jiàn)稿）

規(guī)程起草組

2018年6月

一、任務(wù)來(lái)源

根據(jù)交科技函[2017]412號(hào)“交通運(yùn)輸部關(guān)于下達(dá)2017年交通運(yùn)輸標(biāo)準(zhǔn)化計(jì)

劃的通知”，由交通運(yùn)輸部天津水運(yùn)工程科學(xué)研究所負(fù)責(zé)中華人民共和國(guó)交通運(yùn)

輸部部門(mén)計(jì)量檢定規(guī)程《側(cè)掃聲吶》的制定工作，計(jì)劃編號(hào)：JJG2017-13。

二、項(xiàng)目背景

側(cè)掃聲吶是運(yùn)用水下底物對(duì)拖魚(yú)換能器兩側(cè)入射聲波反向散射的原理來(lái)探

測(cè)海底形態(tài)和目標(biāo)，直觀(guān)地提供海底聲成像的一種設(shè)備，在水運(yùn)工程、水下救撈、

港口建設(shè)及航道疏浚、海底目標(biāo)探測(cè)（如探測(cè)沉入海底的船舶、飛機(jī)、導(dǎo)彈以及

魚(yú)雷等）、海洋測(cè)繪、海洋資源開(kāi)發(fā)等方面有廣泛應(yīng)用。制定側(cè)掃聲吶計(jì)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(zhì)分類(lèi)資料，為直觀(guān)判斷水下各

種地貌和障礙物等提供規(guī)范的技術(shù)依據(jù)。

目前我國(guó)尚未制定側(cè)掃聲吶的國(guó)家計(jì)量檢定規(guī)程，因此急需開(kāi)展側(cè)掃聲吶部

門(mén)檢定規(guī)程的制定工作，為交通水運(yùn)行業(yè)側(cè)掃聲吶的生產(chǎn)和使用提供更為準(zhǔn)確、

可靠的技術(shù)支撐。側(cè)掃聲吶現(xiàn)已列入交通運(yùn)輸部《水運(yùn)工程檢測(cè)儀器設(shè)備計(jì)量管

理目錄》中，為加強(qiáng)計(jì)量監(jiān)督管理，有必要開(kāi)展側(cè)掃聲吶計(jì)量檢定規(guī)程制定工作。

側(cè)掃聲吶，在水運(yùn)工程領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。同時(shí)，該儀器作為檢測(cè)設(shè)備，

可以應(yīng)用于海洋、水利、測(cè)繪等多個(gè)領(lǐng)域的水下探測(cè)。側(cè)掃聲吶的量值溯源，是

對(duì)側(cè)掃聲吶的工作頻率、波束寬度、分辨力、鑒別閾等性能進(jìn)行溯源，不局限于

水運(yùn)工程領(lǐng)域，其他專(zhuān)業(yè)可以參考本規(guī)程開(kāi)展側(cè)掃聲吶的量值溯源工作。規(guī)程的

技術(shù)參數(shù)來(lái)源，主要為對(duì)應(yīng)的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，為了與標(biāo)準(zhǔn)相一致，規(guī)程的名稱(chēng)修改為

JJG（交通）XXX-XXXX《側(cè)掃聲吶》。

三、編寫(xiě)過(guò)程

2017年6月，編寫(xiě)《側(cè)掃聲吶計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)研究》任務(wù)書(shū)和《水運(yùn)工程側(cè)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(duì)側(cè)掃聲吶的生產(chǎn)單位、科研單位和使用單位

進(jìn)行全面的調(diào)研，匯總調(diào)研結(jié)果。對(duì)側(cè)掃聲吶計(jì)量技術(shù)指標(biāo)與量值溯源方法研究，

制定技術(shù)方案和量值溯源路線(xiàn)。

2018年1月~2018年5月，廣泛收集了國(guó)內(nèi)外側(cè)掃聲吶的研究單位、生產(chǎn)單

位、使用單位以及相關(guān)資料，就規(guī)程中關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行試驗(yàn)分析與驗(yàn)證，第一

1

編寫(xiě)人完成征求意見(jiàn)稿初稿，組織編寫(xiě)組進(jìn)行內(nèi)部討論，明確需要進(jìn)一步通過(guò)試

驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證的計(jì)量要求和檢定方法等技術(shù)內(nèi)容，結(jié)合水運(yùn)工程測(cè)量技術(shù)的實(shí)際需

求和相關(guān)專(zhuān)家學(xué)者的建議進(jìn)行編制，形成了《側(cè)掃聲吶》部門(mén)計(jì)量檢定規(guī)程征求

意見(jiàn)稿。

四、編寫(xiě)依據(jù)

本規(guī)程是主要依據(jù)JJF1002-2010《國(guó)家計(jì)量檢定規(guī)程編寫(xiě)規(guī)則》進(jìn)行編寫(xiě)，

并在編寫(xiě)中參考了以下有關(guān)文件：

JJF1001-2011《通用計(jì)量術(shù)語(yǔ)及其定義》

JJF1002-2010《國(guó)家計(jì)量檢定規(guī)程編寫(xiě)規(guī)則》

JJF1059.1-2012《測(cè)量不確定度評(píng)定與表示》

JJF1034-2005聲學(xué)計(jì)量名詞術(shù)語(yǔ)及定義

JTS131-2012水運(yùn)工程測(cè)量規(guī)范

IHO海道測(cè)量規(guī)范

GB18523水文儀器安全要求

GB/T7965-2002聲學(xué)水聲換能器測(cè)量

五、主要內(nèi)容

按照J(rèn)JF1002-2010《國(guó)家計(jì)量檢定規(guī)程編寫(xiě)規(guī)則》要求，本規(guī)程包括七個(gè)

章節(jié)和三個(gè)附錄：1范圍、2引用文件、3術(shù)語(yǔ)、4概述、5計(jì)量性能要求、6通

用技術(shù)要求、7計(jì)量器具控制，以及附錄A檢定原始記錄表，附錄B檢定結(jié)果

通知書(shū)內(nèi)頁(yè)格式，附錄C檢定證書(shū)內(nèi)頁(yè)格式。

（1）范圍

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

已發(fā)布水運(yùn)工程相關(guān)的交通運(yùn)輸部部門(mén)計(jì)量檢定規(guī)程編寫(xiě)格式，如JJG（交通）

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

儀》、JJG（交通）032-2015《水運(yùn)工程回聲測(cè)深儀》等。

（2）引用文件

2

本規(guī)程引用文件匯總?cè)缦拢?/p>

GB/T7965-2002聲學(xué)水聲換能器測(cè)量

JJF1034聲學(xué)計(jì)量名詞術(shù)語(yǔ)及定義

JT/TXXXX-XXX側(cè)掃聲吶

本規(guī)程引用了GB/T7965-2002《聲學(xué)水聲換能器測(cè)量》中關(guān)于波束寬度測(cè)

量的有關(guān)內(nèi)容；除給出的術(shù)語(yǔ)定義，文中關(guān)于側(cè)掃聲吶的專(zhuān)有名詞在JJF1034《聲

學(xué)計(jì)量名詞術(shù)語(yǔ)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(cè)掃聲吶》是與本規(guī)程同步起草編制的交通運(yùn)輸行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，其中

試驗(yàn)方法等主要技術(shù)內(nèi)容與本規(guī)程一致。

（3）術(shù)語(yǔ)

本部分給出的術(shù)語(yǔ)和定義，主要引用于由全國(guó)科學(xué)技術(shù)名詞審定委員會(huì)公布

的《測(cè)繪學(xué)名詞（第三版）》和JJF1001-2011《通用計(jì)量術(shù)語(yǔ)及定義》。

側(cè)掃聲吶side-scansonar：主動(dòng)聲吶與航向正交的固定聲束對(duì)海底掃描，

并記錄出海底形狀的一種聲吶設(shè)備。

拖魚(yú)towfish：由測(cè)量船牽引的測(cè)量?jī)x器的傳感器。例如側(cè)掃聲吶、海洋

磁力儀的拖曳裝置。

聲吶圖像sonarimage：簡(jiǎn)稱(chēng)“聲圖”。用側(cè)掃聲納對(duì)海底進(jìn)行掃描探測(cè)

所獲得的二維影像。

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

略判讀目標(biāo)的高度、大小、性質(zhì)和位置的工作。

分辨力resolution：引起相應(yīng)示值產(chǎn)生可察覺(jué)到變化的被測(cè)量的最小變

化。

本部分關(guān)于側(cè)掃聲吶距離分辨力的定義：引起側(cè)掃聲吶圖像上距離產(chǎn)生可察覺(jué)到變化的

實(shí)地距離的最小變化。在此說(shuō)明，本規(guī)程文件中使用術(shù)語(yǔ)“距離分辨力”是針對(duì)側(cè)掃聲吶而

言的，為了規(guī)范文件的簡(jiǎn)明性，不再加“側(cè)掃聲吶”主語(yǔ)限定。

鑒別閾discriminationthreshold：引起相應(yīng)示值不可檢測(cè)到變化的被測(cè)量

值的最大變化。

本部分關(guān)于側(cè)掃聲吶鑒別閾的定義：引起側(cè)掃聲吶圖像上不可檢測(cè)到變化的被測(cè)立方特

3

征物的最大尺寸。本規(guī)程文件中使用術(shù)語(yǔ)“鑒別閾”是針對(duì)側(cè)掃聲吶而言的，為了規(guī)范文件

的簡(jiǎn)明性，不再加“側(cè)掃聲吶”主語(yǔ)限定。

（4）概述

經(jīng)過(guò)廣泛搜集相關(guān)資料文獻(xiàn)，深入調(diào)研產(chǎn)品生產(chǎn)單位和使用單位，明確了側(cè)

掃聲吶組成，闡釋了側(cè)掃聲吶的工作原理，介紹了側(cè)掃聲吶的用途。格式依據(jù)為

JJF1002-2010《國(guó)家計(jì)量檢定規(guī)程編寫(xiě)規(guī)則》。

側(cè)掃聲吶主要由甲板系統(tǒng)和拖魚(yú)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(jī)、甲板電纜、滑環(huán)、電纜絞車(chē)等主要部分；拖魚(yú)系統(tǒng)包括尾

翼、電子水密艙、收發(fā)換能器線(xiàn)陣、拖鉤、拖纜等主要部分。側(cè)掃聲吶依靠測(cè)量

船沿航跡線(xiàn)向前移動(dòng)即完成對(duì)船兩側(cè)帶形海底的掃描，通過(guò)顯示器或硬拷貝可得

到這條帶寬度內(nèi)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(gòu)成與工作示意見(jiàn)圖1。側(cè)掃聲納的換能器線(xiàn)陣向拖魚(yú)兩

側(cè)發(fā)出扇形聲波波束，可以使聲波照射拖魚(yú)兩側(cè)各一條狹窄的海底，這一條海底

各點(diǎn)的回波依距離換能器遠(yuǎn)近的不同先后返回到換能器，經(jīng)換能器進(jìn)行聲電轉(zhuǎn)換

形成一個(gè)強(qiáng)弱不同的脈沖串，這個(gè)脈沖串各處的幅度高低包含了對(duì)應(yīng)海底的起伏

和底質(zhì)的信息，其回波數(shù)據(jù)成像原理示意見(jiàn)圖2。側(cè)掃聲吶在水下救撈、港口建

設(shè)及航道疏浚等水運(yùn)工程領(lǐng)域以及海底目標(biāo)探測(cè)（如沉入海底的船舶、飛機(jī)等）、

海洋測(cè)繪、海洋資源開(kāi)發(fā)等方面有廣泛應(yīng)用。

4

1

2

4

3

5

圖1側(cè)掃聲吶系統(tǒng)構(gòu)成與工作示意圖

1——工作站；2——拖曳電纜；3——拖魚(yú)；4——條帶寬度；5——航跡線(xiàn)。

1

2

3

圖2側(cè)掃聲吶回波信號(hào)成像原理示意圖

1——換能器；2——聲波波束；3——回波脈沖。

（5）計(jì)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(jiàn)表1。

表1示值誤差

5

測(cè)量參數(shù)最大允許誤差

工作頻率±0.03%

平行航跡線(xiàn)方向±0.1o

波束寬度

垂直航跡線(xiàn)方向±2o

平行航跡線(xiàn)方向±1%

距離分辨力

垂直航跡線(xiàn)方向±0.1%

產(chǎn)品計(jì)量性能的提出主要依據(jù)多種國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有產(chǎn)品的技術(shù)參數(shù)（見(jiàn)表2）、

參考標(biāo)準(zhǔn)、征求意見(jiàn)、專(zhuān)家咨詢(xún)、試驗(yàn)結(jié)果，并結(jié)合了目前水運(yùn)工程應(yīng)用需求和

實(shí)際測(cè)量水平以及國(guó)內(nèi)自主研發(fā)產(chǎn)品的技術(shù)水平。

表2幾種常見(jiàn)側(cè)掃聲吶的主要性能參數(shù)

儀器型號(hào)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(shí)：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(hào)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(jù)不同測(cè)區(qū)的準(zhǔn)確度要求，將側(cè)掃聲吶鑒別閾分為3個(gè)等級(jí)。

一等

側(cè)掃聲吶拖魚(yú)在7m水深，垂直航跡線(xiàn)方向25m水平距離內(nèi)，能有效鑒別

不小于10cm×10cm×10cm的目標(biāo)塊。

二等

側(cè)掃聲吶拖魚(yú)在7m水深，垂直航跡線(xiàn)方向25m水平距離內(nèi)，能有效鑒別

不小于20cm×20cm×20cm的目標(biāo)塊。

三等

側(cè)掃聲吶拖魚(yú)在7m水深，垂直航跡線(xiàn)方向25m水平距離內(nèi)，能有效鑒別

不小于50cm×50cm×50cm的目標(biāo)塊。

鑒別閾是衡量側(cè)掃聲吶性能最為直觀(guān)的技術(shù)指標(biāo)?！禝HO海道測(cè)量規(guī)范》把

測(cè)量分為四個(gè)等級(jí)，其中特等和一等海道測(cè)量屬于水運(yùn)工程檢測(cè)設(shè)備應(yīng)用范疇，

因此以特等和一等海道測(cè)量為參考約束標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)側(cè)掃聲吶產(chǎn)品計(jì)量性能指標(biāo)提出

更為嚴(yán)格的技術(shù)要求。規(guī)范要求特等測(cè)量中側(cè)掃聲吶應(yīng)能分辨出1m3的底物特

征，這里lm3底物即是對(duì)側(cè)掃聲吶等水下探測(cè)設(shè)備的鑒別閾要求；一等測(cè)量要求

側(cè)掃聲吶必須保證能分辨出40m深度內(nèi)大于2m3的底物特征，或水深超過(guò)40m

時(shí)，大于深度10％的物體、規(guī)程起草組通過(guò)開(kāi)展各項(xiàng)指標(biāo)的測(cè)試方法試驗(yàn)，結(jié)

合國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)征求意見(jiàn)和專(zhuān)家咨詢(xún)結(jié)果，考慮國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有測(cè)

波儀產(chǎn)品的性能指標(biāo)，對(duì)工作頻率、波束寬度、距離分辨力和鑒別閾等4項(xiàng)計(jì)量

7

性能提出規(guī)程中的具體要求。

（6）通用技術(shù)要求

①外觀(guān)

綜合水下聲學(xué)設(shè)備工作環(huán)境，生產(chǎn)單位和使用單位針對(duì)測(cè)波儀的外觀(guān)要求，

并參考JJG（交通）139-2017《多波束測(cè)深儀淺水》等相關(guān)技術(shù)內(nèi)容，確定本規(guī)

程中側(cè)掃聲吶外觀(guān)的要求。

“側(cè)掃聲吶表面涂覆層應(yīng)牢固、均勻，不應(yīng)有脫落、劃傷、銹跡、水中生物

附著等?！?/p>

②銘牌

依據(jù)近期已發(fā)布交通運(yùn)輸部部門(mén)計(jì)量檢定規(guī)程中水運(yùn)工程相關(guān)檢定規(guī)程“銘

牌”固有要求起草本部分內(nèi)容?！皞?cè)掃聲吶應(yīng)有清晰的銘牌，標(biāo)有產(chǎn)品名稱(chēng)、型

號(hào)、生產(chǎn)廠(chǎng)家、出廠(chǎng)編號(hào)及出廠(chǎng)日期等?！?/p>

（7）計(jì)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(yīng)能保證側(cè)掃聲吶檢定試驗(yàn)

過(guò)程的正常進(jìn)行。同時(shí)依據(jù)GB/T9359.9-2016水文儀器基本環(huán)境試驗(yàn)條件及方法，

以及參考已發(fā)布水文監(jiān)測(cè)儀器類(lèi)檢定規(guī)程的相關(guān)要求，起草本部分內(nèi)容。

②檢定裝置

檢定設(shè)備及技術(shù)要求見(jiàn)表3。

表3檢定設(shè)備及技術(shù)要求

試驗(yàn)設(shè)備技術(shù)要求編制依據(jù)

試驗(yàn)水槽尺寸應(yīng)能滿(mǎn)足水聲儀

器聲學(xué)指標(biāo)檢測(cè)的遠(yuǎn)場(chǎng)條件，

通過(guò)調(diào)研國(guó)內(nèi)現(xiàn)有消聲水池尺

寸，寬深比基本為3:2。試驗(yàn)中

水池有效尺寸長(zhǎng)度不小于30m，寬度不

試驗(yàn)水池不僅需要將側(cè)掃聲吶沿長(zhǎng)邊勻

小于12m，深度不小于8m

速運(yùn)動(dòng)，還需要沿寬邊運(yùn)動(dòng)來(lái)

提高不同維度的測(cè)量范圍。綜

上提出以上試驗(yàn)水池尺寸要

求。

8

試驗(yàn)設(shè)備技術(shù)要求編制依據(jù)

水池應(yīng)能滿(mǎn)足水聲儀器聲學(xué)指

標(biāo)檢測(cè)的自由場(chǎng)或近似自由場(chǎng)

水池邊壁敷設(shè)消聲材料條件，保證側(cè)掃聲吶的發(fā)射與

接收波束在其測(cè)量范圍內(nèi)不受

其他側(cè)壁的混響干擾。

試驗(yàn)行車(chē)位于試驗(yàn)水池之上，應(yīng)配有回

轉(zhuǎn)/升降裝置，可用于安裝側(cè)掃聲吶拖魚(yú)

和標(biāo)準(zhǔn)水聽(tīng)器，并且可以精確控制二者

試驗(yàn)行車(chē)試驗(yàn)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(cè)掃聲吶提供標(biāo)準(zhǔn)聲速

頻率范圍0.1MHz~2.5MHz，擴(kuò)展不確標(biāo)準(zhǔn)水聽(tīng)器頻率范圍應(yīng)高于被

標(biāo)準(zhǔn)水聽(tīng)器

定度U=0.9dB（k=2）檢側(cè)掃聲吶工作頻率。

根據(jù)奈奎斯特定理，在進(jìn)行模

擬/數(shù)字信號(hào)的轉(zhuǎn)換過(guò)程中，當(dāng)

采樣頻率大于信號(hào)中最高頻率

最高采樣頻率為10MSa/s，電壓測(cè)量不的2倍時(shí)，采樣之后的數(shù)字信