《側(cè)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(cè)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(wù)來源

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

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

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

二、項目背景

側(cè)掃聲吶是運用水下底物對拖魚換能器兩側(cè)入射聲波反向散射的原理來探

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

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

魚雷等）、海洋測繪、海洋資源開發(fā)等方面有廣泛應(yīng)用。制定側(cè)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(zhì)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(shù)依據(jù)。

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

門檢定規(guī)程的制定工作，為交通水運行業(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)已列入交通運輸部《水運工程檢測儀器設(shè)備計量管

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

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

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

對側(cè)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(lǐng)域，其他專業(yè)可以參考本規(guī)程開展側(cè)掃聲吶的量值溯源工作。規(guī)程的

技術(shù)參數(shù)來源，主要為對應(yīng)的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，為了與標(biāo)準(zhǔn)相一致，規(guī)程的名稱修改為

JJG（交通）XXX-XXXX《側(cè)掃聲吶》。

三、編寫過程

2017年6月，編寫《側(cè)掃聲吶計量標(biāo)準(zhǔn)研究》任務(wù)書和《水運工程側(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，對側(cè)掃聲吶的生產(chǎn)單位、科研單位和使用單位

進行全面的調(diào)研，匯總調(diào)研結(jié)果。對側(cè)掃聲吶計量技術(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。

2018年1月~2018年5月，廣泛收集了國內(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(nèi)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(shù)內(nèi)容，結(jié)合水運工程測量技術(shù)的實際需

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

意見稿。

四、編寫依據(jù)

本規(guī)程是主要依據(jù)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(guān)文件：

JJF1001-2011《通用計量術(shù)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(xué)計量名詞術(shù)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(xué)水聲換能器測量

五、主要內(nèi)容

按照J(rèn)JF1002-2010《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(shù)語、4概述、5計量性能要求、6通

用技術(shù)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(jié)果

通知書內(nèi)頁格式，附錄C檢定證書內(nèi)頁格式。

（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)布水運工程相關(guān)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?cè)缦拢?/p>

GB/T7965-2002聲學(xué)水聲換能器測量

JJF1034聲學(xué)計量名詞術(shù)語及定義

JT/TXXXX-XXX側(cè)掃聲吶

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

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

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

試驗方法等主要技術(shù)內(nèi)容與本規(guī)程一致。

（3）術(shù)語

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

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

側(cè)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(shè)備。

拖魚towfish：由測量船牽引的測量儀器的傳感器。例如側(cè)掃聲吶、海洋

磁力儀的拖曳裝置。

聲吶圖像sonarimage：簡稱“聲圖”。用側(cè)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(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)生可察覺到變化的被測量的最小變

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(shù)語“距離分辨力”是針對側(cè)掃聲吶而

言的，為了規(guī)范文件的簡明性，不再加“側(cè)掃聲吶”主語限定。

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

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(shù)語“鑒別閾”是針對側(cè)掃聲吶而言的，為了規(guī)范文件

的簡明性，不再加“側(cè)掃聲吶”主語限定。

（4）概述

經(jīng)過廣泛搜集相關(guān)資料文獻，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《國家計量檢定規(guī)程編寫規(guī)則》。

側(cè)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(cè)掃聲吶依靠測量

船沿航跡線向前移動即完成對船兩側(cè)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(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)成與工作示意見圖1。側(cè)掃聲納的換能器線陣向拖魚兩

側(cè)發(fā)出扇形聲波波束，可以使聲波照射拖魚兩側(cè)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(yuǎn)近的不同先后返回到換能器，經(jīng)換能器進行聲電轉(zhuǎn)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(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)及航道疏浚等水運工程領(lǐng)域以及海底目標(biāo)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(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；4——條帶寬度；5——航跡線。

1

2

3

圖2側(cè)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(shù)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(chǎn)品計量性能的提出主要依據(jù)多種國內(nèi)外現(xiàn)有產(chǎn)品的技術(shù)參數(shù)（見表2）、

參考標(biāo)準(zhǔn)、征求意見、專家咨詢、試驗結(jié)果，并結(jié)合了目前水運工程應(yīng)用需求和

實際測量水平以及國內(nèi)自主研發(fā)產(chǎn)品的技術(shù)水平。

表2幾種常見側(cè)掃聲吶的主要性能參數(shù)

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(jù)不同測區(qū)的準(zhǔn)確度要求，將側(cè)掃聲吶鑒別閾分為3個等級。

一等

側(cè)掃聲吶拖魚在7m水深，垂直航跡線方向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)掃聲吶拖魚在7m水深，垂直航跡線方向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)掃聲吶拖魚在7m水深，垂直航跡線方向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的技術(shù)指標(biāo)。《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(shè)備應(yīng)用范疇，

因此以特等和一等海道測量為參考約束標(biāo)準(zhǔn)，對側(cè)掃聲吶產(chǎn)品計量性能指標(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底物即是對側(cè)掃聲吶等水下探測設(shè)備的鑒別閾要求；一等測量要求

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40m

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

合國內(nèi)外現(xiàn)有相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)征求意見和專家咨詢結(jié)果，考慮國內(nèi)外現(xiàn)有測

波儀產(chǎn)品的性能指標(biāo)，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(shù)要求

①外觀

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(guān)技術(shù)內(nèi)容，確定本規(guī)

程中側(cè)掃聲吶外觀的要求。

“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)布交通運輸部部門計量檢定規(guī)程中水運工程相關(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、型

號、生產(chǎn)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(yīng)能保證側(cè)掃聲吶檢定試驗

過程的正常進行。同時依據(jù)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(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)要求見表3。

表3檢定設(shè)備及技術(shù)要求

試驗設(shè)備技術(shù)要求編制依據(jù)

試驗水槽尺寸應(yīng)能滿足水聲儀

器聲學(xué)指標(biāo)檢測的遠(yuǎn)場條件，

通過調(diào)研國內(nèi)現(xiàn)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(cè)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(shè)備技術(shù)要求編制依據(jù)

水池應(yīng)能滿足水聲儀器聲學(xué)指

標(biāo)檢測的自由場或近似自由場

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

接收波束在其測量范圍內(nèi)不受

其他側(cè)壁的混響干擾。

試驗行車位于試驗水池之上，應(yīng)配有回

轉(zhuǎn)/升降裝置，可用于安裝側(cè)掃聲吶拖魚

和標(biāo)準(zhǔn)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(cè)掃聲吶提供標(biāo)準(zhǔn)聲速

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

標(biāo)準(zhǔn)水聽器

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，在進行模

擬/數(shù)字信號的轉(zhuǎn)換過程中，當(dāng)

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(shù)字信