海洋水文观测装备是认识海洋、开发海洋的重要基础，ADCP声学多普勒流速剖面仪作为海流观测的核心仪器，长期以来4波束Janus构型是行业主流技术方案。
近日，偶信科技斩获“基于相控阵技术的5波束ADCP系统”发明专利。核心技术围绕相控阵ADCP的5波束一体化实现展开：在传统4个倾斜测量波束基础上增加1个垂直波束，通过电子相控实现五波束交替发射与接收，无需额外增加垂直方向换能器硬件。
这一技术突破，为ADCP进一步向多维观测、高度集成和小型化方向发展提供了新的技术路径。
从成熟4波束到5波束：复杂水域观测提出新需求
传统4波束Janus ADCP通过4个倾斜声学波束获取不同方向的径向流速，再结合波束几何关系进行三维流速解算。这一架构技术成熟、应用广泛，是目前ADCP产品的重要技术路线。
但随着海上风电、河口动力学、港口航道以及复杂河流等应用对水动力观测精度和数据维度提出更高要求，仅依靠四个倾斜波束获取信息也存在进一步拓展的空间。
尤其是在需要关注垂向流动、河床界面以及水体声学回波特征的应用中，如果能够增加独立的垂直方向观测通道，就可以为传统斜向波束测量提供额外的信息维度。
问题在于，传统思路通常需要增加独立的垂直换能器。这不仅可能增加设备体积、重量和硬件复杂度，也会对探头结构设计以及移动平台集成提出更高要求。
如何在增加第五波束的同时保持设备的小型化和高集成度，成为五波束ADCP进一步产品化需要解决的重要问题。
核心突破：同一套阵列实现“4斜+1垂直”五波束
此次偶信科技专利的核心价值，正是在于对这一问题提出了新的解决方案。
“基于相控阵技术的5波束ADCP系统”在工作过程中，系统可以交替形成1个垂直发射波束和4个不同方向的倾斜发射波束，从而形成完整的5波束测量架构。
也就是说，偶信此次专利的创新重点并不是简单地“增加一个换能器”，而是利用相控阵的电子波束形成能力，在既有阵列硬件基础上完成5波束功能扩展。
专利公开信息明确指出，5个发射波束均由同一套阵列实现，无需新增垂直方向的换能器硬件，同时现有功放、相控和数字信号处理等模块可以共同服务于5个波束。
5波束带来的不仅是“多一束声波”
从测量原理来看，垂直波束首先提供的是垂直方向的径向流速信息，而4个倾斜波束继续承担传统ADCP的主要流速剖面测量任务。
因此，5波束架构的意义并非简单增加一个测量通道，而是进一步丰富了水体三维运动的观测信息。
对于河口、近岸海域以及存在明显垂向水动力变化的环境，独立的垂直方向观测能够为垂向流动研究提供新的数据维度；同时，垂直波束获得的回波信息还可以用于水深、河床界面等相关声学信息分析。
值得注意的是，5波束并不意味着传统4波束ADCP已经无法完成三维流速测量。4波束Janus架构本身即可通过多个倾斜波束的径向流速联合解算三维流速。5波束的价值，更准确地说，是增加独立方向的观测信息，为复杂水动力环境下的数据分析和质量评价提供更多依据。
这也是五波束方案相较传统四波束架构更值得关注的技术价值。
小型化与高集成度：相控阵路线的另一优势
相控阵技术的重要特点之一，是可以通过阵列通道之间的幅度和相位控制实现电子波束形成，而不必完全依赖多个独立机械换能器来确定波束方向。
对于ADCP而言，这种技术路线有利于在有限的结构空间内实现多方向声学观测。
偶信此次专利将垂直波束与4个倾斜波束纳入同一套阵列里，并通过功放、相控和数字信号处理模块协同完成波束发射、接收和信号处理，从硬件架构层面减少了新增独立换能器的需求。
这对于AUV、无人船、潜标以及便携式水文设备等载荷空间有限的平台具有现实意义，也体现了ADCP从传统机械式探头向阵列化、电子化和高集成度方向发展的趋势。
面向复杂水域，拓展ADCP应用边界
从产品应用角度看，5波束相控阵ADCP可以重点服务于对多维水动力信息和设备集成度要求较高的应用场景。
在海上风电建设与运维中，设备需要适应近岸复杂水动力环境；在河口和港口航道监测中，水体流动、泥沙运动以及河床变化具有明显的空间差异。
在这些场景下，5波束方案可以利用4个倾斜波束进行常规流速剖面测量，同时通过独立垂直波束增加垂直方向的声学观测信息，为水深识别、河床界面分析以及数据质量评价提供更多依据。
偶信目前已经形成覆盖海洋监测和水文监测的ADCP产品体系，并推出了Ocean-ADCP-600-PA5等5波束相控阵产品。公司公开资料显示，该产品采用平面相控阵5波束设计，在经典4波束基础上增加垂直波束，面向近岸复杂海域等应用场景。
这意味着，此次专利技术并非停留在单纯的理论架构层面，而是正在与实际ADCP产品形成结合。
从专利创新到国产ADCP技术升级
ADCP是一类典型的高技术水声测量装备，其核心竞争力不仅体现在最终测量指标上，还涉及换能器、阵列设计、发射接收电路、波束形成、数字信号处理和流速解算等多个技术环节。
偶信此次5波束相控阵ADCP专利，将多个关键环节整合到统一的系统架构中，其价值在于探索了一条不依赖新增独立垂直换能器的五波束实现路线。
从行业发展趋势来看，未来ADCP的竞争将逐渐从单一参数竞争转向核心换能器技术、阵列架构、算法能力、数据质量控制、设备集成度和复杂环境适应能力的综合竞争。
对于国产水声装备企业而言，通过发明专利形成底层技术积累，再将专利技术转化为实际产品，是提升自主研发能力和产品竞争力的重要路径。
总结：以5波束相控阵推动ADCP向高集成度发展
从4波束到5波束，看似只是增加一个测量方向，背后实际上涉及阵列架构、相位控制、功率驱动、信号处理以及流速剖面计算等多个技术环节。
这一技术方案的价值，不在于简单追求“多一束波”，而在于通过相控阵架构重新思考5波束ADCP的硬件实现方式，在多维观测能力与设备小型化、高集成度之间寻找新的平衡。
随着海上风电、智慧水文、港口航道、河口动力学和无人水下平台等应用不断发展，ADCP对多维、高质量、低负载水声观测的需求仍将持续增长。未来，偶信科技也将进一步推动相控阵、数字信号处理和ADCP测流算法等核心技术的产品化应用，为国产海洋与水文观测装备的技术升级提供新的选择。
