專利名稱：相干類測深聲納正下方高精度測深方法及系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及相干類測深聲納測深領(lǐng)域，尤其涉及一種基于相干類測深聲納正下方高精度測深方法及系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
相干類測深聲納通過采用多條固定間距的平行接收線陣，利用各接收陣間相位差信息來計算海底來波方向，從而確定海底深度。常見的相干測深聲納主要有常規(guī)測深側(cè)掃聲納和高分辨率測深側(cè)掃聲納。這類聲納均利用相位差信息進行測深。文獻《測深側(cè)掃聲吶差分相位估計的不定度》中給出了差分相位估計的均值和方差解析表式，即不定度。該表達式表明在時空相關(guān)函數(shù)相位上除了正常相位差項外，還附加了一項誤差項。并通過架設(shè)海底是一反向散射薄層，從理論和實驗角度解釋了正下方測深誤差存在的原因。雖然通過對聲納參數(shù)進行適當(dāng)?shù)倪x擇可以減弱這種誤差的影響，但其在正下方的測深精度仍無法與其它測深點精度比擬。 關(guān)于測深側(cè)掃聲納測深精度及正下方測深問題已有諸多學(xué)者進行了系統(tǒng)的研究和分析。不過這些分析大多是基于傳統(tǒng)的相干測深聲納而言的。文獻《Bathymetric Sidescan Sonar Bottom Estimation Accuracy: Tilt Angles and Waveforms》中 I匕較系統(tǒng)的對測深側(cè)掃聲納測深精度在基陣安裝角及信號形式進行了分析，給出了正下方無法測深而形成測深空白的原因，但沒有給出解決方案。文獻《Post-processing and Corrections ofBathymetry Derived from Side-scan Sonar Systems:Application with SeaMARC II》中結(jié)合SeaMARC II測深側(cè)掃聲納給出了解決正下方測深空白的問題，其將測深儀等設(shè)備獲得的底深度應(yīng)用內(nèi)插方法填補正下方測深空白。該方法中應(yīng)用測深儀獲取正下方區(qū)域深度信息，其不但需要額外增加設(shè)備，而且新設(shè)備只能獲取正下方一個測深點，不足以提高正下方區(qū)域的測深精度。文獻《Survey Operations and Results Using a Klein 5410Bathymetric Side scan Sonar》中結(jié)合Klein 5410測深側(cè)掃聲納分析了正下方測深不足的問題，其提出解決正下方測深的方法是通過加密測線，使下一測線深測時覆蓋本次測線的正下方區(qū)域來獲得測深數(shù)據(jù)。但該方法要求探測測線間距需滿足50%以上的測深覆蓋，顯然該方法探測效率極低不可取。因此，目前需要一種基于相干類測深聲納就能夠?qū)崿F(xiàn)正下方區(qū)域高精度測深的方法，有效地彌補相干類測深聲納在正下方區(qū)域的測深缺陷，提高相干類測深聲納的工作效率。

發(fā)明內(nèi)容
為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種相干類測深聲納正下方高精度測深方法及系統(tǒng)。在第一方面，本發(fā)明提供了一種相干類測深聲納正下方高精度測深方法。該方法為計算正下方可信底平均深度7，通過變閾值方法，利用所述正下方可信底平均深度J規(guī)劃相干側(cè)深聲納獲得的原始相干測深序列。進一步的，所述通過變閾值方法，利用所述正下方可信底平均深度J規(guī)劃利用相干側(cè)深聲納獲得的原始相干測深序列，具體為，從底回波起始點開始計算測深深度序列Dps =0P，忑5J;所述測深深度序列包括，左舷測深序列為^正下方區(qū)域可信底平均深
度J，右舷測深序列D S中，所述左舷測深序列和所述右舷測深序列為所述原始相
干測深序列；計算出水平方向波束主瓣覆蓋寬度W ;從所述測深深度序列乃《中找出水平坐標位于[-w/2, w/2]范圍內(nèi)的測深點Dx<w/2 ;設(shè) 定滑動閾值Tx ;保留所述測深點Dx<w/2中I Dxsv"2-d\< Γν的點，去除超出對應(yīng)閾值的點，形成新的測深序列D' x^w/2,與所述測深深度序列乃μ中水平坐標位于[_w/2，w/2]之外的測深點構(gòu)成測深結(jié)果輸出。所述水平方向波束主瓣覆蓋寬度w = 2Jtan(U2)，其中Θ _3dB為根據(jù)左右舷正下方波束形成的結(jié)果計算出的主瓣寬度。所述滑動閾值Tx=XVTci，其中，X為所述測深點Dx<w/2中各測深點對應(yīng)的水平坐標，T0為利用相干法和/或幅度法測量時的允許誤差。進一步的，所述計算正下方可信底平均深度J之前，包括對左右舷各多條接收通道獲得的正交采樣數(shù)據(jù)進行脈沖壓縮處理后在正下方做波束形成；在所述在正下方做波束形成的結(jié)果上應(yīng)用逐步細化分段能量比較方法精確定位底回波的起始點，根據(jù)底回波的起始點分別計算左、右舷原始相干測深序列；所述在正下方做波束形成的結(jié)果上計算正下方可信底平均深度J。在第二方面，本發(fā)明提供了一種相干類測深聲納正下方高精度測深系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括，計算正下方可信底平均深度J的模塊；通過變閾值方法，利用所述正下方可信底平均深度J規(guī)劃相干測深聲納獲得的原始相干測深序列的模塊。進一步的，該系統(tǒng)還包括在所述計算正下方可信底平均深度J之前，對左右舷各多條接收通道獲得的正交采樣數(shù)據(jù)進行脈沖壓縮處理后在正下方做波束形成的模塊；在所述在正下方做波束形成的結(jié)果上應(yīng)用逐步細化分段能量比較方法精確定位底回波的起始點的模塊；根據(jù)底回波的起始點分別計算左、右舷原始相干測深序列的模塊；在所述在正下方做波束形成的結(jié)果上計算正下方可信底平均深度J的模塊。本發(fā)明提供的一種相干類測深聲納正下方高精度測深的方法及系統(tǒng)，有效地彌補了相干類測深聲納在正下方的測深缺陷，實現(xiàn)了相干類測深聲納全覆蓋范圍內(nèi)的高精度側(cè)深。本發(fā)明無需在相干類側(cè)深聲納添加外增設(shè)備，且計算量小，易于在原有系統(tǒng)上升級，可廣泛應(yīng)用于現(xiàn)在有的相干類測深聲納系統(tǒng)。


圖I為本發(fā)明實施例中相干類測深聲納正下方高精度測深方法流程圖；圖2a和圖2b為本發(fā)明實施例中應(yīng)用本方法處理前后的左舷正下方測深結(jié)果比較圖。
具體實施例方式下面通過附圖和實施例，對本發(fā)明的技術(shù)方案做進一步的詳細描述。本發(fā)明的主要目的是提高相干類測深聲納正下方的測深精度，其先后將左右舷獲得的原始AD數(shù)據(jù)在正下方做波束形成，再綜合左右舷在正下方形成的波束，在這三個波束形成輸出結(jié)果上應(yīng)用質(zhì)心法獲得三個正下方區(qū)域底平均深度估計，再通過計算得到正下方區(qū)域可信底平均深度，并以此深度信息為參考來規(guī)劃左右舷獲得的原始測深序列。從而提高相干類測深聲納正下方的測深精度。圖I為本發(fā)明一個實施例中的利用相干類測深聲納正下方區(qū)域高精度的測深方法流程圖。該方法的實施步驟如圖I所示。取一 Pi ng測深原始波形數(shù)據(jù)為例。步驟101，按照常規(guī)相干探測方法在進行海底探測時，通過相干類測深聲納獲得左右舷原始波形數(shù)據(jù)，相干類測深聲納采用多條接收陣接收海底回波信號，其中包含左右舷的多條接收通道接收的正交采樣數(shù)據(jù)，然后分別對各通道數(shù)據(jù)進行脈沖壓縮處理。步驟102，分別將左右舷多條接收陣接收的信號在正下方做波束形成。 步驟103，在波束形成結(jié)果上應(yīng)用逐步細化分段能量比較的方法精確定位底回波的起始點，即精確找到海底回波出現(xiàn)的起始位置。步驟104，分別獲取左右舷的原始相干測深序列。從在步驟103中獲得的底回波起點開始，對回波數(shù)據(jù)分段應(yīng)用DOA (波達方向)估計獲得左右舷底回波各散射點信號的來波方向角，進而得到相干法測深的原始相干測深序列。具體的，根據(jù)獲得左、右舷的底回波數(shù)據(jù)所對應(yīng)的來波方位角及聲程計算底回波各散射點的深度和水平位置信息，從而得到左舷相干測深結(jié)果，即左舷測深序列，及右舷相干測深結(jié)果，即右舷測深序列Ss左舷測深序列右舷測深序列D為原始相干測深序
OiI. I列。步驟105，分別計算底平均深度估計I ( U )及底平均深度估計2 ( c/ )。底平均深度估計1(4)，在左舷正下方波束形成結(jié)果上，通過對底回波信號幅度應(yīng)用質(zhì)心法計算出的正下方底平均深度估計I (式)。同理，底平均深度估計2 (元},在左舷正下方波束形成結(jié)果上，通過對底回波信號幅度應(yīng)用質(zhì)心法計算出的真下方底平均深度估計2 (元)。步驟106，計算底平均深度估計3 G/ )反主瓣寬度Θ _3dB。結(jié)合步驟102中左右舷正下方波束形成結(jié)果，得到左右舷多通道數(shù)據(jù)在正下方的波束形成輸出，在該輸出波形幅度上應(yīng)用質(zhì)心法再次估計正下方底平均深度，即底平均深度估計3 ( J3 )。同時，計算該波束形成的主瓣寬度Θ_3(Κ。步驟107，計算參考深度，即正下方可信底平均深度J。根據(jù)步驟105,步驟106中獲得三個正下方底平均深度估計 2，J3，計算這三個正下方底平均深度估計方差，根據(jù)計算出的方差采用加權(quán)求和再計算均值的方法確定出一個正下方可信底平均深度J。步驟108，通過變閾值方法，利用所述正下方可信底平均深度J規(guī)劃相干測深聲納獲得的原始相干測深序列。具體的規(guī)劃過程如下
首先，根據(jù)步驟106中計算出的主瓣寬度Θ _3dB及步驟107中計算出的正下方可信底平均深度J，計算水平方向(即垂直航跡向)波束主瓣覆蓋寬度w = 2d12)。然后，綜合左、右舷測深原始結(jié)果Ss及正下方底可信平均深度J，形成該
Ping底回波測深深度序列
權(quán)利要求
1.一種相干類測深聲納正下方高精度測深方法，其特征在于， 計算正下方可信底平均深度孑; 通過變閾值方法，利用所述正下方可信底平均深度J規(guī)劃相干測深聲納獲得的原始相干測深序列。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，所述計算正下方可信底平均深度方之前，包括 對左右舷各多條接收通道獲得的正交采樣數(shù)據(jù)進行脈沖壓縮處理后，在正下方做波束形成； 在所述在正下方做波束形成的結(jié)果上應(yīng)用逐步細化分段能量比較方法精確定位底回波的起始點，根據(jù)所述底回波的起始點分別計算左、右舷原始相干測深序列； 在所述在正下方做波束形成的結(jié)果上計算正下方區(qū)域可信底平均深度J。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，所述通過變閾值方法，利用所述正下方可信底平均深度3規(guī)劃相干側(cè)深聲納獲得的原始相干測深序列，具體為， 從底回波起始點開始計算測深深度序列乃=[乃P，;所述測深深度序列乃ps包括，左舷測深序列，正下方區(qū)域可信底平均深度J，右舷測深序列;其中，所述左舷測深序列4和所述右舷測深序列民為所述原始相干測深序列； 計算出水平方向波束主瓣覆蓋寬度w ； 從所述測深深度序列中找出水平坐標位于[_w/2，w/2]范圍內(nèi)的測深點Dx<w/2; 設(shè)定滑動閾值Tx ；保留所述測深點Dx<w/2中I /)、 :的點，去除超出對應(yīng)閾值的點，形成新的測深序列0’!￡^/2，與所述測深深度序列乃/^中水平坐標位于[1/2，w/2]之外的測深點構(gòu)成測深結(jié)果輸出。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述水平方向波束主瓣覆蓋寬度w = Id12)，其中Θ _3dB為根據(jù)左右舷正下方波束形成的結(jié)果計算出的主瓣寬度。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述滑動閾值Tx= XVrtl，其中，X為所述測深點dx<w/2中各測深點對應(yīng)的水平坐標，T0為利用相干法和/或幅度法測量時的允許誤差。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，根據(jù)三次正下方底平均深度估計計算方差，根據(jù)所述方差采用加權(quán)求和計算均值的方法確定所述正下方可信底平均深度孑。
7.一種相干類測深聲納正下方高精度測深系統(tǒng)，其特征在于，包括 計算正下方可信底平均深度J的模塊； 通過變閾值方法，利用所述正下方可信底平均深度J規(guī)劃相干測深聲納獲得的原始相干測深序列的模塊。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)還包括 在所述計算正下方可信底平均深度J之前，對左右舷各多條接收通道獲得的正交采樣數(shù)據(jù)進行脈沖壓縮處理后在正下方做波束形成的模塊； 在所述在正下方做波束形成的結(jié)果上應(yīng)用逐步細化分段能量比較方法精確定位底回波的起始點的模塊； 根據(jù)所述底回波的起始點分別計算左、右舷原始相干測深序列的模塊； 在所述在正下方做波束形成的結(jié)果上計算正下方可信底平均深度J的模塊。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述通過變閾值方法，利用所述正下方可信平均深度J規(guī)劃相干測深聲納獲得的原始相干測深序列，具體為， 從底回波起始點開始計算測深深度序列乃=;所述測深深度序列Dpi包括，左舷測深序列故^正下方可信底平均深度右舷測深序列f其中，所述左舷測深序列和所述右舷測深序列乃,為所述原始相干測深序列； 計算出水平方向波束主瓣覆蓋寬度w ； 從所述測深深度序列中找出水平坐標位于[-w/2，w/2]范圍內(nèi)的測深點Dx<w/2; 設(shè)定滑動閾值Tx ； 保留所述測深點Dx<w/2 Φ| Dx&vf2 -J|<2；的點，去除超出對應(yīng)閾值的點，形成新的測深序列D’ x^w/2,與所述測深深度序列中水平坐標位于[-w/2，w/2]之外的測深點構(gòu)成測深結(jié)果輸出。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種相干類測深聲納正下方高精度測深方法。該方法為計算正下方可信底平均深度通過變閾值方法，利用所述正下方可信底平均深度規(guī)劃相干測深聲納獲得的原始相干測深序列。同時，本發(fā)明涉及一種相干類測深聲納正下方高精度測深系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括，計算正下方可信底平均深度的模塊；通過變閾值方法，利用所述正下方可信底平均深度規(guī)劃相干測深聲納獲得的原始相干測深序列的模塊。本發(fā)明提供的一種相干類測深聲納正下方高精度測深方法及系統(tǒng)，有效地彌補了相干類測深聲納在正下方的測深缺陷，實現(xiàn)了相干類測深聲納全覆蓋范圍內(nèi)的高精度側(cè)深。
文檔編號G01S15/10GK102721966SQ20121021184
公開日2012年10月10日 申請日期2012年6月20日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月20日
發(fā)明者劉曉東, 張東升, 張方生, 曹金亮, 朱維慶, 許高鳳 申請人:中國科學(xué)院聲學(xué)研究所