多波束测深表层声速误差的动态影响及改正方法

表层声速不准确会对多波束测深波束的归位产生影响,对于平面换能器阵,使波束角产生偏差,从而影响波束最终位置,但Snell常数保持不变;对于曲面换能器阵,虽然波束未束控不产生波束角偏差,但Snell常数发生改变,会使波束在传播过程中出现折射误差,对深水环境测量不利。对于表层声速误差带来的水深误差,外部波束比内部波束受到的影响更严重。当表层声速无法实时准确获取时,根据内外部波束对水深的影响大小识别表层声速误差的存在,通过逐步调整表层声速值,计算波束指向角差值,再重新进行声线跟踪,计算改正后的波束位置,消除其带来的水深的影响,完成表层声速误差的改正。文中用实测数据进行了验证,对多波束测深数据质量的改善有一定的参考意义。     

常梯度声线跟踪中平均声速的改进算法

在对多波束测深常用声线跟踪算法进行分析的基础上,提出了一种改进的声线跟踪算法,即沿声线传播的圆弧路径进行积分来求取层内的平均声速,进而推导了严密的多波束测深波束脚印位置的计算公式。理论推导表明,常用的声线跟踪算法的平均声速是将声线的圆弧传播路径当作对应弧段弦时的改进算法平均声速的近似解。实验表明,改进的声线跟踪算法比常用的声线跟踪算法更严密。     

一种利用回波时间反演多波束横摇角度的方法

针对传统多波束测深系统中对横摇偏差进行改正,存在校准后仍在航行过程中受外界因素干扰,以及改正模型未考虑声速不同导致声线跟踪法计算过程中的水层分层与声线弯曲影响,直接利用深度值进行计算使得改正精度不高的问题.提出了以检测线中央波束数据作为真实海底地形的参考,通过声线跟踪得到主测线在不同入射角度的回波时间,进而利用入射角度和回波时间的关系,反演得到横摇偏差角进行改正的方法.实验表明:利用回波时间对多波束测深数据的横摇偏差进行改正,通过声线跟踪结合检测线中央波束,能够进一步提高横摇偏差改正的精度.     

多波束测深系统水下地形测量声速改正研究

多波束测深系统在进行水下地形测量过程中误差源来自多个方面,其中声速是影响数据精度的主要因素之一。声波在水中传播速度受到温度、电解质、压力以及水文条件等因素的影响,传播速度和方向发生着梯度变化。如果不对声速加以改正会产生深度和水平误差,使水下地形失真。因此,精确测定水下声速剖面,并对测量数据加入声速改正,有利于提高测量数据精度,保证水下地形真实有效。本文以辽宁省大中型水下地形测量项目为例,基于IMAGENEX DT101多波束测深系统,对声速在水下传播规律进行了系统研究,提出了建立动态声速改正格网方案,并利用AML Minos. X SVP水下声速剖面仪精确测定了水下剖面声速,在HYPACK MAXHysweep测深数据处理软件中加入声速改正值对数据进行声速改正,提高了水下地形测量精度。     

多波束勘测声速剖面场的EOF表示方法

提出了根据实测声速剖面，利用经验正交函数建立了声速剖面场的数学模型，得到了任意点位的声速剖面对边缘波束数据进行声线折射改正的方法。该方法对提高多波束勘测效率和精度具有重要意义。     

顾及波束入射角的常梯度声线跟踪水下定位算法

海水声速的时空变化会使声波沿传播方向发生折射,有效消除声波的折射效应对提高水下声学定位精度至关重要。在声速剖面已知的情况下,声线跟踪是削弱折射效应的有效方法。但现有的声线跟踪方法要求波束入射角为已知,而基于距离交会原理的水下声学定位系统通常未对波束入射角进行直接观测。针对上述问题,提出了顾及波束入射角的常梯度声线跟踪水下定位算法,采用搜索法确定波束入射角,通过对声线跟踪与定位解算的迭代计算,实现波束入射角和目标坐标的渐次修正。为进一步提高计算效率,提出了迭代求解超越方程的解算法。试验结果表明,本文方法有效利用声速剖面消除了声线折射效应的影响,且解算法计算效率优于搜索法。     

精密多波束测深系统位置修正方法研究

在声速剖面或声速函数具备的情况下，多波束条带式测深系统的波束归位计算通常采用曲线跟踪法进行声线改正，虽然保证了归位计算的高精度，但过程复杂繁琐。为此,提出了一种新的归位计算方法－－位置修正法，该方法引进了深度、水平位移相对误差以及面积差的概念，在不失精度的情况下，大大简化了归位计算的精度。     

顾及传播曲面的多波束波束脚印高精度快速归位算法

针对传统多波束波束脚印位置归算方法忽视收/发换能器位置差异给深水测深带来的显著影响,以及新算法虽顾及收/发差异但效率偏低的问题,本文提出一种顾及传播曲面的高精度快速波束脚印位置归算算法:①基于多波束测量和声线传播原理,提出波束传播曲面模型;②将扇区内波束分为插值结点和待插值点;针对前者,提出采用迭代搜索和插值的方法避免建立完整的传播曲面;③针对后者,利用插值结点参数,提出基于多项式插值的方法获取其发射单程时间和声线俯角、方位角;④综合完成所有波束脚印位置归算.浅水和中深水区试验表明,本文方法的交叉线检验精度与Cari s相近,且均优于传统算法;相较Cari s计算结果,本文同号波束脚印的深度偏差分别为0.35‰水深和0.11‰水深,且计算效率分别提高了8％ 和35％.     

一种基于常梯度模板插值的声线跟踪算法

常梯度声线跟踪在计算波束脚印位置时精度高,但过程复杂、效率低,应用于深海测量时尤为严重,因此提出了一种基于常梯度声线跟踪模板的波束点插值计算方法.首先研究了基于常梯度声线跟踪模板进行波束点位插值计算的理论基础,发现通过模板差值可以确定波束足迹;然后提出了基于常梯度模板插值的声线跟踪算法,主要包括常梯度声线跟踪模板构建、...     

海洋测量学

在声速剖面或声速函数具备的情况下,多波束条带式测深系统的波束归位计算常采用曲线跟踪法进行声线改正,虽然保证了归位计算的高精度,但过程复杂繁琐。提出了一种新的归位计算方法-位置修正法。