内波对多波束测深影响仿真研究

为了研究内波对多波束测深的影响,通过对内波建模,分别对四个区间的声线跟踪情况进行了研究分析。在此基础上,推导了针对曲线型梯度结构的声线跟踪模型,并根据该模型进行了仿真分析。仿真简单模拟了采用常梯度声线跟踪模型对曲线型梯度结构声速剖面进行声速改正的声线跟踪过程。采用仿真数据绘制了声线跟踪前后的声线示意图,并对归算前后的波束脚印位置进行了比较分析。仿真结果说明内波会给多波束的边缘波束带来大量尖峰状的浅点,而这些浅点难以用传统的声速改正模型消除。推导的针对曲线型梯度结构的声线跟踪模型可为内波的进一步研究提供理论依据,最后对未来的研究进行了展望。     

关于多波束声速剖面改正问题的探讨

简要介绍了声线跟踪计算中比较精确的常梯度声线跟踪算法,针对实际声速剖面测量中可能出现的随机误差和整体偏差两种情况,分别设计了相对应的模拟声速剖面,然后采用常梯度声线跟踪算法计算波束脚印,分析声速剖面误差对波束脚印计算的影响,给出了实际多波束测量作业中声速剖面测定密度和间隔的建议。     

多波束测量声速剖面采样间隔优化选取

针对多波束测量声速剖面采样间隔合理选取问题,首先介绍了常声速分层声线跟踪法与常梯度分层声线跟踪法基本原理及实现方式,其次基于两种声线跟踪方法分析了声速剖面采样间隔对多波束测深的影响规律,并利用三次样条插值法对声速剖面进行了层化处理以获取不同采样间隔声剖数据,最后结合限差要求,对采样间隔进行了优化选取,实验结果表明,常声速分层声线跟踪法较常梯度分层声线跟踪法对声剖采样间隔更为敏感,在给定限差范围内合理确定采样间隔,既能保证测量的精度又能提高算法运行效率,分析结果对多波束测深数据采集质量的实时监控和实时声线跟踪具有一定指导作用。     

声速剖面EOF表示对多波束水深数据的影响研究

基于实测数据,将测区内声速剖面进行EOF表示,进而采用常梯度分层声线跟踪法对EOF表示的声速剖面和实测声速剖面进行比对,统计有效波束比。比对结果表明:采用EOF表示的声速剖面进行的水深数据改正能够满足多波束水深测量的精度指标要求,论证了采用EOF方法表示多波束勘测水深声速剖面场的有效性。     

一种适用于深海长基线定位的自适应分层声线跟踪法

在深海定位中,声线传播距离长,声速剖面层数多,采用分层等梯度怕线跟踪法运算量大,会明显降低定位的计算效率。针对这一问题,提出了一种自适应分层声线跟踪法,根据声速梯度的变化情况对声速剖面数据进行自适应分层,保留主要声速层以减少运行时间。实验表明,该方法在保证定位精度的前提下显著地提高了计算效率。     

一种多波束测深声线跟踪自适应分层方法

为解决声线跟踪精度与计算量之间的矛盾,在常梯度分层声线跟踪法的基础上,提出了一种适用于多波束测深的声线跟踪自适应分层方法,即利用Douglas-Peucker算法对原始声速剖面数据进行筛选分层。给出了不同阈值的分层结果,并对等间隔分层与自适应分层的声线跟踪结果进行了比较。实验结果表明,自适应分层法能够顾及到声速结构变化规律,有效提取声速变化节点,克服了人工选点的不足;在相同计算量情况下,自适应分层法声线跟踪精度要优于传统的等间隔分层法。本方法能够有效解决声线跟踪精度与计算量之间的矛盾,具有良好的工程应用价值。     

基于时间分解的多波束常梯度声线跟踪方法

针对多波束常梯度声线跟踪计算耗时和声速剖面简化导致计算精度下降的问题,在对多波束常梯度声线跟踪理论进行分析的基础上,提出了一种基于时间分解的常梯度声线跟踪方法。将波束在层内的传播时间分解为与波束入射角无关的固定项和有关的变化项,固定项对于每个声速剖面仅需计算一次,对变化项采用麦克劳林公式展开得到其一阶近似,简化了层内传播时间和水平位移的计算;同时仅对变化项应用简化的声速剖面,降低剩余传播时间计算误差。实验结果证明当波束角小于50°、层间距小于50 m或上下层声速差小于20 m/s时,近似模型与常梯度算法精度相当,时间分解法在声速剖面层间距增大时能显著提高声线跟踪的精度。     

一种等效声速梯度的迭代计算方法

等效声速剖面法将实际复杂的声速剖面用一个简单的声速剖面等效替代,在声线跟踪时可以提高计算效率。但在多波束测深系统归位计算中,由于地形的起伏,对每ping各个波束使用单一的等效声速剖面会影响计算精度。通过仿真实验分析了地形起伏对等效声速剖面法计算精度的影响,提出了一种等效声速迭代算法,通过实验发现,相比于常梯度声线跟踪算法,迭代算法可达到同等精度水平,并有更高的计算效率。     

水下声学定位中声速改正方法的比较

介绍了水下声学定位原理以及目前常用的几种声速改正方法,提出了一种泰勒级数展开法和声线修正法组合的声速改正方法。通过模拟算例,将加权平均声速法、泰勒级数展开法、等效声速剖面法、声线修正法和组合方法进行了比较,展示声线修正法和组合方法的效果。     

有效声速泰勒级数逼近的适用条件

在水下高精度声学定位和声纳水深测量中,需要高精度的有效声速参量。在实际中,精确计算有效声速需要声线跟踪算法,但计算成本较高。有效声速的泰勒级数逼近作为一种有效声速的近似逼近方法,可避免大量计算成本。讨论了有效声速泰勒级数逼近公式的不同阶数逼近情况,特别是给出了两类有效声速泰勒级数逼近公式的适用条件,以及他们随高度增大适用性和逼近精度的变化。研究表明,当声速剖面稀疏时,宜采用谐波平均声速下的泰勒级数改正公式;当高度角小于50°时,有效声速泰勒级数逼近精度出现明显的衰减。     

海洋测深综合效应的多测线改正技术

提出了水深测量综合效应的多测线改正技术,通过分析水深测量中的波束角效应、地势效应及载体姿态变化对测深的影响,给出二维数字测深仪的详细设计方法,建立描述水深改正的指标,并用实际地形进行仿真。结果标明,该方法实用性强、改正效果明显。     

浅水多波束系统及其最新技术发展

针对目前国际上8家公司生产的16种新型浅水多波束系统的技术指标,对它们的技术性能,包括采用的波束形成方法、频率范围、测深量程、深度分辨率、最大测幅、单位时间（s）内的采样次数、波束宽度、侧扫功能、测深精度、测量航速、声线弯曲改正、姿态传感器及设备寿命等给予了评价,并展望了浅水多波束技术的发展前景.     

声速剖面改正对多波束测深的影响

声波在水中的传播受水的温度、盐度、深度以及时间等因素的影响,并且受水介质的运动而经常发生复杂变化。不同的声速结构将直接影响波束射线的空间路径,因此声速剖面的改正直接影响着多波束测深的精度。通过实测的几种变形的海底地形,阐明了声速剖面改正对多波束测深精度的影响,以及如何在测量过程中和数据后处理中避免、消除声速剖面改正带来的测深误差,提出了切实可行的方法。     

使用姿态传感器时动吃水改正问题探讨

根据测深中心深度计算公式,提出了动吃水改正直接采用测深换能器动吃水所存在的问题,详细论证了姿态传感器与测深换能器偏心安装时,采用姿态传感器处的动吃水和静态吃水变化推算测深中心吃水的必要性,给出了动态吃水改正的具体建议.     

海道测量水位改正通用模式研究

为满足海道测量作业发展实际需求,进行了海道测量水位改正通用模式研究.在单波束测深逐点逐时分区改正基础上提出了适于单、多波束测深的海量数据虚拟单验潮站改正模式,基于时差法、最小二乘拟合法数学模型以及海洋潮汐数值预报模型,研制了适于沿岸、近海水深测量的水位改正软件.     

Airborne geometry correction method for marine multispectrum data without attitude information

Marine airborne multispectrum scanner (MAMS) onboard the China marine surveillance plane can be used to survey marine environment, resources and disaster and provide the technical support for high-frequency, high-efficiency and high-resolution remote sensing monitoring for the coastal management. MAMS did not have the IMU/POS equipment, so it brought severe challenge for the geometry correction. One airborne geometry correction method is introduced for marine multispectrum data without the attitude information. First, it is the coarse geometry correction, which simulates the roll angle and pitch angle of plane according to the ideal flying model; the second step is the precise geometry correction by using the SPOT orthogonal projected data as the reference of registration, based on maximization of alignment metric method. With the validation, relative error of coarse correction is 81.42 m compared with SPOT data, and 11.3 m for precise correction. This method provides the high precision localization information for the oceanic remote sensing and application, and establishes the foundation for monitoring the marine resource and environment.     

一种联合单波束测深的侧扫声呐海底线提取方法

论述了侧扫声呐的成像原理,针对目前常用侧扫声呐系统数据采集的相关特性,结合实际工程应用,提出了一种联合单波束测深的侧扫声呐海底线提取新方法,以便在数据后处理时进行快速准确地斜距改正。利用实测数据验证了该方法的有效性,并与成熟商用软件的提取结果和阈值法提取结果进行对比分析,结果表明该方法具有一定的可行性和优势。     

潮汐对多波束测深的影响及改正

讨论了潮汐对多波束测深的影响;通过分析验潮站控制及潮汐场解算的潮汐改正传统模式的特点,设计了该模式的工作流程;比较了传统改正模式与GPS无验潮模式的不同,研究了无验潮模式及陆海图拼接所涉及的垂直基准转换技术。     

用于海底底质分类的多波束声强数据选取研究

高质量的海底声强图是进行多波束海底底质分类、目标识别的基础。要得到"单纯"反映海底底质信息的声强图,就需要对原始声强数据进行地形改正,消除地形因素的影响。在描述了多波束数据中水深数据不能满足声强数据的改正要求问题的基础上,提出了以水深数据覆盖范围为约束的声强数据选取方法。实例计算结果表明:该方法在能有效地选取高质量的声强数据,提高了基于声强图像的海底底质分类精度。     

EM1002型多波束测深系统及参数校正

多波束测深系统采用条带测量方式,可对水底进行全覆盖无遗漏测量,具有高精度、高效率、高质量等优点。本文概述了EM1002型多波束测深系统的技术性能,详细介绍了运用Calibrate多参数校准软件对其内部参数的校正。