多层常梯度声速剖面的测深误差改正方法

声速剖面(SVP)是多波束测深重要参数。为提高观测数据质量,在复杂水域地带往往通过声速剖面加密观测法或数据内插法,但始终会产生不同程度的折射误差。本文通过分析声速对测深系统的影响和构建常梯度等效声速模型进行了推导,提出了常梯度声速剖面改正模型,较好地解决了声速代替误差或声速剖面不准确带来的影响。试验结果表明,该模型后处理解析的地形边缘数据具有更好的一致性,定量成果优于传统声速剖面改正算法。     

声速剖面精简运算的改进D-P算法及其评估

声速剖面在多波束测深中不可或缺。为解决原始测量的声速剖面数据量大而影响工作效率问题,本文进行了声速剖面的精简与优化研究。提出一种适用声速剖面数据精简运算的改进D-P算法(MOV方法),并通过射线追踪法和误差百分比分析法评估精简前后的声速剖面对测深精度的影响,并利用实测声速剖面数据对该算法进行了验证。结果表明,通过优选算法阈值,声速剖面数据的简化率可达90%以上,可控制水深标准差百分比在0.1%以内,优化后的声速剖面可大幅提升多波束勘测与数据处理工作效率,具有重要的工程实际应用价值。     

多波束海底地形畸变校正与声速剖面反演

提出了一种多波束测量声速剖面反演方法。即采用EOF(empirical orthogonal function)算法,对测区实测声速剖面数据进行模态向量提取,以多波束测量声速改正不完善引起的地形畸变程度为依据构造适应度函数,通过遗传算法优化声速剖面的重构系数,实现声速剖面反演。实验结果表明,反演的声速剖面能有效改正声速误差引起的海底地形失真,显著提高了多波束水深测量数据精度和处理效率。     

利用模拟退火算法反演多波束测量声速剖面

针对多波束测量声速剖面站点布设密度不够而引起的声速剖面代表性误差问题,提出一种利用模拟退火算法反演声速剖面的方法。首先,对测区已有声速剖面序列进行经验正交函数（empirical orthogonal function,EOF）分析,利用声速扰动矩阵和前几阶EOF求得EOF重构系数及其变化范围。其次,采用模拟退火算法对EOF重构系数进行迭代优化,以多波束测得的海底地形畸变量大小为依据构建目标函数,并设定合理的退火控制参数。最后,得到待反演区域的声速剖面数据。实例分析表明,该方法反演的声速剖面较时间就近原则选取的替代声速剖面更接近真实声速剖面,且利用反演声速剖面改正后的海底地形更接近真实地形,有效削弱了声速剖面代表性误差的影响,显著提高了多波束测量精度及数据处理效率。     

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。     

一种多波束声速剖面反演与海底地形校正技术

为了解决在多波束测深中声速剖面代表性误差会造成平坦海底地形凹凸变形的问题,提出了一种基于海底观测值的声速剖面反演与海底地形改正技术。该技术利用波束入射角以及单程回波时间信息,建立波束位移与误差声剖的函数关系,采用间接平差与LM（Levenberg-Marquardt）法反演得到与实际声速剖面相近的改正声速剖面,从而达到校正海底畸变地形的目的。海上实验数据验证表明:与含有误差的海上声剖值相比,反演改正后的声剖值更接近海上实际声剖值;水深改正的相对标准差降低50%以上,有效地削弱了畸变海底地形的影响。     

关于信息化海洋测绘问题的探讨

为了解决在多波束测深中声速剖面代表性误差会造成平坦海底地形凹凸变形的问题,提出了一种基于海底观测值的声速剖面反演与海底地形改正技术。该技术利用波束入射角以及单程回波时间信息,建立波束位移与误差声剖的函数关系,采用间接平差与LM（Levenberg-Marquardt）法反演得到与实际声速剖面相近的改正声速剖面,从而达到校正海底畸变地形的目的。海上实验数据验证表明：与含有误差的海上声剖值相比,反演改正后的声剖值更接近海上实际声剖值;水深改正的相对标准差降低50%以上,有效地削弱了畸变海底地形的影响。     

多波束换能器吃水误差在分层计算的影响分析

针对传统多波束测深系统中对于换能器吃水改正中,存在误差影响下的声速剖面运用不当,并且未考虑声速分层影响,使得最终水深计算精度不高的问题。该文提出对多波束换能器吃水误差在水深分层计算中的影响进行探究,利用声速分层的计算方式结合吃水误差建立水深计算模型,设定不同吃水改正误差,得到观测偏差与吃水误差间的关系曲线并进行分析。实验表明:实际观测与理论观测深度的差值,受吃水误差的影响,增大速率随着吃水误差的增加会越来越快。     

基于面积差的声速剖面自适应简化方法

提出了一种基于面积差的声速剖面自适应简化方法。首先,研究了不同声速剖面之间面积差与声线跟踪误差间的关系,建立了二者关系模型;然后,给出了基于跟踪精度约束的声速剖面简化方法和流程;最后,对该方法开展了试验验证,在无人工干预的情况下,方便地实现了声速剖面的简化,显著地提高了测深数据处理效率。     

海底入射角对多波束反向散射强度的影响及其改正

综合考虑测船姿态、声线弯曲和海底地形对入射角的影响,推导了计算多波束海底入射角的实用模型。根据Lambert法则,改正海底入射角对反向散射强度的影响。实例计算结果表明,所述模型能精确地计算波束在海底的入射角,有效地改正其对反向散射强度的影响。     

附加深度差和水平距离约束的深海控制点差分定位算法

针对现有方法确定海底控制点(应答器)三维坐标垂直解偏差大的问题,提出了附加控制点间深度差和水平距离约束的差分定位算法。首先研究了声速剖面的变化规律,并分析了声速剖面的不确定性对测距误差的影响。其次,根据测距误差的变化规律设计了相应的测线,并提出了适合这种走航策略的差分算法。仿真试验的结果显示,相比于传统方法(圆走航),控制点垂直解的偏差由30多个cm减小到了10 cm左右,表明本文提出的方法可以有效改善控制点定位垂直解偏差大的问题。     

海底控制网测量和解算中的几个关键问题

剖析了影响海底控制网定位精度的几个问题,认为海洋声速短时变化大且规律性不强,构建声速场模型是削弱声速代表性误差的有效途径。声速对测距定位影响还与波束入射角和深度相关,影响显著,不容忽视;在声速稳定水域,利用入射角近似相同的观测距离差分定位可取得较高的精度,否则精度难以保证。引入压力传感器提供的深度或深度差,利于改善控制网垂直解精度,但需顾及两点间潮高差。     

基于自组织神经网络的声速剖面分类方法研究

利用自组织神经网络技术,结合声速剖面特点,研究了声速剖面的描述方法、网络中神经元个数的确定、获胜神经元的邻域及其邻域内神经元的拓扑关系等对网络结构和声速剖面类别划分的影响,给出了分类声速剖面的网络构造思想和神经网络结构。实验验证了该方法的正确性。     

虚拟环境仿真中真实感声音的生成

声音环境是整个虚拟环境的重要组成部分，真实感声音的生成是虚拟环境仿真中的关键技术之一。利用听觉通道可以加强用户视觉通道的感知，听觉感知的效果直接影响着虚拟环境的逼真度和沉浸感。文中对空间听觉感知模型进行了探讨，提出了听觉感知的生理认知模型和心理认知模型；论述了真实感声音生成的数学模型，给出了Wondows环境下生成真实感声音的多种方案。     

利用GA-NN模型反演声速剖面的众源水深数据声速改正

针对当前众源水深数据后处理过程中缺少高精度的实测声速剖面,导致测深数据质量偏低的现状,提出了一种基于遗传算法优化反向传播神经网络（genetic algorithm-back propagation neural network,GA-NN）模型反演声速剖面的声速改正方法。首先,利用历史声速剖面群进行正交经验函数分析,提取特征向量与重构系数范围;然后,结合海区的历史声速场数据训练GA-NN模型;最后,将海表声速数据输入模型反演声速剖面,并分析不同方法下的声速剖面分别进行声速改正后的水深和位置误差。实验结果表明,在复杂的海底地形下,与现有方法相比,所提方法反演的声速剖面更适用于众源水深数据的声速改正,削弱了声速误差的影响,提高了众源水深数据的处理精度。