基于Kongsberg EM多波束的Snippet数据处理方法

多波束声呐记录的海底后向散射片段(Snippet)数据处理成角度响应曲线和地理编码(Mosaic)图像可以 帮助识别海底底质类型和反映地貌形态,这一过程包括辐射校正、角度响应改正(AVG)和几何地理编码,但不同的多波束系统硬件在辐射校正和角度响应改正方法上存在差异且传统处理方法忽略了声呐系统本身的指向性模型随时间变化的事实。以声呐方程为基础,针对Kongsberg EM 多波束系统提出了一套完整的Snippet数据处理流程,并分析了各步骤中存在的可变性,给出了每一步的处理建议,最后将此方法应用于EM2040浅水多波束实测数据,并验证了该方法的有效性和实用性。     

混浊水域多波束反向散射强度传播损失改正

为了改善现有的反向散射强度传播损失改正方法在混浊水域适应性较弱的问题,提出了混浊水域声传播损失计算模型。首先利用不同深度的海洋环境参数构建声波吸收系数剖面,然后基于声速,沿波束传播路径,对每个波束分层计算传播损失。实验分析表明,本方法传播损失改正效果最佳,其Spearman等级相关系数绝对值仅为0.04,远小于传统模型和TVG改正,大大减弱了混浊水域情况下多波束回波强度与传播距离的相关性,有效改善了多波束声呐图像的质量。     

两种多波束反向散射强度数据归一化方法的建立与分析

多波束反向散射强度数据应用广泛,但由于受到角度响应的影响,导致生成的多波束声呐图像质量偏低,且现有角度响应改正方法在复杂海底底质环境下适应性较差。为此本文对散射强度进行分析,给出了两种多波束反向散射强度数据归一化方法,分别为基于高斯拟合以及角度响应的散射强度改正方法,前者主要是基于散射强度的变化规律进行改正,而后者则是基于声波的散射机理进行改正。实验结果表明两种方法较传统改正方法精度均有约30%的提升,并且角度响应方法较高斯拟合方法改正精度更高,但计算效率有所下降。以上实验验证了两种方法的有效性,实现了散射强度数据的归一化,提升了多波束声呐图像的质量。     

后向散射强度与温跃层关系研究

2003年8月12-13日，用300kHz的坐底式声学多普勒海流剖面仪(ADCP)在台湾海峡北部海区进行了观测。根据回声强度计算得到的后向散射强度具有明显的日变化，这是浮游动物的垂直迁移造成的。此外，后向散射强度还与叶绿素、浊度和温度梯度有关，其中叶绿素、浊度和温度梯度对后向散射强度的贡献分别是1．41，7．73和3．54dB。温度梯度最大值的深度与后向散射强度第一个峰值的深度一致，故根据后向散射强度能推断出温跃层的位置。     

多波束反向散射强度数据处理研究

在探讨多波束测深系统反向散射强度与海底底质类型的关系基础上,研究影响反向散射强度的各种因素,主要分析了海底地形起伏、中央波束区反射信号对反向散射强度的影响,并给出了消除这些影响的方法;将处理后的“纯”反向散射强度数据镶嵌生成海底声像图,为海底底质类型划分以及地貌解译提供了基础数据和辅助判读依据.     

多波束测深残余折射处理技术的对比研究

针对多波束条幅存在的残余声线折射影响,加拿大Caris HIPS多波束资料处理软件除了支持声速剖面改正外,还提供了一个折射改正工具。该折射改正工具简单易用,效果所见即所得,能够快速消除声线折射产生的假地形。通过实测数据对这两种改正方法的结果进行了比较。     

多波束声呐图像条带中央和边缘残差处理方法

多波束声呐图像是进行海底底质分类的主要数据源之一,由于受海洋噪声、声波散射和混响、仪器设备等因素影响,其经各项常规改正后仍存在明显残差,突出表现在中央波束区和条带重叠区,难以形成高质量的声呐图像。文中分析了多波束声呐图像残差的成因及影响,提出了一种基于多条带最小二乘拟合的多波束声呐图像残差处理方法。首先,得到相邻声脉冲(ping)信号中央区域、重叠区域以及整体趋势的拟合函数;然后,通过拟合函数计算得到中央和重叠区域的残差改正系数;最后,通过改正系数进行残差改正。实验分析表明,该方法在保留原始细节的基础上,有效削弱了残差对声呐图像的影响,对多波束声呐图像处理具有参考和应用价值。     

卡尔斯伯格脊 60°~61°E洋脊段多波束后向散射特征及其对构造与岩浆作用强度的指示

多波束声纳数据可以有效记录海底地形地貌和底质特征信息。本文利用船载多波束数据对慢速扩张的卡尔斯伯格脊60°~61°E洋脊段的典型构造地貌单元的后向散射强度特征进行了研究,在此基础上,分析了该洋脊段的构造和岩浆作用强度特征。结果表明,洋脊段I以构造拉张作用占主导,脊轴及附近后向散射强度为-29 dB左右,裂谷壁高差可达1 200 m以上,裂谷内断裂发育,裂谷侧翼高度与裂谷宽度的比值为78.7~126.2,裂谷两侧翼部线性构造较少,但轴向正断层面更宽,倾角更小;与洋脊段裂谷中段相比,末端火山活动频率较低但喷发规模较大,火山机构数量和体积也更大,且可发育深大断裂获取深部热源。洋脊段II以岩浆作用占主导,脊轴及附近后向散射强度达-35 dB,裂谷内轴向火山脊发育,裂谷壁高差小于500 m,裂谷侧翼高度与裂谷宽度的比值为77.6~116.8,裂谷两侧翼部线性构造数量众多、长宽比较大且呈近似对称,相邻线性构造之间沉积物广泛分布。通过提取挖掘与底质属性密切相关的多波束后向散射强度数据,结合海底地形地貌的分析,可以为洋中脊的构造和岩浆作用强度的定量研究提供有效的证据。     

夏季加拿大海盆海冰边缘区声体积后向散射强度研究

声信号的体积后向散射强度是声传播过程中一个关键的参数。海冰边缘区的声体积后向散射强度研究对深入认识北极声场环境有着十分重要的意义。本文利用中国第六次北极科学考察获取的数据资料研究了海冰边缘区声体积后向散射强度特性。结果表明:加拿大海盆海冰边缘区是声体积后向散射强度的明显过渡区。无冰海面(海冰密集度小于15%)海洋深层水的声体积后向散射强度明显大于密集海冰区域的海水(海冰密集度大于50%)。讨论了声体积后向散射强度与海冰融化之间的关系,造成融冰区声体积后向散射强度增大的原因是水下悬浮泥沙、浮游生物等悬浮物质增加。根据海冰密集海域的海水后向散射强度弱的特点,对北极下放式声学多普勒测流仪(LADCP)观测的设置提出建议。     

近海区域多波束水深测量的水位改正方法

阐述了近海区域由监测验潮站实测潮位和天文预报潮位,以及模拟站的天文预报潮位获得模拟站接近实测的水位改正资料的理论和方法,在Caris Hips软件中得到成功应用,并在主检比对中获得满意的效果,资料满足《海道测量规范》要求。     

一种多波束声呐回波信号时延的实时特征窗分析方法

本文介绍了一种多波束声呐回波信号时延的实时分析方法。通过实时提取信号的幅度及形状的综合特征计算出信号的时延。该方法具有较强的抗干扰能力,算法快速、准确,适合于多波束声呐系统的回波信号实时分析处理。     

基于经验模态分解削弱多波束残余误差的方法

针对多波束水深数据中存在的系统性残余误差,提出了基于经验模态分解方法来削弱残余误差的方法:首先利用经验模态分解方法对多波束测深数据作一维分解,将非线性、非平稳的多波束测深数据分解成准线性子波,然后构建水深数据趋势项与残余项,利用中央波束趋势项建立整体数据趋势项,最后加以水深数据残余项还原海底地形,削弱残余误差影响。通过实测多波束测深数据验证方法的有效性。     

Simrad EM多波束声纳系统回波强度数据的分析与应用

首先分析了Simrad EM多渡束声纳系统回渡强度数据获取时系统进行的增益处理,分别探讨了深度数据包和海底图像数据包中回波强度数据的表征内容及意义,研究了不同数据包中回波强度数据的记录方式、特点及应用范围,为多波束水下目标识别和海底底质分类研究提供准确、表述清晰的基础数据.     

多波束测深数据中系统偏差改正方法研究——以 2003 年 SeaBat900X 东海调查数据为例

多波束测量过程中,受到多种因素的影响,不可避免地存在各种误差,其中系统某个部件出现故障也不少见,如换能器、行波管、大功率微波开关或表层声速仪等器件功能不正常,引起多波束每 ping (一个发射接收周期） 数据中部分固定波束号的测深结果发生系统性偏移,以 2003 年东海调查 SeaBat900X 数据为例,其在垂直航向正投影平面上出现类似“W”字型的系统误差。本文基于该批次数据,系统分析了该类型系统偏差成因及外观表现,针对性提出基于等均值-方差拟合模型的改正方法,首先对异常区域和正常区域分别拟合地形趋势线,统计其均值和方差;然后以正常区域为基准,对异常区域内数据进行压缩和移动;最后通过面积差法,对数据中存在的折射残差进行消除,从而有效去除“W”型残差。文中实测数据验证了本文算法的有效性和可行性,对多波束其他类型的测深系统偏差处理具有一定的参考意义。     

一种适用于小入射角条件下的白冠海面后向散射模型

本文提出了一种白冠海面的小入射角星载雷达后向散射模型,模型包括海面非波浪破碎部分和波浪破碎部分的后向散射.在风的作用下,海浪破碎形成白冠,对星载雷达的后向散射信号造成影响.文中利用热带降雨测绘任务卫星搭载的降雨雷达(TRMM PR)和欧洲中期天气预报中心(ECMWF)的时空匹配数据集,拟合得出小入射角下星载雷达海面波浪...     

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。     

一种高效的多波束全覆盖测量工作量估算方法

利用Surfer软件强大的土方量计算功能,及其Scripter模块的编程功能,结合大洋水深图(GEBCO)的水深数据,实现了全自动估算多波束全覆盖测量野外工作量的方法,旨在为相关测量单位进行工作量估算时提供参考与帮助。最后通过对多个工区的历史测量数据进行验证,采用本方法获得的工作量与实际工作量的平均误差为4%左右,取得了满意的效果。     

一种 ReliefF 和随机森林模型组合的多波束 海底底质分类方法

海底底质的快速探测和精细划分对海洋工程建设 、海洋资源开发等具有重要意义。多波束探测是目前声学底质遥测 的有效手段之一, 通常提取多波束反向散射强度图像和地形数据中的多维特征结合分类器进行底质分类。一方面, 若特征空 间维数过高, 分类效率会显著降低; 另一方面, 个别特征容易放大原始数据处理过程中仍存留的异常现象。针对这一问题, 本文提出了一种结合 Re1iefF 算法和随机森林 (Random Forest, RF) 算法的多波束底质分类方法。提取反向散射强度和地形 共 16 维特征, 利用Re1iefF 算法进行特征筛选, 排除低相关性特征, 降低特征空间维数, 结合采样点数据进行模型训练以构 建多波束底质分类模型。试验结合随机森林算法对未经特征筛选 、经主成分分析 (Principa1 Component Ana1ysis, PCA) 特征 优化后的特征进行分类实验作为对比。本文方法 Kappa 系数达到 85%, 分类总精度高于 90%, 精度具有明显优势, 耗时也 比较短。可见, 本文提出的结合 Re1iefF 和随机森林模型的多波束底质分类方法可以在保证分类精度的同时对多维特征进行 优化, 有效地提高了分类效率, 可对海底底质分类研究提供参考。