多波束测深系统时延偏差探测及校正方法

在利用多波束测深系统进行高精度海底地形测量时,各传感器之间数据采集时间不同步的问题,即存在时延偏差,这将会直接影响多波束测深数据质量,为此提出了一种基于最小二乘原理的多波束测深时延偏差探测及校正方法,给出了时延偏差探测及校正计算模型,设计了时延偏差探测及校正流程,通过实例分析,验证了所提方法的适用性和有效性。     

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.     

海洋测深数据的抗差Kalman滤波

从线式测深模式要求出发,构建了海洋水深测量过程中的测船位置滤波模型和深度数据的滤波模型,并在此基础上,给出了测线上位置数据和深度数据Kalman滤波的一般解和抗差解,并结合海洋水深测量特点,构建了满足水深数据剔除异常值的截断权函数和滤波方案,实例分析表明,抗差滤波方法能够有效地控制测船位置粗差,在选择截断权函数情况下,抗差滤波方法能够有效地剔除水深跳点和假水深。     

利用卡尔曼滤波改正多波束数据声速整体误差

针对传统多波束测深系统从误差源进行平差的后处理方式受声速误差等因素影响较大的应用局限,提出了以相邻条带中央波束构建的每ping海底地形趋势线作为先验信息,利用卡尔曼滤波(Kalman filter, KF)对声速整体误差影响下的测深数据系统性误差进行改正的方法。首先,提取测深数据准确性相对较高的相邻条带的中央波束数据,对多波束每ping测深点所在的区域海底地形构建大致走向的趋势线;其次,利用检测线中央波束与主测线交叉重叠部分的数据,得到观测值的偏差和所构建海底地形趋势线的偏差;最后,结合得到的偏差,以构建的趋势线作为先验信息对测深数据利用卡尔曼滤波进行改正,并对改正后的数据进行精度分析与评估。实验表明,对于声速整体误差引起的海底地形畸变,利用卡尔曼滤波能够对边缘波束的系统性误差进行有效的改正。     

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。     

利用Bayes估计进行多波束测深异常数据探测

在海底地形变化连续、平缓的假设条件下,基于Bayes估计理论提出了多波束测深异常数据探测方法,并与选权迭代加权平均滤波法进行了分析和比较。结果证明,该方法可以解决测深异常值判断标准可靠性的问题,而且能合理、有效地探测出异常值。     

船载重力测量数据不同测区系统偏差纠正方法研究

分析了我国近海海域船载重力测量数据特征,并提出了消除不同测区之间重力测线上重力异常存在系统偏差的方案。提出了参考线的选择标准,利用参考测线上交叉点处的残差重力异常不符值,纠正其他测线重力异常的新思路。结果表明,对测线重力进行纠正后,不同测区的重力值不存在系统偏差,交叉点处不符值明显改善,测线上纠正后重力异常明显优于纠正前的重力异常。     

遗传算法在海洋测深异常数据处理中的应用

在海底地形变化连续、平缓的假设条件下,基于遗传算法理论提出了多波束测深异常数据探测新方法.为了说明该方法的正确性和合理性,将其与趋势面滤波法进行了分析和比较.结果证明该方法能充分利用遗传算法的优化特性,对海洋测深异常值进行合理、有效地探测.     

多波束测深系统内部参数的检测与分析

针对多波束测量换能器校准不完善问题,提出了一种基于加权最小二乘的多波束换能器横摇偏差二次校正方法。基于平坦海底的多波束回波数据,采用加权最小二乘法拟合海底地形,进而计算海底倾角,即可得到换能器横摇偏差角度,将得到的角度偏差作为修正值,对测船模型中换能器横摇偏差进行校正。实验结果表明,较之改正前,校正后的水深数据在条带交叉区域具有较小的不符值,证明校正后的多波束水深数据具有更高的精度。     

一种多波束换能器横摇角度偏差二次校准方法

针对多波束测量换能器校准不完善问题,提出了一种基于加权最小二乘的多波束换能器横摇偏差二次校正方法。基于平坦海底的多波束回波数据,采用加权最小二乘法拟合海底地形,进而计算海底倾角,即可得到换能器横摇偏差角度,将得到的角度偏差作为修正值,对测船模型中换能器横摇偏差进行校正。实验结果表明,较之改正前,校正后的水深数据在条带交叉区域具有较小的不符值,证明校正后的多波束水深数据具有更高的精度。     

四、P229 海洋测量学

CH20021361 多波束与单波束测深数据的融合处理技术/黄谟涛(天津海洋测绘研究所)…∥测绘学报.—2001,30(4).—299～303 分析和总结了多波束海洋测深主要误差源,提出了通过相邻条带测深数据融合处理进行多波束测深系统偏差补偿方法,并提出以单波束测深数据作为控制,进一步提高多波束测深整体测量精度的数据处理方案;讨论了数据融合处理中数值解算的可行性和稳定性问题,相应提出了两步平差方法。以我国自行研制的条带测深系统实测数据验证了上述方法的有效性和可靠性。     

四、海洋测量学

CH20020383 多波束换能器元线偏移对多波束测深质量的影响/肖付民(大连舰艇学院海洋测绘系)…∥测绘通报.—2001(7).—27～28,31通过理论分析和实例数值计算,分析了多波束航线偏移对所探测海底点平面位置和深度的影响,阐述航线偏移的校正和改正方法。图5表3参3 (刘敏)     

多波束测深数据处理的抗差最小二乘配置迭代解法

针对利用最小二乘配置处理多波束测深数据,存在二次曲面数学模型通常无法精确表征海底地形的整体变化趋势以及观测数据存在粗差或异常点时,常规方法给出的协方差函数不能精确表征其统计特性的问题,本文提出了一种抗差最小二乘配置迭代解法。该方法首先进行协方差函数和观测值方差阵初始化,以多面函数拟合趋势项,然后应用等价权抗差估计并通过迭代计算,最终给出稳健的协方差函数参数解及最小二乘配置解。利用本文提出的方法及传统的方法处理实测的多波束测深数据,试验结果表明,相比于传统的方法,本文提出的方法能够较好地表征海底地形的整体变化趋势,一定程度上克服了多波束测深数据中粗差或异常点的影响。相比于传统的抗差方法,本文方法更为有效地识别出测深数据中异常点,推估效果较好,具有稳健性。     

多波束测深异常数据检测与剔除方法研究综述

针对多波束测深数据处理在测深异常数据检测与剔除方法上存在的不足,综合分析了近几十年国内外研究人员在多波束测深异常数据检测与剔除方法方面的研究成果,根据工作原理将其分为基于数据统计理论和基于函数或统计推值比较两类方法,选取中值滤波、小波分析、CUBE算法、趋势面滤波、最小二乘支持向量机滤波法等典型的多波束异常数据检测方法进行重点介绍,并通过列表的方式对不同检测方法进行优缺点对比分析。最后总结了多波束测深异常数据检测与剔除方法研究的现状和趋势。     

基于消声水池的多波束测深不确定度检测方法

目前国内多波束测深系统质量检验不够成熟,仪器质量和测量数据的可靠性和准确性都无法得到保证,为此,提出一种基于消声水池的多波束测深不确定度检测方法。通过建立基于消声水池的测深声呐检测硬件、软件平台,削弱了由于实验环境带来的各种误差及不确定度因素的影响,提高了检测的精度与可信度。对R2 Sonic2024型多波束测深仪进行几何指标检定实验和精度评定分析,精度较高的中央波束水深值总误差服从正态分布,计算其置信区间及落入置信区间的概率,剔除不符值,使其满足置信度为95%,并计算比对差均值。实验结果表明,该多波束测深不确定度检测方法切实可行,能比较客观地用于多波束测深不确定度检测。     

基于选权迭代法的单波束测深数据粗差探测

单波束测深技术因其成本低、精度高、操作简单等特点被广泛应用于水下地形测量,然而在声速设定正确的情况下,测深仪的观测值仍会存在一定数量的粗差。本文针对单波束测深数据中的粗差问题,利用三次曲面函数构造格网模型,采用选权迭代法进行抗差估计,对观测值中的多个粗差迭代降权,以提高水下地形模型精度。本文结合西江某航道码头水下地形测量工程实例,对单波束测深数据进行处理和水下地形建模,验证了该算法在单波束测深数据粗差探测和水下地形建模中的可行性和有效性。     

机载预警雷达测角误差对探测航迹影响分析

针对载机转弯时段,机载预警雷达系统探测航迹偏差较大的问题,建立载机姿态、预警雷达测角与探测航迹数据的坐标转换关系模型,剖析了航迹偏差影响机理.首先对预警雷达系统存在测角误差的情况下,平台姿态变化与探测目标投影位置关系的分析,建立坐标转换矩阵,编写仿真程序,然后利用实际飞行数据进行仿真运算,仿真验证结果与预警雷达实际探测...     

基于多波束测深数据的GRID_DDM构建方法评估及分析

系统分析了现有格网数字水深模型(GRID_DDM)插值数学模型的优劣,针对高精度、高密度多波束测深数据,采用不同的建模方法进行GRID_DDM构建,定量评估相关插值方法的精度与效率。实验表明,剖分插值和自然邻点插值方法构建的GRID_DDM精度较高,且效率可被接受,是多波束测深数据GRID_DDM构建的优选方法。     

多波束测深数据的抗差Kriging 拟合

针对普通Kriging法处理多波束测深数据受异常值影响的问题,推导了变异函数样本值的抗差计算公式来消除异常值对变异函数拟合的干扰。利用实测数据对算法进行实现,验证了其在精确估计和检测异常方面的优势。进一步采用该算法对数据进行规则格网的构建,将其与人工剔除异常生成的格网比较,获得了一致效果,证明了算法在自动检测异常的同时生成高精度海底地形规则格网的可行性。     

一种改进的机载激光测深深度偏差模型

机载激光测深在潮间带获取海底地形应用中具有高效、灵活、经济等优点,但测深精度受海洋水文参数和仪器测量参数影响严重,传统偏差模型因顾及的要素不全面,修正精度不高。因此,采用逐步回归法构建了一种改进的顾及水深、水体含沙量、波束扫描角和传感器高度等参数的深度偏差修正模型。实验结果表明,机载激光测深原始水深经传统偏差模型和改进偏差模型修正后均能满足国际海道测量组织（International Hydrographic Organization,IHO）一等测深标准,且改进模型修正精度优于传统模型修正精度。