基于自适应卡尔曼滤波的多波束数据改正方法

多波束测深数据质量受声速误差等因素影响较大,针对该情况,利用自适应卡尔曼滤波以相邻条带中央波束作为先验信息,对多波束测深数据进行改正。首先,以相邻条带的中央波束数据构建海底地形大致走向的趋势线作为先验信息,结合观测值与检查线测深值,得到观测值和先验信息的偏差;其次,利用卡尔曼滤波对观测值进行改正并对方法进行分析;最后,利用自适应卡尔曼滤波对多波束测深数据进行优化。实验表明:利用自适应卡尔曼滤波能够对声速整体误差影响的多波束测深数据进行有效改正。     

利用相邻测线重叠区域进行多波束测深横摇运动残差改正

针对多波束测深条带边缘波束易受到姿态和声速等多种误差影响、相对中央波束数据质量较低的问题,本文提出一种利用相邻测线重叠区域对多波束测深数据边缘波束进行横摇运动残差改正的模型,提高边缘波束测深数据的质量。使用沿航向的测深点匹配插值模型,完成中央波束测深点与边缘波束测深点的匹配,得到边缘波束测深误差值;使用横摇运动残差改正模型,实现顾及姿态角的条件下补偿波束入射角。计算实例表明：本文模型能够较为准确地提取边缘波束测深误差值,改正后的海底地形削弱了误差导致的上下起伏,有效地减少了影响边缘波束的多种误差,具有实际的工程应用价值。     

基于严密波束归位模型的多波束测深点不确定度改进方法

利用不确定度可有效对多波束测深成果质量进行评估,针对现有不确定度计算模型因近似或简化导致一定误差的问题,本文提出一种基于严密波束归位模型的多波束测深点不确定度改进方法。首先分析了多波束测深过程中的各项误差源,基于误差传播定律与严密波束归位模型,详细推导了各误差源在波束归位各阶段的误差传播情况,最终得出了多波束测深成果不确定度的计算模型。文中利用实测数据计算了每个测深点的不确定度,绘制了单Ping扇面及条带的不确定度分布图,有利于直观、全面地了解所有测深点的误差变化趋势;计算结果与常用HGM不确定度模型进行了对比,表明本文方法更具合理性,对多波束测深成果的质量评估具有一定的参考价值。     

多波束声纳计量测试系统设计

为满足多波束声纳量值溯源与传递需求,设计多波束声纳关键参数的计量测试系统。基于大比尺原型深水港池和多维运行控制机构,通过水下横向测距代替垂向测深的方式对多波束声纳进行了测深准确度与有效条带宽度的计量测试。阐述了测试系统的主要组成和测试方法,给出了本测试系统测深结果的扩展不确定度。参考标准值与示值(或标称值)比对结果表明,被检多波束声纳测深示值误差小于0.2%,条带宽度误差小于7%。为规范水下声纳设备技术指标校准,指导多波束声纳计量标准建设提供参考。     

多波束与单波束测深数据融合处理方法

受声线弯曲的影响,多波束测深的边缘波束的数据质量较低,而单波束测深受声线弯曲的影响比较小。结合多波束覆盖面大和声速剖面误差对单波束影响相对较小的特点,研究了多波束和单波束的测深数据融合方法,利用同一位置单波束和多波束测深数据的差值,拟合一个与坐标位置相关的误差模型,并利用该误差曲面对多波束测深数据进行综合改正,从而提高多波束测深的数据质量。     

基于地形频谱分析提高多波束条带拼接效果应用

针对多波束测深系统条带拼接中的系统性残差问题,提出基于地形频谱分析的方法来削弱系统性残余误差的影响。该方法相对于传统的拼接方法,无需进行相邻条带ping(激发)连续匹配,避免ping误匹配所产生的地形长波项不符的问题,并且所采用的多面函数不仅可获得所测条带的重叠区长波项信号,还可获得非重叠区的拟合信号。结果表明,采用地形频谱分析法所处理后,多波束测深数据残余误差的影响得到了显著的削弱,拼接精度显著提升。     

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。     

面向地形匹配的多波束测深数据抽稀方法研究

基于多波束测深的地形定位是水下潜器导航技术研究和发展的重点,多波束测深数据的高精度快速重采样是水下地形匹配定位的前提。传统的实时抽稀方法因对多波束测深数据模型的过分简化而效果欠佳。参考Douglas-Peucker算法和点云数据抽稀方法,采用角度-弦高联合准则对多波束每ping数据进行抽稀处理,参考导航地形图对抽稀后的多ping数据基于点云离散度进行二次抽稀处理,从而实现多波束测深数据的高精度快速抽稀处理。典型的数学仿真地形和实测多波束条带数据实验表明:文中提出的抽稀方法数据抽稀率仿真地形在85%以上,实测地形在90%以上,数据抽稀前后点云构成的曲面DEM误差在3%以内,并且算法实时性较好。     

多波束测深数据确定声速剖面方法研究

分析了声速剖面测量方法及其误差对多波束测深数据精度的影响.根据多波束测深仪45°倾角渡束测深数据对声速剖面误差不敏感的现象,提出了利用多波束测深仪45°倾角波束测深数据确定声速剖面的A-法并结合检查线计算测线交叉区特征点声速剖面误差,为测区声速剖面的外推提供控制,从而减小声速剖面测量误差对多波束测深的影响提高测深数据精度.     

3D正态分布变换在多波束自动校准中的应用

多波束测深数据存在横摇误差、纵摇误差、艏摇误差等,需进行校准。当前主要采用商业软件Caris进行人工手动校准,自动校准主要采用迭代最邻近算法等。针对Caris需要人工干预以及ICP容易陷入局部循环的缺陷,采用3D正态分布变换的配准方式,通过建立联合概率密度函数,采用似然函数建立匹配点云与目标点云之间转换关系。利用Hessian矩阵和梯度向量求最优化转换参数,完成多波束条带的自动校准。本文结合Caris中的人工配准结果,通过对3D-NDT算法匹配效果进行对比分析,验证了文中算法在平坦地区、斜坡区域等多种地形中都取得了更优的匹配效果,为实现多波束自动校准提供了重要的算法依据。     

多波束测深边缘波束误差的综合校正

边缘波束误差是影响多波束测深数据精度的主要因素,数据精度影响其可信度和使用范围,也是进行相关研究的基础.多波束勘测系统声呐参数的精确校正、勘测区声场模型的建立以及实时勘测海洋噪声的合理剔除是影响边缘波束数据质量的关键因素,严重时甚至导致勘测数据出现沿测线方向的条带状假地形或地形位置偏移.上述因素对多波束勘测数据的影响是一个综合作用的过程,靠单一的校正或编辑方法很难提高采集数据的精度.以多波束勘测原理和声学理论为指导,以多波束实测数据为研究基础和分析对象,运用GIS面向对象方法,全面分析造成多波束勘测大误差边缘波束的原因,并探寻改善已勘测多波束大误差数据、提高数据精度的综合处理方法,最终以可视化的方式实现人机交互处理.该项研究成果已初步应用于海洋项目总图编绘工作,并取得了预期效果.     

影响载体搭载多波束测深系统数据精度的误差分析

相对于船载多波束系统而言,载体搭载多波束系统的精度受更多因素的影响。主要包括水下导航定位误差和压力传感器误差,这些误差会影响载体搭载多波束所获取的数据质量,降低所获取的水深精度,不利于进一步的分析和解释。本文分析了几类拖体调查水深的影响因素,并结合近期综合深水调查项目中现场所获取的资料,分析载体搭载多波束数据精度的实际误差,为现场作业和综合分析提供参考和依据。结果表明,作业前的校准工作对载体搭载多波束的数据精度影响较大,而在水深较浅的区域,采用船载多波束的所获取的水深精度较高。     

表层声速误差对多波束测深数据的影响分析

针对多波束水深测量中未明确定义表层声速限差范围,导致在数据采集过程中无法实时监控表层声速误差的问题,结合多波束数据采集与归算流程,分析并推导了 SSP误差影响下的波束指向角与点位归算误差模型.结合数值计算,研究了不同水深下测深误差随SSP之间的变化规律与量级大小,从而针对SSP限差范围提出合理化建议,对提高数据质量具有...     

多波束测量边缘波束测深精度分析与评估

根据多波束测深系统边缘波束采集的异常数据云图,判别分析多波束测深系统的各误差源对边缘波束测深的影响,从理论上探讨声线折射所引起的测深误差与边缘波束角之间的关系,通过多波束测深工程实例的精度验证,结果表明:换能器安装的牢固程度和校准精度、测船定位和姿态改正与测深的时间同步性,对边缘波束的测深精度影响较大;声线剖面误差使得中央波束和边缘波束的测深偏浅或偏深,各波束的测深误差曲线呈现"哭脸"状或"笑脸"状,但对于各波束测深的综合精度,中央波束精度相对较高,两侧边缘波束精度相对较低。     

点云直方图在多波束条带自动匹配中的应用

多波束测深是一种广泛使用的水下地形探测方式。当前多波束数据处理技术日臻完善,但是多波束条带间自动匹配仍存在较多问题。针对水下复杂环境、多波束自动匹配效果不佳的问题,采用点云直方图 (point feature histograms,PFH)自动匹配算法,对条带点云进行自动匹配。因直方图所在的高维超空间为特征描述提供一类量化信息,对点云对应曲面的多维姿态具有鲁棒性和适用性。因此,在多波束自动匹配算法中采用PFH算法。实验数据由6205侧扫多波束测深系统获取,并对实验数据采用随机抽样一致算法(random sample consensus,RANSAC)进行定性定量分析,验证本文算法的优势,并分析相关不足。     

基于多波束数据的声速误差自动改正方法

讨论了声速误差对多波束测深值的影响,在此基础上,建立了自动搜索等效声速剖面的改正方法。该方法利用多波束实测数据搜索等效声速剖面,取代实测声速剖面,可削弱声速误差的影响。实例计算表明,利用多波束实测数据建立的声速剖面自动改正方法,能够有效地消除声速误差的影响,并且在处理过程中不需要人工干预,较大地提高了改正效率。     

EM1002S与GeoSwath多波束声纳系统测深精度比较分析

多波束勘测之前,为了保证多波束成果质量,需要对多波束声纳系统进行一系列设备安装校准和精度评估工作.基于在渤海湾开展的多波束海底地形地貌勘测项目,在项目勘测之前,对EM1002S与GeoSwath多波束声纳系统进行了安装校准,并对2套多波束声纳系统的测深精度进行了比较分析,通过计算得到两套系统之间的最大测深误差为-0.38 m,测深误差主要为0～0.2 m,无超限数据,结果分析显示2套多波束声纳系统的测深精度满足勘测技术要求,为我们调查工作的顺利开展奠定了良好的基础.     

交叉检查在多波束测深精度评估和误差分析中的应用

为了保证多波束成果质量,需要对测深数据进行精度评估和误差分析。交叉检查是有效的多波束水深精度评估方法,文章在传统的基于面的交叉检查中,采用了置信度为95%的均方根差作为多波束交叉点水深不符值的精度指标,并进一步提出了基于P ing的交叉检查方法对精度超限的数据进行误差分析。通过实例分析表明:置信度为95%的均方根差作为精度指标较为可靠;基于P ing的交叉检查方法能够辨别多波束水深数据中常见的几种不同类型误差。     

多波束条带测深仪的动态测量误差评估

对于近年发展起来的多波束条带测深仪,其动态测量误差的评估是一项尚未完善解决的课题。本文提出了一种多波束条带测深仪动态测量误差的评估方法,并用海试结果证明了该方法的实用有效性。该方法可以推广应用到其它多波束测量声呐系统的动态测量误差分析与估计中。     

多波束声静区与可分辨目标高度关系研究

多波束声静区与多波束探测能力密切相关。在简要分析多波束声静区与探测目标关系的基础上,推导了多波束探测最大可分辨目标高度与扇面横向距离、测线间距和条带重叠率之间的关系公式,通过数值计算分析了四者之间的影响规律,并提出了多波束目标探测的相关建议。