多波束条带测深仪研究发展动态

多波束条带测深仪是一种近年发展起来的具有高测量效率、高测量精度、高分辨率的海洋海底地形测量设备,特别适合于大面积的扫海测绘作业。本文较详细地总结了这种水声测量仪器目前在国内、外研究发展的概况,并分析了其未来研究发展的可能方向     

多波束测深仪有效扇面宽度估计方法

根据多波束测深仪的声纳方程,提出多波束测深仪有效扇面宽度概算方法。通过多波束测深仪声学设计原理估计多波束测深仪的声学参数。分别对各波束的目标强度和声源级进行估算,给出了不同工作深度和工作脉宽情况下的各波束声源级分布,通过检索各波束的声源级确定多波束测深仪的有效扇面宽度,并对测船的选择提出建议。     

高分辨率波束形成器在多波束测深系统中的应用

对于海底地形测量,基于FT波束形成的幅度检测法空间分辨率较低,只能较准确给出有限测点的水深信息;平坦海底前提下,分裂子阵检测法或多子阵检测法可以得到连续测点的水深信息,复杂海底地形条件下,这两种方法均难以应用。能否利用高分辨率波束形成器来提高测深系统的空间分辨率是一个值得研究的问题。使用ESPRIT波束形成器处理了多波束测深系统的试验数据,并就其性能与FT波束形成器进行了比较与分析。     

多波束探测分辨率估计模型研究

多波束探测分辨率是衡量多波束探测能力的重要指标,针对如何确定多波束探测分辨率这一问题,通过原理分析,阐述了多波束探测分辨率的含义,在几何空间上推导了纵向、横向和垂向分辨率估计模型,提出了多波束目标探测分辨率模型,并以Reson 8101多波束测深仪为例进行了计算。计算结果表明,该模型能较直接地估计多波束探测分辨率,可作为多波束测量技术设计的重要依据,同时发现多波束探测横向分辨率是多波束目标探测分辨率的主要决定因素。     

多波束条带测深仪的增益控制方案

分析了海底混响的特点以及多波束条带测深仪的工作原理，提出了信号幅度归一化方法－滑动窗TVG方法和自动增益控制方法。     

一种基于FFT波束形成的BDI算法分析研究

多波束条带测深你是进行海底地形测绘的主要设备，该设备的信号处理部分所要完成的主要任务就是精确测量深点目标回波的DOA（Direction of Arrival）和TOA（Time of Arrival）。研究了基于FFT波束形成技术的BDI（Bearing Diviation Indicator）算法，算法可完成对海底回波信号的时间和方向的联合估计。通过计算机仿真工作和海试数据的处理，得出结论：FFT波束形成技术可以有效地提高波束形成的数目：BDI可以精确地海底回波信号进行回波时延估计和方向估计，尤其是BDI算法可以提高镜向海底区域的边缘波束的测量精度。     

浅水多波束换能器声学性能检测方法研究

浅水多波束换能器主要声学指标能够直接或间接地反映系统性能指标,因此利用水池试验对系统换能器声学性能指标进行检测,不但能够初步掌握系统的性能,而且可以降低湖试或海试的风险。通过概括多波束测深系统核心性能与换能器声学指标的对应关系,按照水声计量检定规程和方法,论述了主要声学指标的计算方法,研究了自由场条件下声学指标的检测方法和注意事项,并结合国产多波束系统水池试验,验证了方法的可行性。     

顾及波束重叠的多波束横向分辨率估计模型

针对当前多波束分辨率模型未考虑波束横向覆盖的重叠,导致横向分辨率估计不准确的问题,提出了一种顾及波束重叠的多波束横向分辨率估计模型。结合多波束等角与等距模式的工作原理,分析了两种模式下测深空间的几何关系,在顾及波束重叠影响基础上推导了两种模式的多波束横向分辨率计算公式。结合算例,研究了不同水深下横向分辨率随波束入射角的变化规律及量级大小。最后从分辨率角度分析了两种模式的优缺点,为多波束测量技术设计及系统技术性能的评估提供参考。     

MUSIC算法在国产多波束测深仪中的应用研究

针对现有以常规波束形成技术为基础的多波束测深算法中存在空间分辨率不足的问题,将子空间类高分辨算法MUSIC应用到国产多波束测深系统中,探索提高多波束系统空间分辨力的方法。对MUSIC算法原理进行了数学表达式推导和性能分析,并通过计算机仿真、湖上试验数据处理验证了本算法能降低回波到达角度的估计误差,有效地提高了空间方位估计精度,具有实际应用的可行性。     

测深仪深水浅报现象的形成与自动纠正方法

简要介绍了容易被忽略的深水浅报现象的形成原因,通过分析深水浅报现象形成机理,确定了解决深水浅报现象的理论基础,提出了深水浅报实现自动纠正的方法。     

Fast Double Selectivity Index-CFAR Detection Method for the Multi-Beam Echo Sounder

Abstract

Seafloor terrain and water column target detection is of great significance in marine surveys. However, the complex clutter environment can dramatically affect the detection performance of a multi-beam echo sounder. To simultaneously and robustly detect the seafloor terrains and water column targets, this paper proposes a fast two-dimensional double selectivity index-constant false alarm rate (DSI-CFAR) detection method. A two-dimensional cross sliding window, which includes reference cells and guard cells, is used in this paper. The proposed method improves the detection performance by using the appropriate clutter power level estimation strategies in different directions. An exponential model is accurately built by fitting various distributions, so the DSI-CFAR detection performance is greatly ameliorated. To reduce the computational load of the method, this paper uses a fast algorithm based on the global threshold. The region of interest (ROI) is selected by the preset global threshold, and the DSI-CFAR detector is only performed in the region of interest, which significantly reduces the number of pixels that must be calculated. In this paper, the measured results of different sliding windows and CFAR detection methods validate the basic performance of the proposed method.     

Simulation of Wetting and Drying Processes in A Depth Integrated Shallow Water Flow Model by Slot Method

A particular porosity method named ＂slot method＂ is implemented in a depth-integrated shallow water flow model （DIVAST） to simulate wetting and drying processes. Discussed is the relationship between the shape factors of the ＂slot＂ and the preset depth used in ＂wetting-drying＂ algorithm. Two typical tests are conducted to examine the performance of the method with the effect of the shape factors of the ＂slot＂ being checked in detail in the first test. Numerical results demonstrate that： 1 ） no additional effort to improve the finite difference scheme is needed to implement ＂slot method＂ in DIVAST, and 2） ＂slot method＂ will simulate wetting and diying processes correctly if the shape factors of the ＂slot＂ being selected properly.