多波束声呐和侧扫声呐数据融合方法研究综述

多波束声呐系统与侧扫声呐系统均为海底面探测的重要工具,二者均采用声学方法,在工作原理上存在异同。本文简要介绍了二者的研究进展,分别对其数据处理进行了比对分析,认为多波束声呐处理方法侧重于数据的测量精度,而侧扫声呐则主要侧重于图像处理;归纳了当前二者主要的数据匹配融合方法,包括同名特征融合、基于SURF算法的匹配融合以及特征点融合,从数据采集原理上对数据融合方法进行了深入分析,发现在探头定位、单ping数据点分布以及ping之间的数据定位上存在一定的困难,即使经过一定的处理,二者采集的也非简单的平面图像,故二者的数据融合尚存在一定的难度。     

多波束测量测线布设优化方法研究

随着多波束测深技术的广泛应用以及人们对高精度海底地形测量的迫切需求,海洋测深已由离散、低精度、低效率向全覆盖、高精度、高效率的方向发展,传统的技术设计已不能满足对海底精细描述的要求。而测线布设作为海区技术设计的一个重要环节,其设计方法仍相对滞后。基于这一现状,在深入分析测线布设对测量成果的影响机制基础上,提出了一种全新的多波束测线布设优化方法,并详细给出流程图。整体研究结果表明:该优化方法是合理可行的,体现了逐步优化设计的思想,更符合实际测量需求。     

多波束无验潮水深测量中垂直基准模型构建

为了解决多波束无验潮水深测量Caris数据处理中垂直基准模型的构建问题,基于EGM2008模型,通过插值算法建立了测区范围内深度基准面的大地高模型。通过实例讨论了构建深度基准面的大地高模型的步骤和方法。结果表明:该模型构建方法正确,模型内符合精度为3cm左右,外符合精度为10cm左右,能够满足区域范围内多波束无验潮水深测量的需要。     

多波束测深数据处理关键技术研究进展与展望

简要介绍了多波束测深系统的基本组成及测深数据处理的基本流程,重点论述了多波束测深数据处理涉及的几项关键技术,详细分析评述了近期国内外在该研究领域取得的主要突破和进展,展望了多波束测深技术下一阶段的发展方向,针对国内应用需求,提出了一些具有前瞻性的研究开发建议。     

中朝边境天池破火山口湖底地形多波束测深探测

为调查天池破火山口湖的基本参数和湖底地形特征,研究破火山口的内部构造、破火山口的组合样式和垮塌堆积分布,本文采用多波束测深方法,对天池湖底地形进行了探测。探测结果显示:天池最大水深值为373.2m,天池水域边界实测周长为13.44km,天池湖水面面积9.4km~2,天池总蓄水量约为19.88×10~8m~3。天池周边分布4个温泉,温度为7~47℃。根据湖底地形推断,现今的天池破火山口形成于千年大喷发。其后,在天池西侧形成一个喷火口,东侧形成一个熔岩丘。天池湖底存在5个较大的破火山口内壁垮塌堆积区,但在湖底未见熔岩流。天池边缘出露的温泉点对应环状断裂,同时反映深部存在岩浆体。     

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。     

低剖面紧凑的圆盘加载单极子天线

本文介绍了一种低剖面小型化圆盘加载单极子天线.通过盘加载的方式,在中心频率5.8 GHz处,首先将单极子天线的剖面从大约12.9 mm（0.25λ₀）降低到2 mm（0.039λ₀）,实现了低剖面的特性.加载在单极子天线上方的圆盘,尺寸大概为21 mm（0.41λ₀）,因此天线具有结构紧凑的特点.接着,为了使天线具有良好的匹配,在加载圆盘四周加入4个接地通孔,并且在馈电端口加入集总电感.最终,天线在中心工作频率5.8 GHz处实现了反射系数-15 dB的匹配性能.     

基于多波束测量技术的某水电站坝面完整性检测

早期针对水下坝面完整性的检测方法较为单一,主要依靠人工探摸的视觉观测、摄影、探摸,目的是检查构件有无明显缺失、裂痕、磨损等,近年来随着成像技术的发展,多波束测量技术正在为现阶段的水下检测方法提供了更多可能。本文以多波束测量技术的某水电站坝面完整性检测为例,详细阐述了设备的安装调试、数据获取、数据处理等流程,充分展现了该技术在水利工程质量检测中的应用价值,为水利工程质量检测方法提供了更多的可能。     

面向盐下成像的基于波前构建法的高斯波束偏移

高斯波束偏移是目前工业上应用最广泛的偏移成像技术之一.但是当处理盐下成像问题时,由于盐体上界面起伏剧烈且盐体与围岩速度差异较大,只有小角度入射的射线才能穿过盐体,从而导致了盐下区域照明较差.通常,采用加密初始射线的方式来缓解这个问题,但这会导致计算时间的剧烈增加.由此,本文提出了基于波前构建法的高斯波束偏移,以保持波前传播过程中射线密度近似恒定.相较于加密初始射线的方式,本文提出的方法是自适应的,对于提高射线的覆盖范围更加有效.此外,本文采用高精度的波前初始化射线追踪技术作为波前构建的方法.Sigsbee2A模型下的应用实例表明,相较于常规高斯波束偏移加密初始射线的方式,本文提出的方法不仅能够获得更好的盐下照明效果,且对计算效率的影响也更小.     

基于GNSS方位辅助惯性导航系统的水下地形精密测量技术

多波束测深技术是目前水下地形测量的主要技术手段,测量平台的瞬时姿态及方位是影响多波束测深系统最终成果准确度的重要因素。GNSS方位辅助惯性导航系统,作为目前应用较为广泛的方位、姿态、及位置综合测量系统,不仅能够提供高精度位置信息,同时也能提供测量平台的瞬时姿态及方位数据,而且因为具有GNSS方位辅助测量,使得最终方位测量结果比传统方位测量精度大大提高,这对于多波束最终测量成果精度提高具有重要意义。文中从GNSS方位辅助惯性导航系统原理及技术优势出发,结合Trimble RTX后处理技术,从姿态测量、方位测量及辅助高程测量方面分析了在多波束水下地形测量中的应用,并以实际测量成果来展现其在水下地形精密测量技术方面的优势,结果显示,定位精度可以达到优于2 cm级别,方位精度可以优于0.01°(依赖于双GNSS天线之间的基线长度),该技术对水下地形测量准确度提升作用显著。