专利名称：相干类测深声纳正下方高精度测深方法及系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及相干类测深声纳测深领域，尤其涉及一种基于相干类测深声纳正下方高精度测深方法及系统。
背景技术：
相干类测深声纳通过采用多条固定间距的平行接收线阵，利用各接收阵间相位差信息来计算海底来波方向，从而确定海底深度。常见的相干测深声纳主要有常规测深侧扫声纳和高分辨率测深侧扫声纳。这类声纳均利用相位差信息进行测深。文献《测深侧扫声呐差分相位估计的不定度》中给出了差分相位估计的均值和方差解析表式，即不定度。该表达式表明在时空相关函数相位上除了正常相位差项外，还附加了一项误差项。并通过架设海底是一反向散射薄层，从理论和实验角度解释了正下方测深误差存在的原因。虽然通过对声纳参数进行适当的选择可以减弱这种误差的影响，但其在正下方的测深精度仍无法与其它测深点精度比拟。 关于测深侧扫声纳测深精度及正下方测深问题已有诸多学者进行了系统的研究和分析。不过这些分析大多是基于传统的相干测深声纳而言的。文献《Bathymetric Sidescan Sonar Bottom Estimation Accuracy: Tilt Angles and Waveforms》中 I匕较系统的对测深侧扫声纳测深精度在基阵安装角及信号形式进行了分析，给出了正下方无法测深而形成测深空白的原因，但没有给出解决方案。文献《Post-processing and Corrections ofBathymetry Derived from Side-scan Sonar Systems:Application with SeaMARC II》中结合SeaMARC II测深侧扫声纳给出了解决正下方测深空白的问题，其将测深仪等设备获得的底深度应用内插方法填补正下方测深空白。该方法中应用测深仪获取正下方区域深度信息，其不但需要额外增加设备，而且新设备只能获取正下方一个测深点，不足以提高正下方区域的测深精度。文献《Survey Operations and Results Using a Klein 5410Bathymetric Side scan Sonar》中结合Klein 5410测深侧扫声纳分析了正下方测深不足的问题，其提出解决正下方测深的方法是通过加密测线，使下一测线深测时覆盖本次测线的正下方区域来获得测深数据。但该方法要求探测测线间距需满足50%以上的测深覆盖，显然该方法探测效率极低不可取。因此，目前需要一种基于相干类测深声纳就能够实现正下方区域高精度测深的方法，有效地弥补相干类测深声纳在正下方区域的测深缺陷，提高相干类测深声纳的工作效率。
发明内容
为实现上述目的，本发明提供了一种相干类测深声纳正下方高精度测深方法及系统。在第一方面，本发明提供了一种相干类测深声纳正下方高精度测深方法。该方法为计算正下方可信底平均深度7，通过变阈值方法，利用所述正下方可信底平均深度J规划相干侧深声纳获得的原始相干测深序列。进一步的，所述通过变阈值方法，利用所述正下方可信底平均深度J规划利用相干侧深声纳获得的原始相干测深序列，具体为，从底回波起始点开始计算测深深度序列Dps =0P，忑5J;所述测深深度序列包括，左舷测深序列為^正下方区域可信底平均深
度J，右舷测深序列D S中，所述左舷测深序列和所述右舷测深序列为所述原始相
干测深序列；计算出水平方向波束主瓣覆盖宽度W ;从所述测深深度序列乃《中找出水平坐标位于[-w/2, w/2]范围内的测深点Dx<w/2 ;设 定滑动阈值Tx ;保留所述测深点Dx<w/2中I Dxsv"2-d\< Γν的点，去除超出对应阈值的点，形成新的测深序列D' x^w/2,与所述测深深度序列乃μ中水平坐标位于[_w/2，w/2]之外的测深点构成测深结果输出。所述水平方向波束主瓣覆盖宽度w = 2Jtan(U2)，其中Θ _3dB为根据左右舷正下方波束形成的结果计算出的主瓣宽度。所述滑动阈值Tx=XVTci，其中，X为所述测深点Dx<w/2中各测深点对应的水平坐标，T0为利用相干法和/或幅度法测量时的允许误差。进一步的，所述计算正下方可信底平均深度J之前，包括对左右舷各多条接收通道获得的正交采样数据进行脉冲压缩处理后在正下方做波束形成；在所述在正下方做波束形成的结果上应用逐步细化分段能量比较方法精确定位底回波的起始点，根据底回波的起始点分别计算左、右舷原始相干测深序列；所述在正下方做波束形成的结果上计算正下方可信底平均深度J。在第二方面，本发明提供了一种相干类测深声纳正下方高精度测深系统。该系统包括，计算正下方可信底平均深度J的模块；通过变阈值方法，利用所述正下方可信底平均深度J规划相干测深声纳获得的原始相干测深序列的模块。进一步的，该系统还包括在所述计算正下方可信底平均深度J之前，对左右舷各多条接收通道获得的正交采样数据进行脉冲压缩处理后在正下方做波束形成的模块；在所述在正下方做波束形成的结果上应用逐步细化分段能量比较方法精确定位底回波的起始点的模块；根据底回波的起始点分别计算左、右舷原始相干测深序列的模块；在所述在正下方做波束形成的结果上计算正下方可信底平均深度J的模块。本发明提供的一种相干类测深声纳正下方高精度测深的方法及系统，有效地弥补了相干类测深声纳在正下方的测深缺陷，实现了相干类测深声纳全覆盖范围内的高精度侧深。本发明无需在相干类侧深声纳添加外增设备，且计算量小，易于在原有系统上升级，可广泛应用于现在有的相干类测深声纳系统。
图I为本发明实施例中相干类测深声纳正下方高精度测深方法流程图；图2a和图2b为本发明实施例中应用本方法处理前后的左舷正下方测深结果比较图。
具体实施例方式下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。本发明的主要目的是提高相干类测深声纳正下方的测深精度，其先后将左右舷获得的原始AD数据在正下方做波束形成，再综合左右舷在正下方形成的波束，在这三个波束形成输出结果上应用质心法获得三个正下方区域底平均深度估计，再通过计算得到正下方区域可信底平均深度，并以此深度信息为参考来规划左右舷获得的原始测深序列。从而提高相干类测深声纳正下方的测深精度。图I为本发明一个实施例中的利用相干类测深声纳正下方区域高精度的测深方法流程图。该方法的实施步骤如图I所示。取一 Pi ng测深原始波形数据为例。步骤101，按照常规相干探测方法在进行海底探测时，通过相干类测深声纳获得左右舷原始波形数据，相干类测深声纳采用多条接收阵接收海底回波信号，其中包含左右舷的多条接收通道接收的正交采样数据，然后分别对各通道数据进行脉冲压缩处理。步骤102，分别将左右舷多条接收阵接收的信号在正下方做波束形成。 步骤103，在波束形成结果上应用逐步细化分段能量比较的方法精确定位底回波的起始点，即精确找到海底回波出现的起始位置。步骤104，分别获取左右舷的原始相干测深序列。从在步骤103中获得的底回波起点开始，对回波数据分段应用DOA (波达方向)估计获得左右舷底回波各散射点信号的来波方向角，进而得到相干法测深的原始相干测深序列。具体的，根据获得左、右舷的底回波数据所对应的来波方位角及声程计算底回波各散射点的深度和水平位置信息，从而得到左舷相干测深结果，即左舷测深序列，及右舷相干测深结果，即右舷测深序列Ss左舷测深序列右舷测深序列D为原始相干测深序
OiI. I列。步骤105，分别计算底平均深度估计I ( U )及底平均深度估计2 ( c/ )。底平均深度估计1(4)，在左舷正下方波束形成结果上，通过对底回波信号幅度应用质心法计算出的正下方底平均深度估计I (式)。同理，底平均深度估计2 (元},在左舷正下方波束形成结果上，通过对底回波信号幅度应用质心法计算出的真下方底平均深度估计2 (元)。步骤106，计算底平均深度估计3 G/ )反主瓣宽度Θ _3dB。结合步骤102中左右舷正下方波束形成结果，得到左右舷多通道数据在正下方的波束形成输出，在该输出波形幅度上应用质心法再次估计正下方底平均深度，即底平均深度估计3 ( J3 )。同时，计算该波束形成的主瓣宽度Θ_3(Κ。步骤107，计算参考深度，即正下方可信底平均深度J。根据步骤105,步骤106中获得三个正下方底平均深度估计 2，J3，计算这三个正下方底平均深度估计方差，根据计算出的方差采用加权求和再计算均值的方法确定出一个正下方可信底平均深度J。步骤108，通过变阈值方法，利用所述正下方可信底平均深度J规划相干测深声纳获得的原始相干测深序列。具体的规划过程如下
首先，根据步骤106中计算出的主瓣宽度Θ _3dB及步骤107中计算出的正下方可信底平均深度J，计算水平方向(即垂直航迹向)波束主瓣覆盖宽度w = 2d12)。然后，综合左、右舷测深原始结果Ss及正下方底可信平均深度J，形成该
Ping底回波测深深度序列
权利要求
1.一种相干类测深声纳正下方高精度测深方法，其特征在于， 计算正下方可信底平均深度孑; 通过变阈值方法，利用所述正下方可信底平均深度J规划相干测深声纳获得的原始相干测深序列。
2.根据权利要求I所述的方法，其特征在于，所述计算正下方可信底平均深度方之前，包括 对左右舷各多条接收通道获得的正交采样数据进行脉冲压缩处理后，在正下方做波束形成； 在所述在正下方做波束形成的结果上应用逐步细化分段能量比较方法精确定位底回波的起始点，根据所述底回波的起始点分别计算左、右舷原始相干测深序列； 在所述在正下方做波束形成的结果上计算正下方区域可信底平均深度J。
3.根据权利要求I所述的方法，其特征在于，所述通过变阈值方法，利用所述正下方可信底平均深度3规划相干侧深声纳获得的原始相干测深序列，具体为， 从底回波起始点开始计算测深深度序列乃=[乃P，;所述测深深度序列乃ps包括，左舷测深序列，正下方区域可信底平均深度J，右舷测深序列;其中，所述左舷测深序列4和所述右舷测深序列民为所述原始相干测深序列； 计算出水平方向波束主瓣覆盖宽度w ； 从所述测深深度序列中找出水平坐标位于[_w/2，w/2]范围内的测深点Dx<w/2; 设定滑动阈值Tx ；保留所述测深点Dx<w/2中I /)、 :的点，去除超出对应阈值的点，形成新的测深序列0’!￡^/2，与所述测深深度序列乃/^中水平坐标位于[1/2，w/2]之外的测深点构成测深结果输出。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述水平方向波束主瓣覆盖宽度w = Id12)，其中Θ _3dB为根据左右舷正下方波束形成的结果计算出的主瓣宽度。
5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述滑动阈值Tx= XVrtl，其中，X为所述测深点dx<w/2中各测深点对应的水平坐标，T0为利用相干法和/或幅度法测量时的允许误差。
6.根据权利要求I所述的方法，其特征在于，根据三次正下方底平均深度估计计算方差，根据所述方差采用加权求和计算均值的方法确定所述正下方可信底平均深度孑。
7.一种相干类测深声纳正下方高精度测深系统，其特征在于，包括 计算正下方可信底平均深度J的模块； 通过变阈值方法，利用所述正下方可信底平均深度J规划相干测深声纳获得的原始相干测深序列的模块。
8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述系统还包括 在所述计算正下方可信底平均深度J之前，对左右舷各多条接收通道获得的正交采样数据进行脉冲压缩处理后在正下方做波束形成的模块； 在所述在正下方做波束形成的结果上应用逐步细化分段能量比较方法精确定位底回波的起始点的模块； 根据所述底回波的起始点分别计算左、右舷原始相干测深序列的模块； 在所述在正下方做波束形成的结果上计算正下方可信底平均深度J的模块。
9.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述通过变阈值方法，利用所述正下方可信平均深度J规划相干测深声纳获得的原始相干测深序列，具体为， 从底回波起始点开始计算测深深度序列乃=;所述测深深度序列Dpi包括，左舷测深序列故^正下方可信底平均深度右舷测深序列f其中，所述左舷测深序列和所述右舷测深序列乃,为所述原始相干测深序列； 计算出水平方向波束主瓣覆盖宽度w ； 从所述测深深度序列中找出水平坐标位于[-w/2，w/2]范围内的测深点Dx<w/2; 设定滑动阈值Tx ； 保留所述测深点Dx<w/2 Φ| Dx&vf2 -J|<2；的点，去除超出对应阈值的点，形成新的测深序列D’ x^w/2,与所述测深深度序列中水平坐标位于[-w/2，w/2]之外的测深点构成测深结果输出。
全文摘要
本发明涉及一种相干类测深声纳正下方高精度测深方法。该方法为计算正下方可信底平均深度通过变阈值方法，利用所述正下方可信底平均深度规划相干测深声纳获得的原始相干测深序列。同时，本发明涉及一种相干类测深声纳正下方高精度测深系统。该系统包括，计算正下方可信底平均深度的模块；通过变阈值方法，利用所述正下方可信底平均深度规划相干测深声纳获得的原始相干测深序列的模块。本发明提供的一种相干类测深声纳正下方高精度测深方法及系统，有效地弥补了相干类测深声纳在正下方的测深缺陷，实现了相干类测深声纳全覆盖范围内的高精度侧深。
文档编号G01S15/10GK102721966SQ20121021184
公开日2012年10月10日 申请日期2012年6月20日 优先权日2012年6月20日
发明者刘晓东, 张东升, 张方生, 曹金亮, 朱维庆, 许高凤 申请人:中国科学院声学研究所