多波束测深系统实时横摇补偿的方法技术方案

一种多波束测深系统实时横摇补偿的方法，采用以下步骤：一：根据船姿测量仪对测深系统实时测量的横摇角度和上位机传输的校正角度，预测将要测量的多测深系统覆盖线所对应的波束角度；二：针对每个波束角度实时计算相应的相位补偿系数；三：将相位补偿系数通过坐标旋转数字计算模块计算出相应的正弦和余弦数值作为复系数；四：将得到的复系数和原始复数据对应乘累加得到波束形成结果，完成实时横摇补偿。本发明专利技术不仅能够根据对测深系统实时横摇角度，预测等覆盖线对应的波束角；而且根据实时波束角做波束形成，使得测量覆盖线不受船舶横摇的影响；解决了多波束测量中船舶左右摇摆导致测量覆盖线不均的问题，提高了测深系统的测量效率。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】一种，采用以下步骤：一：根据船姿测量仪对测深系统实时测量的横摇角度和上位机传输的校正角度，预测将要测量的多测深系统覆盖线所对应的波束角度；二：针对每个波束角度实时计算相应的相位补偿系数；三：将相位补偿系数通过坐标旋转数字计算模块计算出相应的正弦和余弦数值作为复系数；四：将得到的复系数和原始复数据对应乘累加得到波束形成结果，完成实时横摇补偿。本专利技术不仅能够根据对测深系统实时横摇角度，预测等覆盖线对应的波束角；而且根据实时波束角做波束形成，使得测量覆盖线不受船舶横摇的影响；解决了多波束测量中船舶左右摇摆导致测量覆盖线不均的问题，提高了测深系统的测量效率。【专利说明】
本专利技术涉及测深系统的测量方法，尤其涉及一种多波束测深系统实时横摇补偿的 方法。
技术介绍
随着科学技术的不断发展，多波束测深系统在海底地形测量的作用越来越重要， 它的出现大大提高了海底地形测量的效率和精度。但是，由于多波束测量船在行进过程中， 受到风、海流等因素的影响，致使船的姿态（航偏角、横摇角、纵摇角）和动态吃水等发生变 化，安装在船体上的多波束换能器也随之变化；而且，由于多波束实测断面与铅垂方向、航 向之间存在有夹角，多波束实测的深度和平面位置，不再真实地反映波束脚印在当地坐标 系下的位置。因此，必须对船姿引起的水深及水下地形误差进行补偿。 横摇补偿是多波束测深系统中较为重要的一项任务。目前，多波束测深系统中的 横摇补偿，一般都是事后处理，在测量时，记录下原始数据和横摇数据，并在后处理时再做 补偿。这样，其所测得的测深系统覆盖线将会随着横摇角度的变化，出现忽左忽右的情况， 导致测深系统覆盖线整体不均匀。这就要求两条测线间要有较高的交叠率，因此，降低了测 深系统的测量的效率。
技术实现思路
本专利技术的主要目的在于克服现有技术存在的上述缺点，而提供一种多波束测深系 统实时横摇补偿的方法，其不仅能够根据对测深系统实时横摇角度，预测等覆盖线对应的 波束角；而且，根据实时波束角做波束形成，使得测量覆盖线不受船舶横摇的影响；解决了 多波束测量中船舶左右摇摆导致测量覆盖线不均的问题，降低了测线间的交叠率，有效地 提高了测深系统的测量效率。 本专利技术的目的是由以下技术方案实现的： 一种，其特征在于：采用以下步骤： 第一步：根据船姿测量仪对测深系统实时测量的横摇角度和上位机传输的校正角 度，预测将要测量的多测深系统覆盖线所对应的波束角度； 第二步：针对每个波束角度实时计算相应的相位补偿系数；其中，相位补偿系数 计算公式为： [ 【权利要求】1. 一种，其特征在于：采用以下步骤： 第一步：根据船姿测量仪对测深系统实时测量的横摇角度和上位机传输的校正角度， 预测将要测量的多测深系统覆盖线所对应的波束角度； 第二步：针对每个波束角度实时计算相应的相位补偿系数；其中，相位补偿系数计算 公式为：式中：i代表输入数据的通道序号，k代表波束形成的波束序号，(i)ik代表第i路原始数 据在第k个波束上的相移角度，λ代表接收声信号的波长，1代表基阵长度，π为圆周率， Θ〇(k)代表第k个波束的预成波束角度，SinO代表正弦函数； 第三步：将相位补偿系数通过坐标旋转数字计算模块计算出相应的正弦和余弦数值作 为复系数； 第四步：将得到的复系数和原始复数据对应乘累加得到波束形成结果，完成实时横摇 补偿，其中，波束形成公式为：式中：V(k)代表波束形成的k个波束输出，Vi代表第i路原始数据输入信号，M代表原 始数据的总通道数，j代表复数的虚部，cos()代表余弦函数。2. 根据权利要求1所述的，其特征在于：所述第 一步中，姿态传感器的横摇角度输出速率要达到IOHz以上，并对姿态传感器的横摇角度进 行插值滤波处理，使姿态传感器的横摇角度高速率输出；上位机传输的校正角度，是在测量 之前，通过相关校准方法得到的系统实际横摇偏差值；预测的覆盖线位置是相对大地坐标 系的，所对应的波束角度按照等角或等距方式计算。3. 根据权利要求1所述的，其特征在于：所述第 三步中，坐标旋转数字计算模块迭代次数需达到20次以上，以保证波束形成的精度。4. 一种为实施上述多波束测深系统实时横摇补偿方法的装置，其特征在于：包括：一 可编程片上系统平台、与可编程片上系统平台相连的实时横摇补偿波束形成器，其中，可编 程片上系统平台包括：用于实时参数计算的第一处理器、该第一处理器分别与为第一处理 器提供数据和程序存储功能的片上存储器、为第一处理器实时提供姿态信息功能的姿态传 感器串口模块、为第一处理器提供多波束测深探头的姿态校准数据的上位机端串口模块、 用于存储计算的参数结果的数片双口片上存储器相连；实时横摇补偿波束形成器包括：用 于提供船的实时姿态信息的一姿态传感器、通过串口提供多波束测深探头姿态校准信息的 一上位机，该姿态传感器及上位机分别通过串口与第二处理器的输入端相连，第二处理器 通过可编程片上系统平台内部总线与数个双口随机存储器相连，根据横摇角度，实时，计算 出横摇补偿算法的相关系数，并将横摇补偿算法的相关系数分别存到数个双口随机存储器 中，数个双口随机存储器采用并行总线与数个坐标旋转数字计算处理模块对应相连，用于 完成正弦和余弦函数的计算；数个坐标旋转数字计算处理模块分别和原始数据并行、并与 数个乘累加器相连，实现对应乘累加；数个乘累加器采用现场可编程门阵列内部并行总线 与并行转串行处理模块相连；最后，直接输出波束形成结果。5. 根据权利要求4所述的为实施上述多波束测深系统实时横摇补偿方法的装置，其特 征在于：所述数个累加器将已经经过前端算法预处理的原始数据的结果和数个坐标旋转数 字计算处理模块结果对应乘累加后，将并行转串行处理模块，再将三部分并行结果串行起 来输出给出波束形成结果，并完成实时横摇补偿波束形成。6. 根据权利要求4所述的为实施上述多波束测深系统实时横摇补偿方法的装置，其特 征在于：所述实时横摇补偿波束形成器中，提供船的实时姿态信息的姿态传感器是以20Hz 的速度输出姿态信息，并通过姿态传感器串口模块传到第一处理器中；然后，再经过实时横 摇补偿波束形成器，计算出波束形成的角度，并传送到数片双口随机存储器中；由于姿态传 感器11数据的更新速度为20Hz，故波束角计算程序的计算时间应该小于50ms。7. 根据权利要求4或6所述的为实施上述多波束测深系统实时横摇补偿方法的装置， 其特征在于：所述实时横摇补偿波束形成器中，原始数据的采样速度是：28kHz，故逻辑部 分也同样应以28kHz的速度，读出数个双口随机存储器的角度信息，经过数个坐标旋转数 字计算处理模块输出结果与原始数据做复数乘累加，完成实时横摇波束形成的计算。【文档编号】G01S11/14GK104459678SQ201410747751【公开日】2015年3月25日 申请日期:2014年12月9日 优先权日:2014年12月9日 【专利技术者】李志刚, 魏玉阔, 李海森, 邓平, 孟元栋, 鲁东, 周雷, 陈宝伟, 朱建军, 徐超, 颜昌德 申请人:中国海洋石油总公司, 海洋石油工程股份有限公司, 哈尔滨工程大学本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多波束测深系统实时横摇补偿的方法，其特征在于：采用以下步骤：第一步：根据船姿测量仪对测深系统实时测量的横摇角度和上位机传输的校正角度，预测将要测量的多测深系统覆盖线所对应的波束角度；第二步：针对每个波束角度实时计算相应的相位补偿系数；其中，相位补偿系数计算公式为：φik=i2πlλsin(θ0(k))]]>式中：i代表输入数据的通道序号，k代表波束形成的波束序号，φik代表第i路原始数据在第k个波束上的相移角度，λ代表接收声信号的波长，l代表基阵长度，π为圆周率，θ0(k)代表第k个波束的预成波束角度，sin()代表正弦函数；第三步：将相位补偿系数通过坐标旋转数字计算模块计算出相应的正弦和余弦数值作为复系数；第四步：将得到的复系数和原始复数据对应乘累加得到波束形成结果，完成实时横摇补偿，其中，波束形成公式为：V(k)=Σi=0M-1Vi(cos(φik)-jsin(φik)));]]>式中：V(k)代表波束形成的k个波束输出，Vi代表第i路原始数据输入信号，M代表原始数据的总通道数，j代表复数的虚部，cos()代表余弦函数。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李志刚，魏玉阔，李海森，邓平，孟元栋，鲁东，周雷，陈宝伟，朱建军，徐超，颜昌德，
申请(专利权)人：中国海洋石油总公司，海洋石油工程股份有限公司，哈尔滨工程大学，
类型：发明
国别省市：北京;11