多波束测深误差改进模型设计方法技术

多波束测深误差改进模型设计方法，属于多波束测量数据精度评估方法研究领域。本发明专利技术主要针对多波束测深系统改进误差模型，基于精确波束入射角度推导，以常梯度声线跟踪模型为基础，结合Rob Hare经典误差分类，推导了顾及回波检测方式、吃水改正和升沉改正误差综合影响的改进误差模型，有助于发现查找问题和剥离误差源,更准确的分析各误差源导致的误差量级大小，研究成果对数据质量控制、数据检核提供理论依据和技术支撑。论依据和技术支撑。论依据和技术支撑。

【技术实现步骤摘要】
多波束测深误差改进模型设计方法


[0001]本专利技术属于多波束测量数据精度评估方法研究领域，尤其涉及多波束传 播不确定度(TPU)计算的方法。

技术介绍

[0002]多波束测深系统(multi
‑
beam echo sounder,MBES)作为海底地形测量的主 要技术手段，其测量数据的误差分析与评估是重要内容。多波束测深系统测量 误差由多种误差引起，按方向可分为测点平面位置误差和深度误差。其中深度 误差中包括：测船吃水、升沉改正和水位改正引起的全条带型误差，和回波时 间(TOA)和回波角度(DOA)相关测量误差引起的单个波束型误差；平面位置误差 中包括：由水平定位误差和动态偏心改正误差等引起的全条带型误差，和回波 时间(TOA)和回波角度(DOA)相关测量误差引起的单个波束型误差。因此，国内 外学者先后探讨了其误差影响规律及大小，相继提出了相应的改正方法和模型， 在一定程度上提高了数据的精度和可靠性。但均对误差源存在一定程度的近似 和简化计算，为了更加准确的评价多波束测量数据质量，并对现阶段多波束测 深系统各误差源影响进行本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.多波束测深误差改进模型设计方法，其特征在于，步骤如下：第一步，计算测点归位首先，建立以接收换能器几何中心为坐标系原点的船体坐标系O
→
(X,Y,Z)和当地水平坐标系LLS：O
→
(X
LL
,Y
LL
,Z)，在船体坐标系O
→
(X,Y,Z)中，O点为船重心，X轴船艏为正，Y轴左舷方向为正，Z轴垂直向上；令当地平面坐标系LLS的原点与船体坐标系一致，X
LL
轴指向东，Y
LL
指向北，Z轴垂直于OX
LL
Y
LL
平面向上，当地平面坐标系不随船体的运动而改变；设波束指向角，即波束方向与换能器平面垂向夹角为θ0，r为θ0方向上测得的斜距；姿态测量横摇角度为R，左舷向上时R为正；纵摇角度为P，船艏向上时P为正；航向角度为A，航向A与艏摇正方向相同；在船体坐标系下，测深点q的坐标(x
q
,y
q
,z
q
)，在当地水平坐标系LLS下，经动态偏心改正(ΔX
at
,ΔY
at
,ΔZ
at
)，设定位设备中心在船体坐标系中的坐标为(x
a
,y
a
,z
a
)，用表示坐标旋转矩阵，则测深点q在船体坐标系中的坐标(x
lq
,y
lq
,z
lq
)表示为：然后，采用常梯度声线跟踪模型根据波束的指向角和往返传播时间，逐层跟踪测深点相对换能器中心的水平距离和水深，得到测点位置，具体如下：在当地水平坐标系下，波束与Z轴的夹角为θ
f
，与X轴的夹角为则：设声速剖面数据C
i
已知，g
i
表示每层声速变化梯度，Δz
i
表示各层垂直距离；便能通过单个波束回波时间根据已知声速剖面应用常梯度声线跟踪公式；设波束到海底共经过n层，第n层未全部跟踪时单独作为一层，声波入射时声速为C
vs
，Snell常数p＝sinθ
f
/C
vs
，可得公式(3)：式中，r
i
为每层声波传播距离，R
i
、L
i
分别对应每层声线传播的曲率半径和水平位移；将声线每层圆弧路径的微分单元近似取为传播路径对应的弦长，并结合每层精确波束入射角θ
i
，则可计算声线在整个水柱中的垂直位移d和水平位移L；则在船体坐标系中海底点(x
q
,y
q
,z
q
)的坐标表达式为：进一步船体坐标系下水深点坐标换算到当地水平坐标系下的坐标，表示如下：
第二步，构建垂直方向误差改进模型对于单个条带，多波束测深误差包括水位改正、吃水改正和升沉改正；对于单个波束，多波束测深误差包括距离测量即回波时间TOA相关和回波角度DOA相关的误差贡献量；根据误差传播定律，由(4)式得到水深的累计误差σ
d
，表示如下：其中，为每层测距误差，为每层测角误差；进一步，设角度误差和测距误差相互独立且服从正态分布，各因素对测深误差的影响分析如下；
①
测距误差TOA由测距误差引起的垂直方向误差大小与声速剖面测量误差有关，用r
m
表示波束声线传播距离，则测距误差的影响量表示为：然而，振幅检...

【专利技术属性】
技术研发人员：金绍华，李凡，边刚，章宁，肖付民，
申请(专利权)人：中国人民解放军海军大连舰艇学院，
类型：发明
国别省市：