基于单条带测深数据的诱导升沉误差探测消除方法及系统技术方案

本发明专利技术提供一种基于单条带测深数据的诱导升沉误差探测及消除方法及系统，包括：多波束测深数据的处理，通过原始数据解码获得横摇及纵摇，同时通过声线跟踪、归位计算等方法计算得到多波束测深点在指定深度基准面下的深度；通过傅里叶低通滤波、双向差分法、Multi

【技术实现步骤摘要】
基于单条带测深数据的诱导升沉误差探测消除方法及系统


[0001]本专利技术属于大地测量与测绘工程
，特别涉及基于单条带测深数据的诱导升沉误差探测消除方法及系统。

技术介绍

[0002]多波束测深系统(MBES)具有全覆盖、全水深范围、高精度、高分辨率等特点，已成为主流测深设备，广泛应用于水下地形测量、海底地貌测量、水下目标探测等领域。在“海底2030年大洋深度图”(GEBCO)和联合国(UN)“海洋科学促进可持续发展十年”等全球倡议的推动下，越来越多的多波束测深数据正在被获取。作为一个由多个传感器组成的综合系统，MBES测深精度会受到传感器精度、传感器耦合效应和复杂环境的影响，导致测深数据总是伴随着各种误差。
[0003]由于声速剖面、船文参数等外源数据漏测或误测等原因，多波束数据波束脚印计算过程中经常会有误差引入，这将导致测深点云数据中出现明显的系统性误差。在这些误差中，目前较少有学者关注到因换能器与涌浪传感器之间的安装偏差引起的诱导升沉误差，其影响在变化平缓的海底地形测量中影响尤为显著，给浅水区域的多波束测深成果质量造成严重影响，但目前缺少较为完善的手段进行探测消除。
[0004]有研究者使用差分进化和高斯
‑
牛顿优化方法来削弱错误声速剖面引起的折射误差；有研究者提出了一种偏移校正方法来减轻偏移的潮汐分量，通过瞬时潮汐校正(ITC)算法来减少由于潮汐测量不完整或修正模型不适当造成的潮汐残差；有研究者采用多波束声呐探测方法和GPS动态定位，减少船舶运动不均匀造成的动态吃水误差；也有研究者提出了基于地形特征匹配的多波束声呐系统安装偏差整体标定方法，减少了换能器的对准误差和对应的标定残差；还有研究者提出了一种考虑多波束非同心阵列几何结构的精确算法，以减少非同心阵列的误差。
[0005]与这些通常具有较大振幅并受到广泛关注的误差不同，高频误差通常具有较小的振幅，在许多情况下满足国际海道测量组织(IHO)S44的标准。虽然振幅小，但在高分辨率要求下或在浅水区，它也会明显影响多波束测深成果的质量。有研究者识别并分析了这类由传感器融合误差引起的高频误差，并将这些误差分为三类:1)1)姿态时延、比例误差；2)表面声速误差；3)涌浪传感器与换能器在X和Y方向上的相对位置偏差，即诱导升沉误差。已有大量针对于1)和2)类误差的相关研究，但3)类误差较少被关注，缺少较为完善的手段进行探测消除。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于针对测深成果中异常条纹地形影响明显、成因不明确和难以消除问题，提出了一种基于单条带测深数据的诱导升沉误差探测消除方法，该方法能有效地消除诱导升沉误差引起的沿航迹向异常条纹。
[0007]本专利技术所提供的一种基于单条带测深数据的诱导升沉误差探测消除方法，包括以
下步骤，
[0008]步骤1，多波束测深数据的处理，通过原始数据解码获得横摇及纵摇，并计算得到多波束测深点在指定深度基准面下的深度；
[0009]步骤2，诱导升沉误差引起的沿航迹向异常条纹周期提取；
[0010]步骤3，获取各周期内的改正水深，实现方式包括以下子步骤，
[0011]步骤3.1，确定多波束测深诱导升沉误差改正模型，改正模型顾及海底地形趋势一致性原则，将水深与诱导升沉误差建立联系，引入了拟合趋势项，然后，随机选取步骤2中提取的各周期内的一部分点建立回归方程求出改正模型中的参数；
[0012]步骤3.2，用得到的模型测试测深序列当前周期内的所有数据，将适用于模型的数据归入为局内点；
[0013]步骤3.3，若局内点不满足一定数量，则转至步骤3.1；若满足一定数量，用所有局内点重新计算模型参数；
[0014]步骤3.4，用所有局内点重新评估模型；
[0015]步骤3.5，将步骤3.1至步骤3.4重复进行一定次数，选取其中步骤3.4中评估最好的模型作为结果，进行水深改正；
[0016]步骤4，诱导升沉误差的探测消除，实现方式包括以下子步骤，
[0017]步骤4.1，确定改正模型，所述改正模型将各周期内的改正后水深作为模型输入，建立了改正前后水深与诱导涌浪误差之间的联系，由此利用SVR回归算法求解诱导升沉误差；
[0018]步骤4.2，将诱导升沉误差改正至船文件，重新进行多波束测深归位计算，消除沿航迹向的异常条纹。
[0019]进一步的，步骤1中通过声线跟踪、归位计算方法计算得到多波束测深点在指定深度基准面下的深度。
[0020]进一步的，步骤2的具体实现方式包括以下子步骤，
[0021]步骤2.1，在处理后的测深数据中提取中央波束区域的深度序列，利用傅里叶低通滤波进行高频的地形细节及噪声剔除，便于提取周期；
[0022]步骤2.2，对傅里叶低通滤波后的数据使用双向差分算法初步提取测深序列中最大最小值；
[0023]步骤2.3，以双向差分算法提取的最大最小值为起点，使用Multi
‑
start算法确定沿航迹向异常条纹的波峰波谷。
[0024]进一步的，步骤2.1中，所述傅里叶低通滤波的频率阈值选择参考测深序列以及横摇、纵摇时间序列的频谱。
[0025]进一步的，步骤3.1中，所述多波束测深诱导升沉误差改正模型如下：
[0026]Δh
i
＝h
i
‑
(xsinP
i
‑
ysinR
i cosP
i
)
‑
(kDis+d
h
)
[0027][0028]其中，Δh
i
为改正后水深，h
i
是测深数据序列中第i ping的初始深度，Dis是第i个序列到当前区域第一个序列的沿航迹向距离，ping代表多波束声呐的一个发射接收过程，表现为一段垂直航迹向的测深点；(kDis+d
h
)代表的是海底地形趋势的拟合项，P
i
、R
i
为对应
时刻的纵摇及横摇，x、y为涌浪传感器与换能器之间在X与Y方向上的相对位置偏差，即诱导升沉误差，k1、k2为步骤2中所提取周期的起止序列点。
[0029]进一步的，步骤3.2中，适用于模型的评估标准如下：
[0030]|h
i
‑
(xsinP
i
‑
ysinR
i cosP
i
)
‑
(kDis+d
h
)|<ε
[0031]其中，ε设置为当前仪器设备测量水深精度。
[0032]进一步的，步骤3.4中，评估模型的方法如下式：
[0033][0034]进一步的，步骤4.1中确定的改正模型为：
[0035]h
i
‑
h
i
'＝sinP
i
x
‑
sinR<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于单条带测深数据的诱导升沉误差探测消除方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，多波束测深数据的处理，通过原始数据解码获得横摇及纵摇，并计算得到多波束测深点在指定深度基准面下的深度；步骤2，诱导升沉误差引起的沿航迹向异常条纹周期提取；步骤3，获取各周期内的改正水深，实现方式包括以下子步骤，步骤3.1，确定多波束测深诱导升沉误差改正模型，改正模型顾及海底地形趋势一致性原则，将水深与诱导升沉误差建立联系，引入了拟合趋势项，然后，随机选取步骤2中提取的各周期内的一部分点建立回归方程求出改正模型中的参数；步骤3.2，用得到的模型测试测深序列当前周期内的所有数据，将适用于模型的数据归入为局内点；步骤3.3，若局内点不满足一定数量，则转至步骤3.1；若满足一定数量，用所有局内点重新计算模型参数；步骤3.4，用所有局内点重新评估模型；步骤3.5，将步骤3.1至步骤3.4重复进行一定次数，选取其中步骤3.4中评估最好的模型作为结果，进行水深改正；步骤4，诱导升沉误差的探测消除，实现方式包括以下子步骤，步骤4.1，确定改正模型，所述改正模型将各周期内的改正后水深作为模型输入，建立了改正前后水深与诱导涌浪误差之间的联系，由此利用SVR回归算法求解诱导升沉误差；步骤4.2，将诱导升沉误差改正至船文件，重新进行多波束测深归位计算，消除沿航迹向的异常条纹。2.根据权利要求1所述基于单条带测深数据的诱导升沉误差探测消除方法，其特征在于：步骤1中通过声线跟踪、归位计算方法计算得到多波束测深点在指定深度基准面下的深度。3.根据权利要求1所述基于单条带测深数据的诱导升沉误差探测消除方法，其特征在于：步骤2的具体实现方式包括以下子步骤，步骤2.1，在处理后的测深数据中提取中央波束区域的深度序列，利用傅里叶低通滤波进行高频的地形细节及噪声剔除，便于提取周期；步骤2.2，对傅里叶低通滤波后的数据使用双向差分算法初步提取测深序列中最大最小值；步骤2.3，以双向差分算法提取的最大最小值为起点，使用Multi
‑
start算法确定沿航迹向异常条纹的波峰波谷。4.根据权利要求3所述基于单条带测深数据的诱导升沉误差探测消除方法，其特征在于：步骤2.1中，所述傅里叶低通滤波的频率阈值选择参考测深序列以及横摇、纵摇时间序列的频谱。5.根据权利要求1所述基于单条带测深数据的诱导升沉误差探测消除方法，其特征在于：步骤3.1中，所述多波束测深诱导升沉误差改正模型如下：Δh
i
＝h
i
‑
(xsinP
i
‑
ysinR
i cosP
i
)
‑
(kDis+d
h
)
其中，Δh
i
为改正后水深，h
i
是测深数据序列中第i ping的初始深度，Dis是第i个序列到当前区域第一个序列的沿航迹向距离，ping代表多波束声呐的一个发射接收过程，表现为一段垂直航迹向的测深点；(kDis+d
h
)代表的是海底地形趋势的拟合项，P
i
、R
i
为对应时刻的纵摇及横摇，...

【专利技术属性】
技术研发人员：张红梅，赵建虎，龙佳威，
申请(专利权)人：武汉大学，
类型：发明
国别省市：