【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种基于收发扇面相交的波束入射角快速计算方法。
技术介绍
1、目前米尔斯十字交叉技术在多波束仪器中普遍使用。米尔斯十字交叉指发射器和接收器相互垂直，发射器向水体发射声信号，接收器接收由海底反射的声信号，一次收发过程完成海底一条断面的测量。因为声波发射器和接收器都是线性阵列，根据阵列指向性函数特点可知，扇面相对于线性阵列的倾斜角度是已知的，而其方位角是未知的，这种结构导致入射角的计算需要同时考虑发射器和接收器的综合情况。
2、多波束波束空间入射角的精确计算是获取高精度海底地形的必要条件。传统的多波束入射角计算方法主要存在两个问题：一是没有考虑旋转角之间的耦合性，坐标系转换应该是旋转矩阵的连乘而不是旋转角累加后构建的旋转矩阵；二是不考虑水体的水平分层现象，直接使用波束接收角而不是空间入射角。此外，一些入射角计算方法复杂，计算速度较慢。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于克服现有的缺陷而提供的一种基于收发扇面相交的波束入射角快速计算方法，实现了波束空间入射角的快速计算，改善了多波束数据处理的效率。
2、实现上述目的的技术方案是：
3、一种基于收发扇面相交的波束入射角快速计算方法，包括：
4、步骤s1，建立发射和接收的空间圆锥方程；
5、步骤s2，对发射和接收的空间圆锥方程相交，得到多波束空间入射角和相对方位角。
6、优选的，所述步骤s1中，空间圆锥方程表示为：
7、
8、其中
9、优选的，所述步骤s1包括：
10、步骤s11，旋转安装偏差矩阵，将理想波束矢量从换能器坐标系转换到姿态传感器坐标系，然后旋转姿态角矩阵，将阵列矢量进一步转换到当地水平坐标系中；
11、步骤s12，通过阵列矢量进一步转换到当地水平坐标系得到发射圆锥和接收圆锥的空间方程。
12、优选的，所述步骤s11中，将阵列矢量进一步转换到当地水平坐标系中，计算公式为：
13、
14、
15、式中，理想发射阵列矢量为理想接收阵列矢量为r表示旋转矩阵，r、p、h表示姿态传感器输出角度，分别为横摇角、纵摇角和航向角；δr、δp、δh表示安装偏差角度。
16、优选的，所述步骤s12中，发射圆锥和接收圆锥的空间方程表达式如下：
17、
18、式中，{m.，n.，p.}表示阵列的方向向量；α.表示发射扇面倾角或接收扇面的指向角，其有效角度范围为α.∈(-π/2，π/2)；下标1和2分别表示发射扇面和接收扇面的参数。
19、优选的，所述步骤s2包括：
20、步骤s21，引入单位球方程，简化发射圆锥和接收圆锥的空间方程表达式；
21、步骤s22，求解相交圆锥直线方向向量{m，n，p}；
22、步骤s23，在水平坐标系任取一点p满足条件；
23、步骤s24，计算尺度参数t；
24、步骤s25，根据尺度参数t计算得到波束向量；
25、步骤s26，根据波束向量计算得到多波束空间入射角θinc和相对方位角θazi。
26、优选的，所述步骤s21中，简化后的发射圆锥和接收圆锥的空间方程表达式如下：
27、
28、其中，α1为发射扇面倾斜角，α2为接收扇面指向角；
29、所述步骤s22中，求解相交圆锥直线方向向量{m,n,p}，计算公式如下：
30、
31、优选的，所述步骤s23中，任取一点p满足条件为：
32、
33、所述步骤s24中，计算尺度参数t的公式如下：
34、
35、其中，a和b使用如下公式计算：
36、
37、优选的，所述步骤s25中，计算波束向量，公式如下：
38、
39、优选的，所述步骤s26中，多波束空间入射角θinc和相对方位角θazi的计算公式为：
40、θinc＝arc cos z；
41、
42、其中，αref表示参考方位角，通常设置为声波发射时的航向。
43、本专利技术的有益效果是：本专利技术根据均匀线性阵列指向性函数的特点，构建了发射和接收扇面的空间圆锥方程，通过引入辅助单位球方程，建立了两圆锥方程相交计算空间入射角的计算方法，实现了波束空间入射角的快速计算；克服传统多波束波束入射角计算未考虑旋转角之间的耦合性及入射角计算速度慢的问题，实现了波束空间入射角的快速计算，改善了多波束数据处理的效率。
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1.一种基于收发扇面相交的波束入射角快速计算方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的一种基于收发扇面相交的波束入射角快速计算方法，其特征在于，所述步骤S1中，空间圆锥方程表示为：
3.根据权利要求2所述的一种基于收发扇面相交的波束入射角快速计算方法，其特征在于，所述步骤S1包括：
4.根据权利要求3所述的一种基于收发扇面相交的波束入射角快速计算方法，其特征在于，所述步骤S11中，将阵列矢量进一步转换到当地水平坐标系中，计算公式为：
5.根据权利要求3所述的一种基于收发扇面相交的波束入射角快速计算方法，其特征在于，所述步骤S12中，发射圆锥和接收圆锥的空间方程表达式如下：
6.根据权利要求5所述的一种基于收发扇面相交的波束入射角快速计算方法，其特征在于，所述步骤S2包括：
7.根据权利要求6所述的一种基于收发扇面相交的波束入射角快速计算方法，其特征在于，所述步骤S21中，简化后的发射圆锥和接收圆锥的空间方程表达式如下：
8.根据权利要求7所述的一种基于收发扇面相交的波束入射角快速计算方法，
9.根据权利要求8所述的一种基于收发扇面相交的波束入射角快速计算方法，其特征在于，所述步骤S25中，计算波束向量，公式如下：
10.根据权利要求9所述的一种基于收发扇面相交的波束入射角快速计算方法，其特征在于，所述步骤S26中，多波束空间入射角θinc和相对方位角θazi的计算公式为：
...【技术特征摘要】
1.一种基于收发扇面相交的波束入射角快速计算方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的一种基于收发扇面相交的波束入射角快速计算方法，其特征在于，所述步骤s1中，空间圆锥方程表示为：
3.根据权利要求2所述的一种基于收发扇面相交的波束入射角快速计算方法，其特征在于，所述步骤s1包括：
4.根据权利要求3所述的一种基于收发扇面相交的波束入射角快速计算方法，其特征在于，所述步骤s11中，将阵列矢量进一步转换到当地水平坐标系中，计算公式为：
5.根据权利要求3所述的一种基于收发扇面相交的波束入射角快速计算方法，其特征在于，所述步骤s12中，发射圆锥和接收圆锥的空间方程表达式如下：
6.根据权利要求5所述的一种基于...
【专利技术属性】
技术研发人员：王少灿，王俊杰，龚权华，王国平，夏显文，赵黎明，张成芹，李宿阳，杨星，
申请(专利权)人：中交第三航务工程局有限公司，
类型：发明
国别省市：
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