【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及海底地形探测，尤其涉及一种测深质量评估方法及装置。
技术介绍
1、多波束测深系统常利用幅度法和相位法对回波到达时(time of arrival，toa)进行估计，其中幅度法利用波束输出回波在波束中心处具有能量质心的原理来进行估计toa，相位法则利用两子阵相位差曲线在波束中心处过零点来估计toa。两种方法由于原理不同，在测深过程中也各有优劣，因此，实时对测深结果进行有效的评定，选择两种方法中最优的测深值，对提高系统的测深精度是非常重要的。xavier lurton(x.lurton.a measurementquality factor for swath bathymetry sounders.ieee journal of oceanicengineering,2010,35(4):852-862.)给出了幅度法与相位法一次拟合的质量因子；yoannladroit(y.ladroit.definition and application of a quality estimator formultibeame chosounders,2012oceans-yeosu,yeosu,korea(south),2012,pp.1-7.)考虑了采样点的独立性，对幅度法质量因子进行相应改进，极大地提高了测深系统的测深精度。但是海底地形复杂多变，对于大起伏海底，以及极其边缘波束处，一次拟合的相位法估计已不能满足测深精度。因此，需要进行二次拟合估计并给出相应测深误差模型及质量因子。
技术实现思路<
1、为了解决现有技术中存在的问题，本申请实施例提供了一种测深声呐质量评估方法、装置、计算设备、计算机存储介质及包含计算机程序的产品，能够基于二次拟合相位法的多波束测深声呐测量海底地形质量，对测深点有较好的实时评估。
2、第一方面，本申请实施例提供一种测深声呐质量评估方法，该方法包括：基于接收子阵间的相干性，确定接收子阵输出信号相位差关于时间的表达式；基于输出信号相位差关于时间的表达式，确定相位差曲线进行二次拟合的条件；基于二次拟合的条件，对相位差曲线进行二次拟合，确定toa估计误差，以及质量因子qf表达式。
3、在一些可能的实现方式中，接收子阵输出信号相位差关于时间的表达式具体表示为：
4、
5、式中，表征相位差的集合平均，δφ表征各采样点算得的相位差，n1表征接收子阵的阵元数，n0表征接收阵元的总数，σn2表征单个阵元接收噪声的方差，a(t)和表征计算过程中的一个中间变量，且
6、中间变量a(t)满足式中，<n>表征t时刻到达回波对应的海底散射点个数的集合平均，＜a2＞表征t时刻到达回波对应的海底散射点散射幅值的集合平均，|at(t)|2表征发射波束指向系数的平方，|ar(t)|2表征接收波束指向系数的平方，ps0表征单个发射阵元发射的原信号的功率，δα表征收发波束脚印所覆盖的方位角宽；
7、中间变量满足式中，f0表征发射中心的频率，dr表征接收阵元之间的间距，c表征声波在水体中的传播速度，θsh表征发射波束中心轴上所对应的海底散射点回波的入射角，θ0表征接收波束预成波束角。
8、在一些可能的实现方式中，接收子阵的信噪比要求高于10db，相位差公式写为n表征0均值的随机干扰。
9、在一些可能的实现方式中，相位差曲线进行二次拟合的条件，包括：相位差曲线以二次多项式的形式出现；相位差y关于时间x的曲线表达式为y＝ax2+bx+c+n，且0均值的随机干扰为零均值的平稳随机过程，呈正态分布，同时各个采样点独立统计，其中，a，b，c表征拟合系数。
10、在一些可能的实现方式中，toa估计误差根据如下公式计算：
11、
12、式中，σtoa2表征toa估计均方误差，表征相位差方差，可用线性拟合均方误差代替，nt表征线性区间内采样点数，a0、a1、a2、a3、c1、c2、c3表征中间变量，a0、a1、a2、a3表征对对线性区间内的时间样本进行高阶原点矩的组合运算，c1、c2、c3表征对二次拟合系数估计量的组合运算，且满足a0＝a12-a2a3，其中，
13、在一些可能的实现方式中，在海底散射点分布均匀的情况下，toa估计误差公式可以写作
14、
15、式中，t表征等效脉宽。
16、在一些可能的实现方式中，qf表达式，记为
17、
18、在一些可能的实现方式中，通过线性拟合均方误差代替相位差方差，记为
19、
20、式中，表征二次拟合估计值。
21、在一些可能的实现方式中，多波束测深声呐包括浅水多波束测深声呐、中水多波束测深声呐、深水多波束测深声呐、测深侧扫声呐中的至少一种。
22、第二方面，本申请实施例提供一种测深声呐质量评估装置，装置包括：
23、获取模块，用于确定接收子阵输出信号；
24、处理模块，用于基于两个接收子阵间的相干性，确定接收子阵输出信号相位差关于时间的表达式，接收子阵为信号接收阵的子阵；
25、处理模块，还用于对相位差曲线进行二次拟合，确定二次拟合相位法的toa估计误差以及质量因子qf。
26、在一些可能的实现方式中，接收子阵输出信号相位差关于时间的表达式具体表示为：
27、
28、式中，表征相位差的集合平均，δφ表征各采样点算得的相位差，n1表征接收子阵的阵元数，n0表征接收阵阵元总数，σn2表征单个阵元接收噪声的方差，a(t)和表征计算过程中的一个中间变量，且
29、中间变量a(t)满足式中，<n>表征t时刻到达回波对应的海底散射点个数的集合平均，＜a2＞表征t时刻到达回波对应的海底散射点散射幅值的集合平均，|at(t)|2表征发射波束指向系数的平方，|ar(t)|2表征接收波束指向系数的平方，ps0表征单个发射阵元发射的原信号的功率，δα表征收发波束脚印所覆盖的方位角宽；
30、中间变量满足式中，f0表征发射中心的频率，dr表征接收阵元之间的间距，c表征声波在水体中的传播速度，θsh表征发射波束中心轴上所对应的海底散射点回波的入射角，θ0表征接收波束预成波束角。
31、在一些可能的实现方式中，二次拟合相位法的toa估计误差根据如下公式计算：
32、
33、式中，σtoa2表征toa估计均方误差，表征相位差方差，可用线性拟合均方误差代替，nt表征线性区间内采样点数，t表征等效脉宽，a0、a1、a2、a3、c1、c2、c3表征中间变量，a0、a1、a2、a3表征对对线性区间内的时间样本进行高阶原点矩的组合运算，c1、c2、c3表征对二次拟合系数估计量的组合运算，且满足a0＝a12-a2a3，其中，
34、在一些可能的实现方式中，qf表达式，记为
35、
36、在一些可能的实本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种测深声呐质量评估方法，其特征在于，所述方法包括：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述接收子阵输出信号相位差关于时间的表达式具体表示为：
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述二次拟合相位法的TOA估计误差根据如下公式计算：
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述QF表达式，记为
5.根据权利要求3-4任一所述的方法，其特征在于，通过线性拟合均方误差代替相位差方差，记为
6.根据权利要求1-5任一所述的方法，其特征在于，测深声呐包括浅水多波束测深声呐、中水多波束测深声呐、深水多波束测深声呐、测深侧扫声呐中的至少一种。
7.一种多波束测深声呐质量评估装置，其特征在于，所述装置包括：
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述接收子阵输出信号相位差关于时间的表达式具体表示为：
9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述二次拟合相位法的TOA估计误差根据如下公式计算：
10.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述QF表达式，记为>...
【技术特征摘要】
1.一种测深声呐质量评估方法，其特征在于，所述方法包括：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述接收子阵输出信号相位差关于时间的表达式具体表示为：
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述二次拟合相位法的toa估计误差根据如下公式计算：
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述qf表达式，记为
5.根据权利要求3-4任一所述的方法，其特征在于，通过线性拟合均方误差代替相位差方差，记为
6.根据权利要求1-5任一...
【专利技术属性】
技术研发人员：王辰歌，刘晓东，王舒文，
申请(专利权)人：中国科学院声学研究所，
类型：发明
国别省市：
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