[發明專利]一種基于特征匹配的聲速剖面稀疏化方法

有效

• 申請號: 201410150923.5
• 申請日: 2014-04-15
• 公開（公告）號: CN103927443B
• 公開（公告）日: 2017-07-11
• 發明（設計）人: 鄭翠娥;孫大軍;李昭;張居成;張殿倫;勇俊;李想;王永恒;韓云峰
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工程大學
• 主分類號: G06F19/00
• 分類號: G06F19/00;G01S7/52
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種基于特征匹配的聲速剖面稀疏化方法。

背景技術

水體中聲速的垂直分布是導致水聲定位、測深等多種聲納設備測量誤差的重要因素。目前，多數的聲納設備均采用實時獲取聲速剖面進行補償計算的方式減小聲速剖面對設備誤差的影響。在利用聲速剖面進行補償計算時，存在補償計算精度與計算耗時之間的實際矛盾：聲速剖面采集樣本點越密集，其反應聲速的垂向分布越細致，計算補償的精度越高，但計算量越大，實時性越差，難以利用軟件程序完成對目標的實時定位；反之聲速剖面采集樣本點越稀疏，計算補償的精度越低，但計算量越小，越適于利用軟件程序完成對目標的實時計算。因而在聲納設備使用采集聲速剖面計算之前，必須對聲速剖面進行稀疏化處理及在保留聲速剖面主要特征的前提下最小化聲速剖面數據量，達到計算精度與時間的平衡。目前聲速剖面數據處理中采用的等間隔法或經驗法均無法同時保證計算精度與時間的要求。

發明內容

本發明的目的是為了解決在保留聲速剖面主要特征的前提下最小化聲速剖面數據量及利用水體中的聲速剖面進行補償計算時，聲速剖面采集樣本點越密集導致計算補償的計算量越大，實時性越差；聲速剖面采集樣本點越稀疏計算補償的計算量越小，精度越低；從而導致聲速剖面進行補償計算時無法同時保證計算精度與計算時間平衡性的問題，而提出的一種基于特征匹配的聲速剖面稀疏化方法。

上述的發明目的是通過以下技術方案實現的：

（1）求取采集聲速剖面數據的特征曲線f(d)；

（2）獲取特征曲線f(d)的特征深度，根據特征深度將采集聲速剖面順次劃分為n個特征段，每個特征段都有相對應的稀疏化參數Δd_i；

（3）將分段后的采集聲速剖面的段數i與步驟（2）中特征段總數n進行比較；

若聲速剖面的段數i小于等于特征段總數n時，以Δd_i為稀疏化參數，計算聲速剖面的第i個特征段中各個特征深度d_i之間的聲速剖面積分值及第i個特征深度d_i之間的特征剖面積分值根據及建立剖面積分誤差

（4）若則將稀疏化參數Δd_i擴大k倍成為稀疏化參數kΔd_i，將kΔd_i帶入到步驟（3）中進行計算，對采集的聲速剖面依據更新后的稀疏化參數kΔd_i為間隔重新采樣，并重新計算特征剖面積分值直至滿足為止，將此時的稀疏化參數記錄為kΔd_i，其中ξ_i為稀疏化門限；

（5）若e_i滿足將此時的稀疏化參數記錄為Δd_i，并且將聲速剖面的第i+1個特征段重復步驟（3）、步驟（4）直至i=n+1為止；

（6）將步驟（3）、步驟（4）及步驟（5）得到的各特征段的稀疏化計算結果根據特征深度整合，得到全深度下采樣后的聲速剖面的稀疏化結果；即完成了一種基于特征匹配的聲速剖面稀疏化方法。

求取采集聲速剖面數據的特征曲線f(d)的方法為：擬合測量深度與聲速的特征曲線關系函數滿足實測聲速c_i與曲線計算聲速均方誤差最小：

其中，i表示分段后的采集聲速剖面段序號；

求解聲速關于深度的特征曲線函數f(d)：

其中d為深度，a_i為曲線參數。

獲取特征曲線f(d)的特征深度，根據特征深度將采集聲速剖面順次劃分為n個特征段的方法為：特征曲線f(d)的特征深度為對應聲速剖面梯度改變處的深度，為聲速梯度導數曲線的極值點，計算特征曲線的二階微分函數f"(d)其形式為：

曲線f"(d)的第i個零值點，f"(d)=0為所求特征曲線的第i個特征深度d_i，根據第i個特征深度點，將聲速剖面順次劃分為n個特征段。

計算聲速剖面的i個特征段中特征深度d_i之間的聲速剖面積分值及特征深度d_i之間的特征剖面積分值的過程為：

（1）計算特征曲線在特征深度d_i之間的聲速剖面積分值并記錄為參考值；

（2）設定特征段內剖面的稀疏化參數Δd_i，積分計算稀疏化后特征深度d_i之間的特征剖面積分值

得到全深度下采樣后的聲速剖面的稀疏化結果的過程為：