[發明專利]海底聲學底質的三維概率密度分類方法

有效

• 申請號: 201810418008.8
• 申請日: 2018-05-03
• 公開（公告）號: CN108983243B
• 公開（公告）日: 2020-10-27
• 發明（設計）人: 金紹華;李家彪;吳自銀;邊剛;崔楊;趙荻能;李守軍;尚繼宏
• 申請（專利權）人: 國家海洋局第二海洋研究所
• 主分類號: G01S15/88
• 分類號: G01S15/88;G01N29/04;G06F17/18
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 林松海

本發明公開了一種海底聲學底質的三維概率密度分類方法，綜合考慮平均反向散射強度隨入射角變化信息及其概率密度分布，繪制三維概率密度圖。實例計算結果表明：該方法能直觀表達多波束條帶覆蓋區內不同海底底質類型的數量，有效判斷不同海底底質類型的邊界，實現海底底質類型的快速識別。

技術領域

本發明涉及一種海底聲學底質的三維概率密度分類方法。

背景技術

多波束測深系統實現了從“點”、“線”測量到條帶式、全覆蓋、“面”測量的轉變，在精度和效率方面都具有傳統單波束測深系統無法比擬的優勢。作為當前海底地形測量的主流產品，多波束測深系統在獲取水深數據的同時，還記錄了反向散射強度數據。對于多波束測深數據的處理，經過近30多年的發展已經日趨成熟，形成了較為完善的理論體系和數據處理方法。而對于反向散射強度的數據處理及其應用方面，盡管國內外學者進行了相關的研究并取得了一定的研究成果，但由于海底反向散射強度的隨機性和復雜性，利用多波束反向散射強度進行海底底質分類仍然是國內外研究的熱點問題。

海底反向散射強度的研究主要集中在兩個方面：一是從能量的觀點出發探索海底平均反向散射強度的變化規律；二是采用隨機過程的數學方法研究散射強度的統計特性，如分布函數和能量譜等。多波束海底底質分類也是基于這兩方面展開的，在平均反向散射強度變化規律分析方面，Jackson根據聲散射在不同角度下的自然特性，將海底反向散射強度隨入射角的變化劃分為三個區域，并解釋了每一個區域海底反向散射強度的主要貢獻量^[Jackson D R，Baird A M，Crisp J J，et al.High-frequency bottom backscattermeasurements in shallow water[J].J Acoustic Soc Am，1986(80)：1188-1199^]。基于Jackson的工作，Hughes Clarke等對實測的多波束海底反向散射強度數據進行了處理，提取平均反向散射強度隨入射角變化曲線上的顯著特征，以此估計海底的底質類型^[HughesClarke J E，Danforth B W，Valentine P.Areal seabed classification usingbackscatter angular response at 95kHz[C].Lerici Italy：Proceedings of SACLANTConference-High Frequency Acoustics in Shallow Water，1997^]。針對Hughes Clarke方法容差性差的問題，金紹華等提出了綜合描述反向散射強度隨入射角變化整體信息的參數擬合法^[金紹華，肖付民，邊剛，等.利用多波束反向散射強度角度響應曲線的底質特征參數提取算法[J].武漢大學學報(信息科學版)，2014，39(12)：1493-1498^]。在散射強度統計特性分析方面，主要采用基本統計量、分位數和直方圖、功率譜率、灰度共生矩陣和紋理分析等算法從聲納圖像上提取特征參數以描述海底底質類型變化。這兩種方法各有優缺點，第一種方法突出了平均反向散射強度隨入射角的變化信息，忽略了反向散射強度的統計特性；第二種方法反映了反向散射強度的統計特性，但沒有顧及與入射角的相關性。

發明內容

為了克服現有技術的不足，本發明公開了一種海底聲學底質的三維概率密度分類方法。

一種海底聲學底質的三維概率密度分類方法，利用概率密度極大值和反向散射強度的差值Δ(θ)統計信息作為海底底質類型劃分的依據，

Δ(θ)＝BS_max(θ)-BS_mean(θ) (6)

其中，θ為聲波到達海底的入射角，BS_max(θ)為θ角處概率密度極大值對應的反向散射強度值，BS_mean(θ)為θ角處反向散射強度均值。