[發(fā)明專利]多波束測(cè)深誤差改進(jìn)模型設(shè)計(jì)方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110223610.8
• 申請(qǐng)日: 2021-03-01
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN113093159A
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-07-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 金紹華;李凡;邊剛;章寧;肖付民
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)人民解放軍海軍大連艦艇學(xué)院
• 主分類號(hào): G01S7/52
• 分類號(hào): G01S7/52;G01S15/42;G01S15/88;G06F17/16
• 代理公司: 大連理工大學(xué)專利中心 21200
• 代理人: 梅洪玉

多波束測(cè)深誤差改進(jìn)模型設(shè)計(jì)方法，屬于多波束測(cè)量數(shù)據(jù)精度評(píng)估方法研究領(lǐng)域。本發(fā)明主要針對(duì)多波束測(cè)深系統(tǒng)改進(jìn)誤差模型，基于精確波束入射角度推導(dǎo)，以常梯度聲線跟蹤模型為基礎(chǔ)，結(jié)合Rob Hare經(jīng)典誤差分類，推導(dǎo)了顧及回波檢測(cè)方式、吃水改正和升沉改正誤差綜合影響的改進(jìn)誤差模型，有助于發(fā)現(xiàn)查找問(wèn)題和剝離誤差源,更準(zhǔn)確的分析各誤差源導(dǎo)致的誤差量級(jí)大小，研究成果對(duì)數(shù)據(jù)質(zhì)量控制、數(shù)據(jù)檢核提供理論依據(jù)和技術(shù)支撐。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于多波束測(cè)量數(shù)據(jù)精度評(píng)估方法研究領(lǐng)域，尤其涉及多波束傳 播不確定度(TPU)計(jì)算的方法。

背景技術(shù)

多波束測(cè)深系統(tǒng)(multi-beam echo sounder,MBES)作為海底地形測(cè)量的主 要技術(shù)手段，其測(cè)量數(shù)據(jù)的誤差分析與評(píng)估是重要內(nèi)容。多波束測(cè)深系統(tǒng)測(cè)量 誤差由多種誤差引起，按方向可分為測(cè)點(diǎn)平面位置誤差和深度誤差。其中深度 誤差中包括：測(cè)船吃水、升沉改正和水位改正引起的全條帶型誤差，和回波時(shí) 間(TOA)和回波角度(DOA)相關(guān)測(cè)量誤差引起的單個(gè)波束型誤差；平面位置誤差 中包括：由水平定位誤差和動(dòng)態(tài)偏心改正誤差等引起的全條帶型誤差，和回波 時(shí)間(TOA)和回波角度(DOA)相關(guān)測(cè)量誤差引起的單個(gè)波束型誤差。因此，國(guó)內(nèi) 外學(xué)者先后探討了其誤差影響規(guī)律及大小，相繼提出了相應(yīng)的改正方法和模型， 在一定程度上提高了數(shù)據(jù)的精度和可靠性。但均對(duì)誤差源存在一定程度的近似和簡(jiǎn)化計(jì)算，為了更加準(zhǔn)確的評(píng)價(jià)多波束測(cè)量數(shù)據(jù)質(zhì)量，并對(duì)現(xiàn)階段多波束測(cè) 深系統(tǒng)各誤差源影響進(jìn)行系統(tǒng)區(qū)分，本發(fā)明綜合考慮各項(xiàng)因素對(duì)多波束測(cè)深的 影響，以Rob Hare經(jīng)典誤差模型為基礎(chǔ)，嘗試通過(guò)精確計(jì)算橫縱搖影響下波束 入射角、不同回波檢測(cè)方式導(dǎo)致的誤差，考慮升沉和吃水改正中存在誤差的系 統(tǒng)性影響，應(yīng)用常梯度聲線跟蹤算法計(jì)算總傳播誤差，建立多波束誤差改進(jìn)模 型。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明主要針對(duì)多波束測(cè)深系統(tǒng)改進(jìn)誤差模型，基于精確波束入射角度推 導(dǎo)，以常梯度聲線跟蹤模型為基礎(chǔ)，結(jié)合Rob Hare經(jīng)典誤差分類，推導(dǎo)了顧及 回波檢測(cè)方式、吃水改正和升沉改正誤差綜合影響的改進(jìn)誤差模型，有助于發(fā) 現(xiàn)查找問(wèn)題和剝離誤差源,更準(zhǔn)確的分析各誤差源導(dǎo)致的誤差量級(jí)大小，研究成 果對(duì)數(shù)據(jù)質(zhì)量控制、數(shù)據(jù)檢核提供理論依據(jù)和技術(shù)支撐。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案為：

多波束測(cè)深誤差改進(jìn)模型設(shè)計(jì)方法，步驟如下：

第一步，計(jì)算測(cè)點(diǎn)歸位

首先，建立以接收換能器幾何中心為坐標(biāo)系原點(diǎn)的船體坐標(biāo)系O→(X,Y,Z)和當(dāng)?shù)厮阶鴺?biāo)系LLS：O→(X_LL,Y_LL,Z)，在船體坐標(biāo)系O→(X,Y,Z)中，O點(diǎn)為船重心，X 軸船艏為正，Y軸左舷方向?yàn)檎琙軸垂直向上；令當(dāng)?shù)仄矫孀鴺?biāo)系LLS的原點(diǎn) 與船體坐標(biāo)系一致，X_LL軸指向東，Y_LL指向北，Z軸垂直于OX_LLY_LL平面向上，當(dāng) 地平面坐標(biāo)系不隨船體的運(yùn)動(dòng)而改變；設(shè)波束指向角，即波束方向與換能器平 面垂向夾角為θ₀，r為θ₀方向上測(cè)得的斜距。姿態(tài)測(cè)量橫搖角度為R，左舷向上 時(shí)R為正；縱搖角度為P，船艏向上時(shí)P為正；航向角度為A，航向A與艏搖正 方向相同；在船體坐標(biāo)系下，測(cè)深點(diǎn)q的坐標(biāo)(x_q,y_q,z_q)，在當(dāng)?shù)厮阶鴺?biāo)系LLS下，經(jīng)動(dòng)態(tài)偏心改正(ΔX_at,ΔY_at,ΔZ_at)，設(shè)定位設(shè)備中心在船體坐標(biāo)系中的坐標(biāo)為 (x_a,y_a,z_a)，用R表示坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)矩陣，則測(cè)深點(diǎn)q在船體坐標(biāo)系中的坐標(biāo)(x_lq,y_lq,z_lq)表 示為：

然后，采用常梯度聲線跟蹤模型根據(jù)波束的指向角和往返傳播時(shí)間，逐層 跟蹤測(cè)深點(diǎn)相對(duì)換能器中心的水平距離和水深，得到測(cè)點(diǎn)位置，具體如下：