[發明專利]一種具備多條帶模式的深水多波束測深方法及系統

有效

• 申請號: 202110235846.3
• 申請日: 2021-03-03
• 公開（公告）號: CN113108778B
• 公開（公告）日: 2022-06-14
• 發明（設計）人: 王舒文;曹金亮;劉曉東;趙海肖;吳明明
• 申請（專利權）人: 中國科學院聲學研究所
• 主分類號: G01C21/16
• 分類號: G01C21/16;G01S15/89;G01S19/52
• 代理公司: 北京方安思達知識產權代理有限公司 11472
• 代理人: 楊青;李彪

1.一種具備多條帶模式的深水多波束測深方法，基于安裝在船底的換能器陣、慣性導航單元和GNSS接收機實現，所述換能器陣為T形陣，包括二維平面發射陣和一維平面接收陣；所述方法包括：

根據待發射的波束角寬、換能器陣的航行速度和測深條帶覆蓋寬度計算得到發射條帶數目；

根據設定的覆蓋模式，由發射條帶數目計算得到每個發射條帶的發射角度；

根據每個發射條帶的發射角度和垂直航行方向的發射角度確定發射波束方向矢量，再基于全姿態發射波束穩定算法，得到發射陣各發射基元的發射延時；

根據發射條帶數目和每個發射條帶設定的扇區數目，采用頻分復用和時分復用相結合的形式，發射陣按照發射條帶的每個扇區以設定頻率循環發射波束，并且每個發射基元根據發射延時按預定時間發射；

由接收陣接收定向發射波束；

通過濾波獲得各發射條帶各扇區對應的接收信號，進行接收橫搖穩定的波束形成，將各波束數據按條帶進行組合，按條帶循環進行測深、水體和側掃的計算，得到測深結果；

設船底的龍骨方向為X方向，垂直于龍骨方向為Y方向，所述二維平面發射陣的長軸沿龍骨方向安裝于船底，二維平面發射陣X和Y方向上的基元個數分別為M和N，基元間隔分別為d_x和d_y；

所述一維平面接收陣為均勻線陣，垂直于龍骨方向安裝于船底，接收陣的基元個數為K，基元間隔為d_k；

所述根據設定的覆蓋模式，由發射條帶數目計算得到每個發射條帶的發射角度；具體為：

所述設定的覆蓋模式包括固定角度覆蓋、等角覆蓋和等距覆蓋；

當覆蓋模式為固定角度覆蓋時，各個條帶的發射角度p為固定角度值；

當覆蓋模式為等角覆蓋時，根據水深D，換能器陣的航行速度v，雙側覆蓋寬度為n倍水深，發射條帶數目N，由下式得到等角覆蓋模式下各個條帶的發射角度p為：

當覆蓋模式為等距覆蓋時，由下式得到等距覆蓋模式下各個條帶的發射角度p為：

其中，t為一次發射和接收所需時間，

所述根據每個發射條帶的發射角度和垂直航行方向的發射角度確定發射波束方向矢量，再基于全姿態發射波束穩定算法，得到發射陣各發射基元的發射延時；具體為：

根據本地地理坐標系下各個發射條帶的發射角度p，設向前發射為正，垂直航行方向的發射角度為β，設向右舷發射為正，由下式得到本地地理坐標系下發射波束方向矢量為：

發射陣在載體坐標系下X和Y方向單位矢量分別為和X和Y方向上的基元個數分別為M和N，發射時刻船艏方向為H，船艏穩定方向為H′，艏搖α＝H-H′，縱傾P，橫搖R，則X方向上的相控角θ_x為：

Y方向上的相控角θ_y為：

其中，Γ′為坐標旋轉矩陣：

由下式得到發射基元P_m,n,1≤m≤M,1≤n≤N相對于參考點的延時τ_m,n為：

其中，c為聲速。