[發(fā)明專利]一種機載激光測深破碎風浪海面模型構(gòu)建方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110332906.3
• 申請日: 2021-03-29
• 公開（公告）號: CN113156393B
• 公開（公告）日: 2022-05-27
• 發(fā)明（設計）人: 楊安秀;吳自銀;陽凡林;宿殿鵬;馬躍;王賢昆;亓超;郭亞棟
• 申請（專利權(quán)）人: 山東科技大學
• 主分類號: G01S7/48
• 分類號: G01S7/48;G06F30/20;G06F17/15
• 代理公司: 青島智地領創(chuàng)專利代理有限公司 37252
• 代理人: 種艷麗

本發(fā)明公開了一種機載激光測深破碎風浪海面模型構(gòu)建方法，屬于海洋測繪技術(shù)領域，其首先基于海浪譜原理構(gòu)建初始海浪譜海面模型；然后利用質(zhì)點?彈簧模型布料模擬方法提取擬合海面的破碎波峰面；最后將提取出的破碎波峰面利用破碎波浪海面起伏理論模型擬合出破碎波峰海面模型，并將海浪譜海面模型和破碎波峰海面模型融合為完整、真實的瞬時三維破碎風浪海面模型。本發(fā)明通過這種方法，實現(xiàn)了瞬時三維破碎風浪海面模型的構(gòu)建，該方法對于機載激光測深海面折射改正、海面異常點檢測及提高測深精度均具有重要的數(shù)據(jù)支撐作用。

技術(shù)領域

本發(fā)明屬于海洋測繪技術(shù)領域，具體涉及一種機載激光測深破碎風浪海面模型構(gòu)建方法。

背景技術(shù)

機載激光測深系統(tǒng)具有測量精度高、測點密度高，工作效率高、機動性強、測量連續(xù)性等特點，特別適合于淺水區(qū)、海島礁附近區(qū)域等復雜地形的快速探測，可以實現(xiàn)海岸線水上水下地形的無縫拼接。對于滿足海洋、測繪、水利、交通、外交、海軍等多方面的迫切需求，具有重要意義。機載激光測深系統(tǒng)采用水體穿透能力較強的532nm藍綠激光作為海底探測手段，當藍綠激光到達海面時，一部分激光束沿原路徑反射，另一部分激光束則穿透海面進入水體。通過獲得海面與海底反射激光到達接收器的時間差，加以各項改正(系統(tǒng)校準、姿態(tài)改正、折射改正和潮位改正等)即可計算出海底激光點的三維坐標。機載激光測深海面擬合模型的研究對于機載激光測深海面折射改正、海面異常點檢測及提高測深精度均具有重要的數(shù)據(jù)支撐作用。

當前主流的海面擬合方法多是采用比較經(jīng)典的海浪譜模型，對于包含破碎風浪的海面，沒有將破碎風浪海面與平靜海面進行區(qū)分，而是采用相同的海浪譜模型進行統(tǒng)一擬合，由此會影響破碎風浪海面擬合的真實性，因此有必要針對這種問題，提出一種機載激光測深破碎風浪海面模型構(gòu)建方法，以實現(xiàn)對機載激光測深破碎風浪海面的準確表達。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述技術(shù)問題，本發(fā)明提出了一種機載激光測深破碎風浪海面模型構(gòu)建方法，設計合理，解決了現(xiàn)有技術(shù)不能充分表達海面模型中的破碎風浪狀態(tài)，該海面擬合模型方法能夠更真實地反映包含破碎風浪的實際海面分布情況，對于機載激光測深海面折射改正、海面異常點檢測及提高測深精度均具有重要的數(shù)據(jù)支撐作用。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種機載激光測深破碎風浪海面模型構(gòu)建方法，包括以下步驟：

步驟1：利用海浪頻譜和海浪方向譜構(gòu)建基于海浪譜的初始三維海面模型；

步驟2：基于構(gòu)建的海浪譜三維海面模型，利用質(zhì)點-彈簧模型的布料模擬方法提取擬合海面的破碎波峰面；

步驟3：采用破碎風浪海面起伏理論模型對提取的破碎波峰面進行擬合，并將其與海浪譜擬合海面融合，形成完整、真實的瞬時三維破碎風浪海面模型。

優(yōu)選地，在步驟1中，海浪譜海面模型的擬合方法如下：

步驟1.1：為充分表現(xiàn)破碎波浪的海面，選擇JONSWAP譜進行初始海面擬合，JONSWAP譜的表達形式如公式(1)所示：

其中，S(ω)為海面的功率譜密度(power spectral density，PSD)；ω為角頻率；α為無因次常數(shù)，α＝0.0076(gX/U²)^-0.22(X為風區(qū)長度，U為海面風速)；g為重力加速度；ω_p為譜峰頻率，ω_p＝22(g/U)(gX/U²)^-0.33；γ為譜峰增強因子，平均值為3.3；σ為峰形參數(shù)，當ω≤ω_p時，σ＝0.07；當ωω_p時，σ＝0.09；