[發(fā)明專利]一種適應(yīng)于全海深的面陣三維成像聲吶點位歸算方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202310196222.4
• 申請日: 2023-03-03
• 公開（公告）號: CN115856898B
• 公開（公告）日: 2023-05-16
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 卜憲海;竇帥兵;陽凡林;石波;羅宇;馬躍;云天宇
• 申請（專利權(quán)）人: 山東科技大學(xué)
• 主分類號: G01S15/89
• 分類號: G01S15/89;G01S15/88;G01S15/06;G01S7/52
• 代理公司: 青島智地領(lǐng)創(chuàng)專利代理有限公司 37252
• 代理人: 王鳴鶴

1.一種適應(yīng)于全海深的面陣三維成像聲吶點位歸算方法，采用三維成像聲吶測量系統(tǒng)，三維成像聲吶測量系統(tǒng)包括水下測量成像部分和定位導(dǎo)航部分，所述水下測量成像部分采用固定在探測載體的面陣三維成像聲吶，隨探測載體運動，獲取探測目標(biāo)和海底地形的三維信息，所述定位導(dǎo)航部分結(jié)合水下定位設(shè)備和姿態(tài)測量設(shè)備，獲取水下載體的定位定姿以及航向信息；

其特征在于，一種適應(yīng)于全海深的面陣三維成像聲吶點位歸算方法包括：

步驟1：對三維成像聲吶測量系統(tǒng)進(jìn)行標(biāo)定，確定面陣三維成像聲吶、水下定位設(shè)備和姿態(tài)測量設(shè)備之間在載體上的空間相對位置與角度關(guān)系；

步驟2：建立聲吶換能器坐標(biāo)系O_t-XYZ，基于波束導(dǎo)向原理，在接收面陣橫縱兩方向構(gòu)建圓錐面波束能量幾何分布模型，兩方向圓錐面相交方向即為聲吶換能器坐標(biāo)系下波束入射向量方向，所述面陣橫縱兩方向具體為垂直航向X方向和沿航向Y方向；

步驟3：以單位長波束入射向量為基準(zhǔn)，以XO_tY面作為平行換能器接收陣列面，構(gòu)建XO_tY面的投影面，波束探測點為橫向波束圓錐面與縱向波束圓錐面在投影面形成的兩雙曲線交點，根據(jù)橫向波束導(dǎo)向角和縱向波束導(dǎo)向角計算得到雙曲線參數(shù)；

步驟4：利用高斯牛頓或牛頓迭代法求解兩雙曲線方程，得到單位入射向量在換能器坐標(biāo)系下坐標(biāo)(x_t，y_t，z_t)；

步驟5：根據(jù)聲吶換能器安裝偏差角和瞬時姿態(tài)角，計算三維空間下單位入射向量方向，基于入射向量，利用測量的聲速信息進(jìn)行聲線跟蹤，得到聲吶當(dāng)?shù)厮阶鴺?biāo)系下測點坐標(biāo)(X_s，Y_s，Z_s)；

步驟6：根據(jù)水下定位設(shè)備記錄的載體定位信息和步驟1得到的各個設(shè)備間相對位置關(guān)系，計算地理坐標(biāo)系下測點坐標(biāo)(X_{ECEF_S}，Y_{ECEF_S}，Z_{ECEF_S})。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種適應(yīng)于全海深的面陣三維成像聲吶點位歸算方法，其特征在于，步驟3包括：步驟3.1：橫向波束接收能量在XO_tY面的投影面形成的雙曲線為橫向雙曲線f_across(x，y)，縱向波束接收能量在XO_tY面的投影面形成的雙曲線為縱向雙曲線f_along(x，y)；

步驟3.2：f_across(x，y)的參數(shù)為：，b₁=1，f_along(x，y)參數(shù)為，b₂=1；

f_across(x，y)雙曲線方程為：?(1)；

f_along(x，y)雙曲線方程為：?(2)；

其中，e₁和e₂為未知量，e₁的物理意義為描述波束向量在橫向波束圓錐面上的方位，e₂的物理意義為描述波束向量在縱向波束圓錐面上的方位。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種適應(yīng)于全海深的面陣三維成像聲吶點位歸算方法，其特征在于，步驟4包括：步驟4.1：根據(jù)步驟3中的兩個雙曲線方程，聯(lián)立（1）和（2）構(gòu)建相交雙曲線方程，具體為：

?(3)；

步驟4.2：利用高斯牛頓或牛頓迭代法求解(3)，得到換能器坐標(biāo)系下坐標(biāo)(x_t，y_t，z_t)。