多波束测深自适应声速改正模型和方法研究

摘要

多波束测深系统作为当代海洋测绘中的一项高新技术产品，其全海深、高精度、高度集成化等特点，已被广泛应用到海底地形地貌测绘领域。多波束测深系统通过两组指向性正交的发射、接收换能器阵获取垂直于测船航向分布的窄波束测点，根据各波束声信号旅行时及对应声速剖面(Sound Velocity Profile，SVP)计算出每个测点的垂向深度及侧向水平距离。由于海水介质不均匀性导致声波信号在海水中传播速度、方向不断变化，声波在介质物理特性不同处发生折射改变声线轨迹，其声速变化率决定了声线弯曲的程度，因此在声线跟踪过程中声速剖面的准确度、精简度直接影响到水深点归算的精度、可靠性及运算效率。通常大部分多波束作业项目测区范围较广，即使是同一测区同一时段的声速剖面也不尽相同，故合理的等效声速剖面构建及自适应声速改正方法的研究显得尤为重要。　　本文在空间三维声速场及等效声速剖面构建的基础上，探讨了多波束声速改正方法，提出了一套自适应多波束精确声速改正模型和方法，实现了一定程度上多波束测深数据声速改正的自适应精简处理，提高了数据后处理的精度与可靠性。本模型利用测区内若干实测声速剖面基于经验正交函数(EOF)构建空间三维声速场，按照一定距离间隔加密测区范围内声速剖面数据。为降低大量声速剖面数据造成的计算冗余，基于DouglasPeucker算法对各代表声速剖面进行自适应等效重构，并依据相邻测深条带重叠区域水深值误差调整声速节点，最大程度削弱声速剖面误差对声速改正的影响。为进一步提高波束测点归位运算效率，利用查找表(LUT)方法代替声线跟踪算法快速计算水深点的位置及水深。通过实例验证表明，本模型方法兼顾有高精度、高效率和自适应的特点。

目录

声明

1 绪 论

1.1研究背景及意义

1.2国内外研究现状

1.3本文研究内容及组织结构

2 多波束测深基础理论

2.1 多波束测深系统

2.1.1 系统组成

2.1.2 工作原理

2.2声速变化对多波束测深影响

2.2.1 声线折射

2.2.2 声速误差对测深精度影响

2.3多波束声线跟踪

2.3.1 平均声速法

2.3.2 常声速声线跟踪法

2.3.3 常梯度声线跟踪法

2.3.4 等效声速剖面法

2.4 本章小结

3 空间三维声速场模型构建

3.1声速剖面标准化

3.2基于经验正交函数的三维声速场构建

3.3实验与分析

3.4 本章小结

4 自适应等效声速剖面构建

4.1Douglas Peucker算法原理

4.2自适应等效声速剖面构建算法

4.3实验与分析

4.4 本章小结

5 基于等效声速剖面与LUT方法的自适应声速改正

5.1基于查找表（LUT）的测点快速归位算法

5.2自适应声速改正模型与数据处理

5.3实验与分析

5.4 本章小结

6 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

参考文献

作者简历

致谢

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