顾及发射周期内姿态变化的多波束精密归位模型研究

摘要

波束归位是多波束测深数据后处理的重要步骤，直接影响最终的地形数据的准确性。在波束归位过程中，姿态改正是控制多波束测深数据质量的关键环节之一，正确地分析多波束换能器姿态的影响对提高多波束测深数据精度尤为重要。由于多波束换能器分为独立的发射阵和接收阵且声波在往返海底与换能器期间存在时间差，因此，除波束发射或接收时刻的姿态外，必定存在着波束传播过程中换能器的姿态变化。而现有研究成果大多将多波束收发换能器看做整体，认为波束发射与接收时刻换能器具有相同的姿态，并未顾及该过程中存在的姿态变化所产生的影响。对此，本文围绕换能器姿态展开研究，首先分析了波束收发时刻换能器姿态变化对测深结果产生的影响，然后在此基础上提出一种顾及发射周期内姿态变化的基于双曲线相交的波束归位模型。主要研究工作如下：　　（1）总结分析了波束归位过程涉及的参数以及两种常见的波束归位模型。通过深入研究多波束波束归位的相关流程，对过程中涉及的参数进行了详细的归纳整理，并进一步分析了目前较为常见的常规波束归位模型和虚拟同心阵（Virtual concentric array，VCCA）模型中测深点坐标的计算过程。　　（2）基于多波束测深原理、常规波束归位模型和VCCA模型，研究了多波束发射周期内换能器姿态变化对测深结果的影响。首先基于多波束测深原理分别分析了在波束发射和接收时刻换能器的各姿态角度对测深结果所产生的影响；然后使用常规波束归位模型以及VCCA模型计算波束脚印坐标，通过对比两种算法结果研究分析了单一横摇（纵摇、艏摇）变化以及综合姿态变化对测深结果的影响，并进一步对常规波束归位模型的适用性进行了分析。　　（3）提出一种基于双曲线相交的多波束测深波束归位算法。该算法基于VCCA模型，将发射和接收波束能量抽象为两个顶点相同的规则圆锥面，波束脚印则作为发射圆锥面和接收圆锥面与交点平面投影形成的两双曲线交点，并推导了双曲线参数定义与解算方法，通过求解相交双曲线方程来计算波束脚印坐标。实验分析选取实测浅水和中深水数据，利用常规波束归位算法、本文算法以及VCCA算法对数据进行处理，并对数据结果进行分析比对，从而验证算法有效性。

目录

声明

1 绪论

1.1 研究背景及意义（Research background and significance）

1.2 国内外研究现状（Research Actuality）

1.3 本文工作内容及组织结构（ Research Content and Organizational Structure）

2 背景知识

2.1 多波束系统组成及测深原理（Composition and sounding principle of multibeam echo sounder system）

2.2 多波束位置归位参数（Multibeam footprints reduction parameters）

2.3 多波束位置归位模型（Multibeam sounding footprints reduction models）

2.4 本章小结（Summary）

3 发射周期内姿态变化对测深的影响分析

3.1 波束发射时刻（Beam transmitting time）

3.2 波束接收时刻（Beam receiving time）

3.3 换能器姿态变化的影响分析（Influence of transducer attitude change）

3.4 本章小结（Summary）

4 基于同心双曲线相交的多波束测深归位算法

4.1 CHI 算法介绍（CHI algorithm introduction）

4.2 CHI 算法流程（CHI algorithm process）

4.3 CHI 算法实验验证分析（CHI algorithm experiment analysis）

4.4 本章小结（Summary）

5 总结与展望

5.1 总结（Conclusion）

5.2 展望（Prospect）

参考文献

作者简历

致谢

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