一种基于横摇稳定策略的多波束测深方法及系统技术方案

本发明专利技术提出了一种基于横摇稳定策略的多波束测深方法及系统，所述方法包含：步骤101）根据横摇稳定后的相控角β进行接收波束形成；步骤102）利用波束形成后的信号的幅相信息估计回波到达时间T0；步骤103）根据发射面方程和接收面方程确定回波到达时刻的合成波束指向角γ；步骤104）将合成波束指向角γ作为声线的初始入射角α0，利用回波时间T0进行声速修正和坐标归位。所述步骤101）进一步包含：步骤101-1）利用传感器记录系统工作期间接收阵列的相对姿态艏摇纵摇P，横摇R；步骤101-2）根据横摇角度R计算接收相控角βn＝θn+R，并根据计算得到的相控角进行时移波束形成。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术提出了一种基于横摇稳定策略的多波束测深方法及系统，所述方法包含：步骤101）根据横摇稳定后的相控角β进行接收波束形成；步骤102）利用波束形成后的信号的幅相信息估计回波到达时间T0；步骤103）根据发射面方程和接收面方程确定回波到达时刻的合成波束指向角γ；步骤104）将合成波束指向角γ作为声线的初始入射角α0，利用回波时间T0进行声速修正和坐标归位。所述步骤101）进一步包含：步骤101-1）利用传感器记录系统工作期间接收阵列的相对姿态艏摇纵摇P，横摇R；步骤101-2）根据横摇角度R计算接收相控角βn＝θn+R，并根据计算得到的相控角进行时移波束形成。【专利说明】 一种基于横摇稳定策略的多波束测深方法及系统
本专利技术属于海洋
，涉及一种基于横摇稳定策略的多波束测深方法及系统。
技术介绍
多波束测深技术是一种具有高效率、高精度和高分辨率的海底地形测量技术，其基本测深原理是给定接收波束方向，通过波束形成方法获得该方向的回波信号，经幅值法或分裂孔径相位过零法估计回波到达时间，最后利用时间和方向计算深度值和坐标定位。一种常规多波束声纳换能器阵形为水平T型阵，发射阵列沿龙骨方向安装于船正下方，接收阵列垂直于发射阵列。由于多波束系统是固定安装在船底，系统工作期间接收阵的姿态是随船体姿态不断变化的。 载体姿态的变化会直接影响接收指向角，进而影响了多波束测深系统的性能。各参考坐标系的定义见表1，接收载体指向角θ η为第η接收波束的方向矢量与载体坐标的负Z轴的夹角。接收航迹指向角Yn为第η接收波束的方向矢量与航迹坐标的负Z轴的夹角。第η接收波束的波束形成相控角βη为接收方向矢量与接收阵法向的夹角。以上指向角相对各自参考坐标系Z轴偏向左舷的为正，偏向右舷的角度为负。如果不考虑载体姿态，则相控角等于接收载体指向角，而接收航迹指向角会随载体姿态不断变化，即第η个接收波束不同时刻指向的方向是变化的。载体姿态变化剧烈时，接收航迹指向角可能会超出有效波束覆盖宽度，带来测深误差。 因此，多波束系统测深工作过程中必须进行载体姿态稳定。而由于阵列固定安装于船底，机械调整载体姿态的波束稳定方法不可行。此外，参考国外ΕΜ120技术手册有关载体姿态的内容，多波束系统通常采用调整接收波束形成的相控角进行姿态稳定，但目前并没有公开的具体算法。现有技术的接收波束姿态稳定根据实时姿态调整波束相控角，保持波束指向角Yn为固定值，但是由于姿态测量等因素并不能实现理想的波束稳定。
技术实现思路
本专利技术的目的在于，为克服上述姿态稳定方法的不完善导致的多波束测深技术中的诸多缺陷，本专利技术提供一种基于横摇稳定策略的多波束测深方法及系统。 为了实现上述目的，本专利技术提供了一种基于横摇稳定策略的多波束测深方法，所述方法包含: 步骤101)根据横摇稳定后的相控角β进行接收波束形成； 步骤102)利用波束形成后的信号的幅相信息估计回波到达时间Ttl ； 步骤103)根据发射面方程和接收面方程确定回波到达时刻的合成波束指向角 Y; 步骤104)将合成波束指向角Y作为声线的初始入射角α O，利用回波时间Ttl进行声速修正和坐标归位，进而完成深度探测。 上述步骤101)进一步包含: 步骤101-1)利用传感器记录系统工作期间接收阵列的相对姿态艏摇P，纵摇P，横摇R; 步骤101-2)根据横摇角度R计算接收相控角β n = Θ n+R,并根据计算得到的相控角进行时移波束形成。 上述步骤102)采用幅值质心法或分裂孔径相位过零点法判断回波到达时间I；。 上述步骤103)进一步包含: 步骤103-1)构造发射面方程的步骤，该步骤具休为: 发射不做相控时发射面为一平面，法向量为「，犮射面上任意向量X满足Χ.0-?) = 0； 步骤103-2)构造接收面方程的步骤，该步骤具体为: 接收线阵做相控波束形成后，接收主轴与接收阵法向的夹角等于相控角βη，接收面近似为以接收阵列横向单位矢量为旋转轴的锥面，锥顶角成，接收面上任一向量 【权利要求】1.一种基于横摇稳定策略的多波束测深方法，所述方法包含: 步骤101)根据横摇稳定后的相控角β进行接收波束形成； 步骤102)利用波束形成后的信号的幅相信息估计回波到达时间Ttl ； 步骤103)根据发射面方程和接收面方程确定回波到达时刻的合成波束指向角Y ；步骤104)将合成波束指向角Y作为声线的初始入射角Citl，利用回波时间Ttl进行声速修正和坐标归位，进而完成深度探测。2.根据权利要求1所述的基于横摇稳定策略的多波束测深方法，其特征在于，所述步骤101)进一步包含: 步骤101-1)利用传感器记录系统工作期间接收阵列的相对姿态艏fe Ψ纵摇P，横摇R； 步骤101-2)根据横摇角度R计算接收相控角β n = Θ n+R，并根据计算得到的相控角进行时移波束形成。3.根据权利要求1所述的基于横摇稳定策略的多波束测深方法，其特征在于，所述步骤102)采用幅值质心法或分裂孔径相位过零点法判断回波到达时间I；。4.根据权利要求1所述的基于横摇稳定策略的多波束测深方法，其特征在于，所述步骤103)进一步包含: 步骤103-1)构造发射面方程的步骤，该步骤具体为: 发射不做相控时发射面为一平面，法向量力 "发射面上任意向量X满足Χ.0-//) = 0 ； 步骤103-2)构造接收面方程的步骤，该步骤具体为: 接收线阵做相控波束形成后，接收主轴与接收阵法向的夹角等于相控角βη，接收面近似为以接收阵列横向单位矢量为旋转轴的锥面，锥顶角f-A，接收面上任一向量f满步骤103-3)合成波束指向角的单位方向矢量同时满足上述发射面方程和接收面方程，由方程组求解单位方向矢量:P = (，Vv, & )，合成波束指向角为单位方向矢量的仰角其中，〃 =(1，0..0)为载体坐标系下发射面法向量， 为载体坐标系到航迹坐标系的转换矩阵，与当前时刻的姿态有关，U = (0丄0)为载体坐标系下接收阵横轴单位矢量，f为合成波束的方向矢量，Yn为接收航迹指向角。5.根据权利要求1所述的基于横摇稳定策略的多波束测深方法，其特征在于，所述步骤104)进一步包含: 步骤104-1)将连续声速的垂直分布划分为多层等梯度的分层声速剖面(Ci，Zi)，第i层介质的声速梯度初始声线入射角cU= Yn(Ttl)，表面声速Cci,介质分层界面的入身寸角与声速满足snell定律步骤104-2)以a i角度入射的声线在第i层的垂直传播距离Hi = Zi+1-Zi，第i层传播时间,横向传播距离 Ri = R(sin a「sin a i+1)； 步骤104-3)累计传播时间Σ ti = T0时刻的水深Σ Hi和水平距离Σ Ri,确定该接收波束对应的测深点在航迹坐标系下的水平坐标表示。6.一种基于横摇稳定策略的多波束测深系统，所述系统包含: 波束形成模块，该模块根据横摇稳定后的相控角β进行接收波束形成； 到达时间估计模块，用于利用波束形成后的信号的幅相信息估计回波到达时间Ttl ； 合成波束指向角的模块，用于根据发射面方程和接收面方程确定回波到达时刻的合成波束指向角Y ; 声本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于横摇稳定策略的多波束测深方法，所述方法包含：步骤101）根据横摇稳定后的相控角β进行接收波束形成；步骤102）利用波束形成后的信号的幅相信息估计回波到达时间T0；步骤103）根据发射面方程和接收面方程确定回波到达时刻的合成波束指向角γ；步骤104）将合成波束指向角γ作为声线的初始入射角α0，利用回波时间T0进行声速修正和坐标归位，进而完成深度探测。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：刘治宇，刘晓东，陈若婷，刘小刚，董飞，
申请(专利权)人：中国科学院声学研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11