一种二维扫描图像声呐距底高度快速、简易探测方法技术

本发明专利技术提供了一种二维扫描图像声呐距底高度快速、简易探测方法，实时计算声呐探头中心处的地理坐标，采集待测床表的二维扫描声呐图像，计算出站心平距和移动后一站相对于移动前一站的航迹方位角；在相邻测站扫描图像的公共区域选择若干共视目标，计算各共视目标相对于其图像中心的坐标方位角及斜距，按勾股定理求得声呐探头距底高度，进而得到最终的声呐探头距底高度，对上一测站的图像进行斜距改正，以消除近场的倾斜畸变。本发明专利技术的有益效果是：当相邻测站范围不大，局部地形变化缓慢时，探测的声呐距底高度更加准确、可靠；可实现自动化处理。本方法具有更高的计算精度，且成本更低，方法更加简单和高效。方法更加简单和高效。方法更加简单和高效。

【技术实现步骤摘要】
一种二维扫描图像声呐距底高度快速、简易探测方法


[0001]本专利技术涉及水下声呐测图方法和图像几何畸变处理领域，具体涉及二维扫描图像声呐的距底高度的确定方法，尤其涉及一种二维扫描图像声呐距底高度快速、简易探测方法。

技术介绍

[0002]二维扫描声呐在垂面内发射具有一定开角的波束，按等时间间隔记录回波，并通过云台旋转实现一定半径范围内床表目标的探测。其回波按极坐标方式形成扇形或圆形扫描图像，图像目标沿半径方向上至中心的距离为斜距，因此声呐图像存在倾斜畸变，如图1所示，造成目标形状尺寸和坐标量取产生误差，越靠近中心的近场目标畸变越明显。
[0003]消除倾斜畸变的常规方法是对二维扫描图像进行斜距改正，即根据声呐探头距离床表的高度将各回波的斜距转化为平距。为了确定声呐探头距离床表的高度，一般在回波图像上量取水体弱回波区域的径向宽度，近似代替声呐探头的距底高度，这种方法的使用前提是二维扫描声呐发射波束不存在盲区角，发射波束角的近场边界落在声呐探头的天底区域，此时水体区域的径向宽度与声呐探头的距底高度近似相等。当二维扫描声呐发射波束存在明显盲区角时，这种方法确定的声呐探头高度与实际偏差较大，难以消除图像上的倾斜畸变。
[0004]其次，声呐探头的距底高度还可借助外源测深数据确定，即根据实测水深减声呐探头的吃水深度得到。这种方法需要作业过程中配套测深装备，同时还需要量测探头的吃水深度。因此，这种方法除了增加测量设备成本外，也会造成作业方法复杂度增加。

技术实现思路

[0005]为了解决上述问题，本专利技术提供了一种二维扫描图像声呐距底高度快速、简易探测方法，基于载体平台实现，所述载体平台上固定安装二维扫描图像声呐和配套定位、测姿及测向传感器装置，主要包括以下步骤：
[0006]S1：二维扫描图像声呐位于待测床表上方，在待测床表上方布设有若干测站，当二维扫描图像声呐处于任一测站时，实时计算声呐探头中心处的地理坐标，并根据声呐探头采集待测床表的二维扫描声呐图像；
[0007]S2：当完成某一测站O1的二维扫描声呐图像的测量任务后，载体平台沿设计作业面移动一定距离，到达下一测站O2，根据两个测站中心的地理坐标，计算出站心平距和移动后一站O2相对于移动前一站O1的航迹方位角α
O1O2
；
[0008]S3：在相邻测站扫描图像的公共区域选择若干组共视目标，分别量取各共视目标在两幅图像上的像素坐标，计算各共视目标相对于图像中心的坐标方位角α
O1A
，并根据成图像素分辨尺寸计算各组共视目标相对于其各自图像中心的斜距L1和L2；
[0009]S4：根据上述步骤得到的L1、L2、α
O1A
及α
O1O2
，按勾股定理求得声呐探头距待
测床表底部的高度，即求得声呐探头距底高度；
[0010]S5：根据步骤S4得到的各组共视目标的声呐探头距底高度，得到最终的声呐探头距底高度，进而根据最终的声呐探头距底高度对上一测站的图像进行斜距改正，以消除近场的倾斜畸变。
[0011]进一步地，采用船体坐标系的方式来实时计算声呐探头中心处的地理坐标。
[0012]进一步地，采集的二维扫描声呐图像极坐标编码时，各扫描线以北方向为基准。
[0013]进一步地，载体平台沿设计作业面移动一定距离时，不超过单测站径向覆盖范围的50％。
[0014]进一步地，两个测站中心的地理坐标，即声呐探头位于每个测站时声呐中心处的地理坐标。
[0015]进一步地，在相邻测站扫描图像的公共区域均匀选择3～5组共视目标。
[0016]进一步地，对各组共视目标求得的声呐探头距底高度加和求平均值，所得到的即为最终的声呐探头距底高度。
[0017]本专利技术提供的技术方案带来的有益效果是：合理利用了相邻测站间声呐探头与共视目标之间的空间几何关系，当相邻测站范围不大，局部地形变化缓慢时，探测的声呐距底高度更加准确、可靠；探测原理具有严密的数学计算模型，可实现自动化处理。相较于直接使用水体区域径向宽度代替声呐高度办法，本方法具有更高的计算精度；相较于使用外源水深数据减声呐吃水的办法，本方法的成本更低，方法更加简单和高效。
附图说明
[0018]下面将结合附图及实施例对本专利技术作进一步说明，附图中：
[0019]图1是本专利技术实施例中二维扫描图像声呐倾斜畸变产生机理的示意图；
[0020]图2是本专利技术实施例中一种二维扫描图像声呐距底高度快速、简易探测方法的流程图；
[0021]图3是本专利技术实施例中沿航迹线上共视目标与相邻测站声呐探头之间的三角关系图；
[0022]图4是本专利技术实施例中非航迹线上共视目标与相邻测站声呐探头之间的空间关系图；
[0023]图5是本专利技术实施例中二维扫描声呐相邻测站实测原始回波图像的示意图；
[0024]图6是本专利技术实施例中根据估算声呐探头高度进行斜距改正和重新编码处理后的效果图。
[0025]图1中标号说明如下：
[0026]1‑
声呐探头，2
‑
波束开角，3
‑
盲区角，4
‑
待测床表，5
‑
床表波束辐射范围，6
‑
床表真实尺寸d，7
‑
盲区，8
‑
图像，9
‑
床表回波图像范围，10
‑
目标图像上径向尺寸D，11
‑
盲区及水体区域，12
‑
最大成像斜距。
具体实施方式
[0027]为了对本专利技术的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本专利技术的具体实施方式。
[0028]本专利技术的实施例提供了一种二维扫描图像声呐距底高度快速、简易探测方法。基于载体平台实现，所述载体平台上固定安装二维扫描图像声呐和配套定位、测姿及测向传感器装置等。
[0029]请参考图2，图2是本专利技术实施例中一种二维扫描图像声呐距底高度快速、简易探测方法的流程图，利用小范围内床表地形变化不大的特点，根据多站二维扫描声呐图像上的共视目标开展声呐探头距底高度的探测，该探测方法巧妙的利用了多站声呐探头及共视目标之间的空间三角关系，进而求出声呐探头相对于待测床表的高度。为了实现上述目的，主要采用以下原理和步骤：
[0030]1)声呐探头距底高度探测原理
[0031]距底高度是二维扫描图像声呐倾斜畸变改正的关键参数，二维扫描图像声呐采用静态扫描作业模式采集图像，扫描过程中声呐探头中心位置基本固定，可以由载体平台GNSS定位数据按船体坐标系实时计算得到，因此相邻测站声呐探头的水平距离可求。图3给出了相邻测站扫描成图时，处于声呐探头移动航迹线上的目标A与两个声呐探头之间的斜距关系，图中两站声呐探头中心实测地理位置分别为O1(x1,y1)和O2(x2,y2)，根据两测站获得的扫描图像，分别从图上量取目标A至图像中心的径向距离L1和本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种二维扫描图像声呐距底高度快速、简易探测方法，基于载体平台实现，所述载体平台上固定安装二维扫描图像声呐和配套定位、测姿及测向传感器装置，其特征在于：包括以下步骤：S1：二维扫描图像声呐位于待测床表上方，在待测床表上方布设有若干测站，当二维扫描图像声呐处于任一测站时，实时计算声呐探头中心处的地理坐标，并根据声呐探头采集待测床表的二维扫描声呐图像；S2：当完成某一测站O1的二维扫描声呐图像的测量任务后，载体平台沿设计作业面移动一定距离，到达下一测站O2，根据两个测站中心的地理坐标，计算出站心平距和移动后一站O2相对于移动前一站O1的航迹方位角α
O1O2
；S3：在相邻测站扫描图像的公共区域选择若干组共视目标，分别量取各共视目标在两幅图像上的像素坐标，计算各共视目标相对于图像中心的坐标方位角α
O1A
，并根据成图像素分辨尺寸计算各组共视目标相对于其各自图像中心的斜距L1和L2；S4：根据上述步骤得到的L1、L2、α
O1A
及α
O1O2
，按勾股定理求得声呐探头距待测床表底部的高度，即求得声呐探头距底高度；S5：根据步骤S4得到的各组共视目标的声呐探头距底高度，得...

【专利技术属性】
技术研发人员：马一，谢红，田栋，连磊，胡青也，王元骏，翁立，杨明，夏涛，查文富，段文杰，程智慧，
申请(专利权)人：武汉长江航道救助打捞局，
类型：发明
国别省市：