本文關(guān)鍵詞：測深側(cè)掃聲納關(guān)鍵技術(shù)研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：隨著對海洋資源的開發(fā)和利用，水下聲學(xué)探測成為當(dāng)前很熱門的課題，而海底地形地貌探測更是開發(fā)海洋的第一步，其重要性不言而喻。目前探測海底地形地貌主要有兩種重要儀器：側(cè)掃聲納和多波束測深聲納(合成孔徑聲納由側(cè)掃聲納衍生而來，本質(zhì)上也可看作是側(cè)掃聲納的一種)，它們都有各自的優(yōu)勢。側(cè)掃聲納橫向分辨率高，主要用于探測海底地貌；多波束測深聲納能精確測量海底深度，形成直觀的三維地形圖，主要用于探測海底地形。為了把這兩種探測聲納的優(yōu)點結(jié)合起來形成一種既具側(cè)掃功能，又具測深功能的聲納，英國學(xué)者Denbigh于1977年首次正式提出測深側(cè)掃聲納系統(tǒng)原理和結(jié)構(gòu)，它從側(cè)掃聲納的基礎(chǔ)上發(fā)展而來，因而完全具有側(cè)掃聲納的所有優(yōu)點；結(jié)構(gòu)上主要是增加了若干條平行于發(fā)射陣元的接收陣元來接收海底回波信號，然后利用不同接收陣元間的相位信息來估計海底瞬時回波方位，從而計算出海底深度，因而它又可以像多波束聲納一樣，具有條帶測深的功能。和多波束測深聲納相比，測深側(cè)掃聲納的測深探測點可以更多，且與側(cè)掃探測點的位置基本保持一致，這就使得兩者之間的數(shù)據(jù)融合變得更加容易。不過需要指出的是，它也有自身的缺點：測深精度受到其本身結(jié)構(gòu)的限制，，實現(xiàn)高精度測深一直是一個難點。 圍繞測深側(cè)掃聲納的某些關(guān)鍵技術(shù)，論文展開了一系列的研究工作，主要內(nèi)容如下： 1）研究了海底反向散射理論，總結(jié)了海底反向散射的一般規(guī)律，介紹了Jackson散射模型來定量描述海底反向散射強(qiáng)度，并結(jié)合海試實驗數(shù)據(jù)驗證了Jackson散射模型的正確性。 2）詳細(xì)介紹了側(cè)掃成圖原理和測深成圖原理，結(jié)合測深側(cè)掃聲納接收陣元數(shù)少和進(jìn)行方位估計時可用數(shù)據(jù)快拍數(shù)少這兩個特點，著重研究了三種可行的測深算法——差分相位法、子陣空間擬合法和基于Prony原理算法，并討論了這些算法的性能和適用范圍。 3）圍繞測深側(cè)掃聲納的可行性問題，詳細(xì)分析了測深側(cè)掃聲納的一些性能指標(biāo)參數(shù)；對測深誤差和測深精度評估，從理論上進(jìn)行了分析和研究，這在實際測深中也具有相當(dāng)重要的意義。 4）針對測深側(cè)掃聲納信號處理作了大量的仿真工作，從接收海底回波信號的仿真，到側(cè)掃聲圖的仿真，再到用這三種測深算法對不同的二維海底地形進(jìn)行測深的仿真，最后到對三維海底地形測深的仿真。通過這些仿真研究，論證了測深側(cè)掃原理的正確性，也為后面實際數(shù)據(jù)的信號處理指明了方向。 5）對實際實驗數(shù)據(jù)進(jìn)行了詳細(xì)的分析和處理，在側(cè)掃成圖問題上，針對測深側(cè)掃聲納具有多條接收陣元這一特點，提出了將多陣元加權(quán)處理得到的側(cè)掃聲圖與單陣元處理得到的側(cè)掃聲圖進(jìn)行融合，消除了某些二次反射重影，提高了側(cè)掃聲圖質(zhì)量。分析聲速剖面修正前后的深度估計結(jié)果，說明聲速剖面是影響測深誤差的重要因素。用三種不同算法處理了單Ping的海底回波數(shù)據(jù)，得到海底深度估計結(jié)果，并對測深結(jié)果作了分析比較。通過基于Prony原理算法對實際數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，得到與側(cè)掃聲圖相對應(yīng)的測深聲圖，分析指出兩種聲圖中反映出的地形地貌特征是相吻合的，并且相互補(bǔ)充。最后用Caris軟件對處理后的數(shù)據(jù)進(jìn)行成圖和鑲嵌融合處理，將這些測深側(cè)掃圖進(jìn)行地理坐標(biāo)位置修正，得到更加直觀和精準(zhǔn)的側(cè)掃聲圖和測深聲圖。
【關(guān)鍵詞】：測深側(cè)掃聲納 Jackson散射模型 增益控制 Prony原理 條帶拼接 鑲嵌融合
【學(xué)位授予單位】：中國艦船研究院
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：U666.7
【目錄】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-11
• 第一章 緒論11-19
• 1.1 研究背景和意義11-12
• 1.2 國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀及趨勢12-17
• 1.2.1 側(cè)掃和測深技術(shù)的發(fā)展歷史12-15
• 1.2.2 國內(nèi)外測深側(cè)掃聲納發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢15-17
• 1.3 論文主要研究內(nèi)容及結(jié)構(gòu)安排17-19
• 第二章 海底反向散射理論和測深側(cè)掃原理介紹19-44
• 2.1 海底反向散射19-24
• 2.1.1 海底反向聲散射總體規(guī)律19-20
• 2.1.2 一種海底反向散射計算模型20-24
• 2.2 側(cè)掃聲圖成像原理24-30
• 2.2.1 測深側(cè)掃聲納基本結(jié)構(gòu)24-25
• 2.2.2 側(cè)掃成圖原理25-30
• 2.2.2.1 側(cè)掃回波形式25-26
• 2.2.2.2 側(cè)掃回波增益控制26-28
• 2.2.2.3 側(cè)掃條帶拼接成圖28-30
• 2.3 測深原理與算法30-43
• 2.3.1 測深原理介紹30-33
• 2.3.1.1 側(cè)掃聲圖中測深的局限性30-31
• 2.3.1.2 條帶測深基本原理31-33
• 2.3.2 三種測深算法研究33-41
• 2.3.2.1 差分相位算法33-34
• 2.3.2.3 子陣空間擬合算法34-36
• 2.3.2.4 基于 Prony 原理算法36-38
• 2.3.2.5 算法小結(jié)38-41
• 2.3.3 寬帶信號處理方法41-43
• 2.4 本章小結(jié)43-44
• 第三章 測深側(cè)掃聲納性能指標(biāo)和測深誤差分析44-58
• 3.1 測深側(cè)掃聲納若干指標(biāo)參數(shù)分析44-47
• 3.1.1 聲納高程、航速和側(cè)掃分辨率44
• 3.1.2 發(fā)射信號分析44-45
• 3.1.3 聲納方程參數(shù)分析45-47
• 3.2 測深誤差分析47-53
• 3.2.1 姿態(tài)測量引起的測深誤差修正48-49
• 3.2.2 安裝偏差引起的測深誤差修正49-52
• 3.2.3 聲速剖面引起的測深誤差修正52-53
• 3.3 測深精度評估53-56
• 3.3.1 國際海道測量標(biāo)準(zhǔn)53-55
• 3.3.2 測量數(shù)據(jù)的測深精度評估55-56
• 3.4 本章小結(jié)56-58
• 第四章 測深側(cè)掃聲納信號處理仿真研究58-72
• 4.1 側(cè)掃回波信號仿真58-61
• 4.2 側(cè)掃聲圖成像仿真61-62
• 4.3 二維地形測深仿真研究62-68
• 4.3.1 平坦海底測深仿真62-65
• 4.3.2 陡峭海底測深仿真65-66
• 4.3.3 存在海面反射的海底測深仿真66-68
• 4.4 海底小目標(biāo)高度檢測分析68-69
• 4.5 三維地形測深仿真研究69-70
• 4.6 本章小結(jié)70-72
• 第五章 實驗數(shù)據(jù)分析處理72-95
• 5.1 傳感器數(shù)據(jù)和陣元數(shù)據(jù)預(yù)處理73-76
• 5.1.1 傳感器數(shù)據(jù)修正73-74
• 5.1.2 陣元接收數(shù)據(jù)預(yù)處理74-76
• 5.2 側(cè)掃聲圖處理76-80
• 5.2.1 單陣側(cè)掃聲圖76-78
• 5.2.2 側(cè)掃聲圖融合78-80
• 5.3 測深聲圖處理80-84
• 5.3.1 單 Ping 測深結(jié)果80-82
• 5.3.1.1 聲速剖面修正處理80-81
• 5.3.1.2 三種算法測深結(jié)果對比81-82
• 5.3.2 三維測深結(jié)果82-84
• 5.4 應(yīng)用 CARIS 軟件處理結(jié)果84-94
• 5.4.1 側(cè)掃數(shù)據(jù)的 XTF 格式解析84-85
• 5.4.2 側(cè)掃聲圖處理流程和結(jié)果85-89
• 5.4.2.1 側(cè)掃聲圖處理總體流程85-87
• 5.4.2.2 側(cè)掃拼圖處理87-89
• 5.4.3 測深聲圖處理流程和結(jié)果89-94
• 5.4.3.1 單條測線測深數(shù)據(jù)處理90-92
• 5.4.3.2 測深圖融合處理92-94
• 5.5 本章小結(jié)94-95
• 第六章 結(jié)束語95-97
• 參考文獻(xiàn)97-100
• 攻讀碩士學(xué)位期間參加的科研活動和發(fā)表論文100-101
• 致謝101

【參考文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前3條

1 楊玉春;王忠康;焦君圣;;一種基于Prony原理的測深算法研究[J];聲學(xué)與電子工程;2013年04期

2 許楓;魏建江;;第七講 側(cè)掃聲納[J];物理;2006年12期

3 徐新盛,張燕,李海森,楊士莪;海底混響仿真研究[J];聲學(xué)學(xué)報;1998年02期

  本文關(guān)鍵詞：測深側(cè)掃聲納關(guān)鍵技術(shù)研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號：349036