[发明专利]一种基于声线轨迹的水下地表地形可视性分析方法

权利要求书

1.一种基于声线轨迹的水下地表地形可视性分析方法，其特征在于，包括如下步骤：

（1）建立声线方程：

(x-xb+tanξa)2+(y-yb+1a)2=(1acosξ)2,]]>

其中，声线轨迹圆弧起始于目标点B(x_b,y_b)，在观测点A(x_a,y_a)处接收，圆弧以(x_o,y_o)为圆心，R为半径，ξ为声线在B点的出射角，大小为声线在B点切线与水平线正方向的夹角，θ为声线在A点的接收角，大小为声线在A点切线与水平线正方向的夹角，α是弧AB对应的圆心角，其中xo=xb-tanξa,]]>yo=yb-1a;]]>

（2）分析水下地表通视性：

1）获取声线目标点和观测点的地形高程和经纬度信息；

2）根据两点的地形信息确定声线的接收角，A点接收角θ为：

θ=tan-1(kaxa-ayb+ab-1ka(yb-ya)+k)]]>

其中k=(xa-xb)(yb-ya),]]>b=yb2+xb2-ya2-xa22(yb-ya),]]>a是相对声速梯度；

3）计算划分步长的大小，即地形点的位置间隔；

4）根据划分步长依次计算同一剖面下两点间各点的经纬度信息；

5）通过经纬度信息对地形进行线性插值得到高程信息；

6）观测点A保持不变，设在AB方向上与A点最近步长的点B′为目标点，计算两点间的接收角θ₁，根据步长间隔由近及远依次改变B′的位置并继续计算与A点间的接收角θ_i，直至B′与B重合，关键接收角ψ为上述过程中出现的最大接收角，它的初始值设置为第一个B B′与A间的接收角；

7）判断当前接收角θ_i与当前关键接收角ψ的大小，若θ_i>ψ，则B′点可视，关键接收角θ_i=ψ；若θ_i≤ψ，则B′点不可视，关键接收角ψ值不变；

（3）分析水下地表可视域：

1）初始化关键接收角矩阵RM和可视矩阵VM，其中，RM记录每个地点的坐标和关键接收角，VM记录该点的坐标和可视情况；

2）以观测点为中心，依次计算东、南、西、北、东北、东南、西南、西北八个方向线中各目标点与观测点的通视性；

3）以观测点为中心，依次计算八个方向线之间的区域中各目标点与观测点的通视性；

4）集合对观测点来说的所有可见点的经纬度信息和高程信息，得到观测点A的地表可视域。

2.根据权利要求1所述的一种基于声线轨迹的水下地表地形可视性分析方法，其特征在于：所述的依次计算八个方向线之间的区域中各目标点与观测点的通视性包括：观测点V(i,j)，目标点T(m,n)，M(x_M,y_M)是VT与邻近点R₁(x_R1,y_R1)、R₂(x_R2,y_R2)连线的交点，以R₁和R₂的真实高程值z_R1、z_R2为数据基础，通过线性插值可得M处的近似高程：

当x_M=x_R1=x_R2时：z_M=z_R1+(z_R2-z_R1)[(y_M-y_R1)/(y_R2-y_R1)]，

当y_M=y_R1=y_R2时：z_M=z_R1+(z_R2-z_R1)[(x_M-x_R1)/(x_R2-x_R1)]，

根据z_M计算得到第一种接收角ψ_M1，作与地面平行的平面三角形ΔVR₁′R₂′，则R₁、R₂和M在该平面的投影分别为R₁′、R₂′和M′，ψ₁和ψ₂分别为声线从观测点V至R₁和R₂处所记录的接收角，以tanψ₁和tanψ₂为斜率作直线VH₁和VH₂，则分别与R₁R₁′、R₂R₂′交于H₁和H₂，其中：

h1=R1′H1=VR1′tanψ1=(xR1-i)2+(yR1-j)2tanψ1]]>

h2=R2′H2=VR2′tanψ2=(xR2-i)2+(yR2-j)2tanψ2]]>

由于R₁R₁′和R₂R₂′均垂直于ΔVR₁′R₂′，则ΔVR₁′R₂′是ΔVH₁H₂在平面VR₁′R₂′上的投影。延长MM′与H₁H₂交于H_M，连接VH_M，则VH_M与平面VR₁′R₂′的交角ψ_M2即为M处的第二种接收角，其中：

hM=M′HM=VM′tanψM=(xM-i)2+(ym-j)2tanψM]]>

设h₁>h₂>h_M，因此根据几何关系可得到第二种接收角ψ_M2：

ψM2=tan-1[h1*R1′R2′-R1′M′(h1-h2)VM′*R1′R2′]]]>

其中R1′R2′=(xR1-xR2)2+(yR1-yR2)2,]]>R1′M′=(xR1-xM)2+(yR1-yM)2,]]>

VM′=(i-xM)2+(j-yM)2.]]>

比较ψ_M1和ψ_M2大小，确定ψ_M=max(ψ_M1,ψ_M2)。