[发明专利]一种波束内拟合多波束测深算法

说明书

一种波束内拟合多波束测深算法涉及海洋调查勘测领域，具体涉及一种波束内拟合多波束测深算法。一种波束内拟合多波束测深算法，包括以下步骤：(1)在采样间隔内，利用初级门限第一次筛选回波；(2)在采样间隔内，实时将解算出的回波信息进行波束归类并存储；(3)在采样完成后，完成对波束归类后的波束结构体数据的二次筛选过程；(4)对筛选后的数据进行波束内拟合，估计出拟合参数，最终计算出波束主轴方向所需的回波到达时间。本发明利用子阵波束形成能量输出数据，在减少参与存储、计算的数据量的同时，初步提升了数据质量。降低了曲线拟合维度减小数据运算量，提高算法实时性。提高多波束测深算法的测量精度。

技术领域

本发明涉及海洋调查勘测领域，具体涉及一种波束内拟合多波束测深算法。

背景技术

绕海洋的科学研究、资源开发、工程建设以及军事等活动中，通常都需要准确地获取所关注区域内的海底地形地貌信息作为基础资料与支撑依据。多波束测深声纳已成为国内外海洋科学研究、海底资源开发、海洋工程建设等海洋活动中最主要的海洋调查勘测仪器之一。

对于多波束测深仪器，要求在等角或等距模式下给出固定数目波束的深度测量值，即在给定覆盖倍数的条件下，波束主轴角度固定。传统的多波束测深算法通常对正下方附近的镜像区采用能量法进行回波到达时间，time of arrival，TOA的估计，对于边缘波束则进行每个采样时刻的回波到达方向，direction of arrival，DOA的估计，之后换算成相应探测点的深度值。经坐标变换后对两种方法得到的深度数据进行融合，即可得到在等角或等距工作模式下的多个测量点深度值。

常用的相位检测法主要有相位差序列过零检测法以及多波束相干测深算法，它们利用两个子阵间的相位差进行回波到达方向的估计，具有运算简单，系统易于实现的优点，但是无法同时满足主波束内大相位非模糊区间和方向估计误差低的要求。基于信号参数估计的多重信号分类法，Multiple Signal Classification，MUSIC虽然具有较高的角度分辨率，但是由于其矩阵运算复杂，数据计算量大，需要极大的硬件规模才能够实时完成运算。

多子阵检测法，multiple subarray，MSA能够有效地解决上述问题，但多子阵检测法的运算量也相当庞大，对波束主轴方向回波到达数据的选取受到限制，通常只选取波束主轴方向附近的回波到达点，利用中值或极值进行解算。这种方法实际上只利用到了一个维度的信息，而多子阵检测法的物理机制是角度-时间的二维波达方向估计，只利用一个维度的信息将会造成估计精度的损失。常规的多子阵检测法也只单纯的利用到了信号的相位信息，对于能量法检测到的波达时间信息没有充分的利用，这也降低了达波方向估计的准确度。

发明内容

本发明的目的在于提供提高了边缘波束的检测精度的一种波束内拟合多波束测深算法。

一种波束内拟合多波束测深算法，包括以下步骤：

(1)在采样间隔内，实时解算相位差序列所对应的回波到达角度，利用子阵波束形成幅度值进行数据动态门限检波，利用初级门限第一次筛选回波；

(2)在采样间隔内，实时将解算出的回波信息进行波束归类，将归类后的波束数据进行波束结构体存储；

(3)在采样完成后，利用全阵波束形成能量输出值完成基于能量算法的海底地形粗检测，生成基于波束内拟合海底地形检测算法的次级门限，完成对波束归类后的波束结构体数据的二次筛选过程；

(4)对筛选后的数据进行波束内拟合，估计出拟合参数，最终计算出波束主轴方向所需的回波到达时间。

利用初级门限第一次筛选回波的方法为：选取多波束测深系统的测深最大门限和最小门限，按照预设角度变换成各回波到达角度方向的斜距到达时间范围，在预设范围外的数据判定为无效数据。

利进行波束结构体的存储方法为：判断回波角度数据在某一预设波束主轴角度内，