[发明专利]一种近底多波束坐标转换处理方法

权利要求书

1.一种近底多波束坐标转换处理方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、采用同心双曲线相交的多波束测深归位算法，构建虚拟换能器坐标系，记录多波束收发换能器瞬时状态向量，迁移两向量重合发射波束与接收波束；

S2、将发射波束和接收波束能量以两个顶点相同的规则圆锥面表示，波束脚印为两圆锥面在海底投影形成的两个相交双曲线的交点，求解相交双曲线方程获得波束脚印坐标；

S3、综合波束导向角、换能器安装偏差角和瞬时姿态角等信息，计算出波束精确三维入射向量，进行声线跟踪，将波束脚印表达在局部坐标系下；

S4、通过GNSS偏心改正、动态延迟改正及坐标归算过程，得出波束脚印在当地水平坐标系下的绝对位置，通过旋转、平移等将当地水平坐标系下波束脚印坐标转换到地理坐标系下以及某一深度基准面下水深。

2.根据权利要求1所述的一种近底多波束坐标转换处理方法，其特征在于，在步骤S1中，其具体步骤为：使用换能器安装偏差角和瞬时姿态角计算收发换能器状态向量共涉及12个角度，所述12个角度分别为3个发射换能器安装偏差角、3个接收换能器安装偏差角、3个波束发射时刻的瞬时姿态角以及3个波束接收时刻的瞬时姿态角；以计算发射时刻的发射换能器状态向量设定一个理想的单位向量，该向量完美沿测船X轴指向，分别使用发射换能器安装偏差角以及发射时刻的姿态角旋转理想矢量，其计算方式如下：

依据式公式1和公式2对两状态向量进行向量积计算，完成虚拟换能器坐标系构建：

3.根据权利要求2所述的一种近底多波束坐标转换处理方法，其特征在于，在步骤S2中，其具体步骤为：以双曲线参数方程形式分别对发射和接收双曲线进行定义：

x_t＝a_t*cosht₁，y_t＝b_t·sinht₁ (公式4)

x_r＝a_r·cosht₂，y_r＝b_r·sinht₂ (公式5)

其中，a_t和b_t为发射双曲线参数，a_r和b_r为接收双曲线参数，t₁和t₂为未知量，其物理意义为用于描述发射向量和接收向量在各自圆锥面上的方位，a_t和b_t、a_r和b_r值有如下定义：

a_t＝R·tanT_steer，b_t＝R (公式6)

a_r＝R·tanR_steer，b_r＝R (公式7)

在公式6和公式7中，R为单位波束长度，同时接收双曲线进行角度为δ进行二维旋转，其中δ表示为：

对接收双曲线进行大小为δ进行二维旋转，并联立发射双曲线参数方程，得到最终的发射与接收双曲线方程组：

4.根据权利要求3所述的一种近底多波束坐标转换处理方法，其特征在于，在步骤S3中，其具体步骤为：根据步骤S2中求出的波束向量，利用已知的声速剖面数据、波束旅行，然后根据Snell定律计算出声线在每层的垂直位移和水平位移，继而叠加每层波束位移，得到波束脚印在局部坐标系下坐标，采用基于层内常梯度的声线跟踪算法，计算得出在层内的水平位移y_i和时间t_i：

公式10中R_i为该弧段的曲率半径，θ_i为该层的入射角度，p为Snell法则中的Snell常数，在该式中等于p＝sinθ_iC_i，ΔZ_i为相邻两层之间的深度差，g_i在公式10中为根据公式10计算声线传播的时间总和，由迭代法得到波束在最后一层内的水深与水平位移，再与前面各层的计算值相加，完成声线跟踪过程。