[发明专利]一种基于深度和声速扫描的高精度单波束测深方法

权利要求书

1.一种基于深度和声速扫描的高精度单波束测深方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：定义探测系统中设有单个发射阵和单个接收阵，单个发射阵和单个接收阵相互重叠且位于坐标原点；

步骤2：发射阵发射一定带宽的脉冲信号，接收阵接收回波；

步骤3：外部处理PC对接收回波进行脉冲压缩处理，并估计双程时延：

步骤4:对脉冲压缩处理之后的回波信号做傅里叶变换，再提取L个频域子带分量；

步骤5：利用步骤4中提取的频域子带分量构建协方差矩阵，包括以下子步骤：

步骤5.1：定义有一定的频率差的L个频域子带分量为X，可表示为：

其中，x_l为第l(l＝1,2,…,L)个频域子带分量；

步骤5.2：利用式(1)所提取出的一组离散频率分量X来构建协方差矩阵R，即：

R＝XX^H             (5)

步骤6：构造扫描向量，包括以下子步骤：

步骤6.1：根据式(1)，X中L个频域子带分量对应的频率值可表示为L×1维向量f：

f＝[f₁,f₂,…,f_L]^T             (2)

其中，f_l为第l(l＝1,2,3,…,L)个频域子带分量所对应的频率值，频域子带分量的中心频率是等间隔的，[]^T表示转置；

步骤6.2：设坐标原点到目标的深度为r₀对应的声速为c₀,从而L个频域子带分量上的相位延迟表示为：

a(r₀,c₀)＝exp(-jθ₀)＝exp(-j2πf2r₀/c₀)   (4)

步骤6.3：参照公式(4)，定义二维扫描向量a(r,c)在深度和声速上变化表示为：

其中，r为变化的深度值,c为变化的速度值；

步骤7：根据声速的经验范围和步骤2中脉冲压缩得到的双程时延，确定扫描范围；从深度和声速两个维度进行扫描，可采用Capon方法或者MUSIC方法进行处理，具体内容如下：

(1)当使用Capon方法时，可构建如下的加权向量：

其中，R^-1代表协方差矩阵R的逆矩阵，利用式(7)进行深度维和声速维波束形成，对应的高分辨输出结果可表示为：

b(r,c)＝1/[a^H(r,c)R^-1a(r,c)]      (8)

(2)当使用MUSIC方法时，需要先对协方差矩阵R进行特征分解，获得噪声子空间对应的特征向量u_N，同时构建如下二维处理输出：

步骤8:经步骤7得到的二维扫描图像后，提取出峰值处对应的深度值，即为测深结果。

2.如权利要求1所述的一种基于深度和声速扫描的高精度单波束测深方法，其特征在于，所述步骤7中的声速的经验范围为[1450，1550]，单位为米/秒。

3.如权利要求1所述的一种基于深度和声速扫描的高精度单波束测深方法，其特征在于，所述步骤7中确定扫描范围其最小值不小于τ₀/2×1450且最大值不大于τ₀/2×1550，单位为米。