[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

摘要

本发明属于地形可视性分析和射线声学领域，具体涉及一种基于声线轨迹的水下地表可视性分析方法。本发明包括如下步骤：（1）建立声线方程：（2）分析水下地表通视性：（3）分析水下地表可视域。本发明的水下地表可视性分析方法将可视性分析扩展到水下地形分析领域，拓展了地形可视性分析应用范围。同时将视线的复杂轨迹的解析问题简化成为较为简便的角度问题，提高了方法的适用性和可行性。还在保持着传统计算复杂度的基础上提高了目标点可视性的准确度。

主权项

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 - x b + tan ξ a ) 2 + ( y - y b + 1 a ) 2 = ( 1 a cos ξ ) 2 , 其中，声线轨迹圆弧起始于目标点B(xb,yb)，在观测点A(xa,ya)处接收，圆弧以(xo,yo)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 x o = x b - tan ξ a , y o = y b - 1 a ; （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 ( kax a - ay b + ab - 1 ka ( y b - y a ) + k ) 其中 k = ( x a - x b ) ( y b - y a ) , b = y b 2 + x b 2 - y a 2 - x a 2 2 ( y b - y a ) , 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θi，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θi与当前关键接收角ψ的大小，若θi>ψ，则B′点可视，关键接收角θi=ψ；若θi≤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。