一种基于改进ITD的多波束海底地形测量回波降噪方法与流程

本发明涉及数据处理，具体涉及一种基于改进itd的多波束海底地形测量回波降噪方法。

背景技术：

1、多波束海底地形测量回波是一种用于获取海底地形信息的技术，通过发送多个声波束并接收其回波来获得高分辨率和精确的海底地形数据。由于声纳系统本身和接收部件可能会引入一些内在噪声，例如电子噪声、机械振动等，尤其海洋环境复杂，声波在水中传播会受到衰减和反射影响，噪声干扰极大，则通过固有时间尺度分解算法（intrinsictime-scale decomposition，itd）对复杂信号进行分解的降噪方法，在itd分解过程中，需要进行延拓使其达到极值点。

2、相关技术中，通过传统对折法、零填充、插值法等方式进行延拓，这些方式下对延拓的距离无法准确确定，使得延拓过程均存在不同程度的失真和特征缺失，使得后续去噪过程的效果较差。

技术实现思路

1、为了解决无法准确确定延拓的距离，使得去噪过程的效果较差的技术问题，本发明提供一种基于改进itd的多波束海底地形测量回波降噪方法，所采用的技术方案具体如下：

2、本发明提出了一种基于改进itd的多波束海底地形测量回波降噪方法，方法包括：

3、获取海洋多波束声纳探测器所采集的多波束的回波信号，任选某一位置作为待测位置；根据所述待测位置和所述待测位置的邻域位置对应回波信号中极值点的分布，确定所述待测位置和邻域位置的相关系数，根据所述相关系数从所述邻域位置中确定相似位置；

4、对所述待测位置的回波信号进行itd分解，根据分解结果确定待测位置的对比分量信号；确定所述对比分量信号的拟合规则信号，将所述拟合规则信号沿着一定方向进行平移，得到在不同平移距离对应的平移信号；

5、根据所述待测位置和所述相似位置对应回波信号中极值点的分布，确定所述待测位置的估测噪声集合，根据所述估测噪声集合中数据的分布、所述对比分量信号与对应平移信号的差异所得到的数据集合和平移距离，确定噪声系数，改变平移距离，确定噪声系数最小时的平移距离为延拓距离；

6、沿平移方向基于所述延拓距离分别对对比分量信号进行拟合延拓，得到延拓信号，对延拓信号进行去噪和itd重构，得到去噪信号。

7、进一步地，所述邻域位置为八邻域位置，所述相关系数的获取过程，包括：

8、计算所述待测位置的回波信号中所有极值点的均值作为待测均值，计算所述待测位置的回波信号中每次采样的信号值与所述待测均值的差值作为待测噪声值，所述待测噪声值组成待测噪声集合；

9、计算任一所述邻域位置的回波信号中所有极值点的均值作为邻域均值，将所述邻域位置的回波信号中每次采样的信号值与所述邻域均值的差值作为邻域噪声值，所述邻域噪声值组成邻域噪声集合；

10、计算所述待测噪声集合和所述邻域噪声集合的皮尔逊相关系数的绝对值作为第一相关因子；

11、将所述待测噪声集合中所有待测噪声值的信息熵与所述邻域噪声集合中所有邻域噪声值的信息熵的差值绝对值作为信息熵差异；

12、将所述待测噪声集合中所有待测噪声值的方差与所述邻域噪声集合中所有邻域噪声值的方差的差值绝对值作为波动差异；

13、根据所述信息熵差异和所述波动差异确定第二相关因子，其中，所述信息熵差异与所述第二相关因子呈负相关关系，所述波动差异与所述第二相关因子呈负相关关系，所述第二相关因子的取值为归一化的数值；

14、计算所述第一相关因子和所述第二相关因子的乘积作为相关系数。

15、进一步地，所述根据所述相关系数从所述邻域位置中确定相似位置，包括：

16、将所述相关系数最大的预设第一数量个邻域位置作为相似位置。

17、进一步地，所述对所述待测位置的回波信号进行itd分解，根据分解结果确定待测位置的对比分量信号，包括：

18、对所述待测位置的回波信号进行itd分解，将itd分解得到的前预设第二数量层的分量信号作为对比分量信号。

19、进一步地，所述确定所述对比分量信号的拟合规则信号，包括：

20、根据任意一层所述对比分量信号的频率和所有极值的均值，使用正弦函数进行拟合得到对应层对比分量信号的拟合规则信号。

21、进一步地，所述根据所述待测位置和所述相似位置对应回波信号中极值点的分布，确定所述待测位置的估测噪声集合，包括：

22、将所述待测噪声集合和相似位置所对应邻域噪声集合组合作为估测噪声集合。

23、进一步地，所述根据所述估测噪声集合中数据的分布、所述对比分量信号与对应平移信号的差异所得到的数据集合和平移距离，确定噪声系数，对应的计算公式为：

24、

25、式中，表示噪声系数，m表示估测噪声集合中数据数值的种类，r表示估测噪声集合中数据数值的种类的索引，表示估测噪声集合中第r个数据数值的数量，表示估测噪声集合中所有数据数值的数量均值，表示估测噪声集合中数据数值的数量最大值，表示对比分量信号的总层数，n表示对比分量信号的层数的索引，b表示对比分量信号与对应平移信号的差异所得到的数据集合中数据数值的种类，v表示对比分量信号与对应平移信号的差异所得到的数据集合中数据数值的种类的索引，表示第n层对比分量信号与对应平移信号的差异所得到的数据集合中第v类数据数值的数量，表示第n层对比分量信号与对应平移信号的差异所得到的数据集合中所有种类数据数值的数量均值，表示第n层对比分量信号与对应平移信号的差异所得到的数据集合中数据数值的数量最大值，e表示自然常数，d表示平移距离，min（）表示取最小值，表示取绝对值。

26、进一步地，所述沿平移方向基于所述延拓距离分别对对比分量信号进行拟合延拓，得到延拓信号，包括：

27、根据所述平移方向确定待延拓端点，根据所述待延拓端点处的斜率和延拓距离分别对对比分量信号进行延拓，得到延拓信号。

28、进一步地，所述对延拓信号进行去噪和itd重构，得到去噪信号，包括：

29、基于均值滤波的方式分别对不同层的所述延拓信号进行滤波去噪，并将滤波去噪后的延拓信号重构作为去噪信号。

30、本发明具有如下有益效果：

31、本发明针对传统无差别插值、对折、填充的延拓方式进行回拨降噪容易导致端点延拓可靠性不足，进而导致后续信号去噪效果较差的问题，通过根据待测位置和待测位置的邻域位置对应回波信号的相似性，确定多个相似位置，相似位置的确定使得后续在进行延拓距离确定时，能够基于相似位置和待测位置中残差项得到估测噪声集合，进而根据估测噪声集合中数据的分布和对比分量信号与对应平移信号的差异所得到的数据集合，对平移情况进行有效分析，对待测位置的回波信号进行itd分解得到对比分量信号，确定不同层的对比分量信号对应拟合规则信号，分别对拟合规则信号进行平移得到平移信号，其中，通过拟合规则信号的平移，通过平移的方式调整对比分量信号与对应平移信号的差异所得到的数据集合，并结合了多波束探测点阵相似位置干扰相近的特征对对比分量信号与对应平移信号的差异所得到的数据集合进行验证，也即通过估测噪声集合对对比分量信号与对应平移信号的差异所得到的数据集合进行验证，结合平移距离的大小特征，得到噪声系数，使得噪声系数能够准确表征对应的延拓情况，便于根据噪声系数得到更为准确有效的延拓距离，基于延拓距离分别对对比分量信号进行拟合延拓，得到延拓信号，对延拓信号进行去噪和itd重构。本发明能够准确确定延拓距离，降低的失真和特征缺失等误差的产生，增强信号去噪的效果。