用于多波束测深系统的自适应底检测方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及声波探测领域，特别涉及一种用于多波束测深系统的自适应底检测方法。
【背景技术】
[0002]20世纪70年代出现的多波束测深系统是在回声探测仪的基础上发展起来的。多波束测深系统能够在一次收发周期内获得船两侧一个条带上几十个、甚至上百个采样点的深度数据，测量覆盖范围为水深的几倍甚至十几倍，所以它可以精确快速地测出沿航线一定宽度范围内的水下目标的大小、形状和高低变化，从而比较可靠的描绘出海底地形地貌的精细特征。多波束测量系统具有测量范围大、速度快、精度高等优点，特别适合于大面积的扫海测量作业，在海洋测绘领域具有广泛的应用。目前的浅水多波束测深系统向着宽覆盖角、高分辨率、多功能等技术方向发展。
[0003]底检测技术是多波束测深技术的核心方法，目前，底检测方法主要有幅度法和相位法，概要的说，幅度法是利用底回波的能量中心判定底回波的时刻，相位法利用回波的相位过零点判定底回波的时刻。底检测时，如果没有设置合理的底检测搜索门限，就需要在全量程范围内搜索，容易受到水体中回波干扰的影响，同时运算量也较大。现有的检测技术主要采用固定门限，在波束覆盖角比较小的条件下可以满足要求，但是，对于浅水多波束测深系统，尤其是对于大覆盖角下的多波束测深系统(目前主流浅水多波束覆盖角可达165° )，在每一帧内的地形起伏较大，固定门限很难满足使用要求。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于克服现有技术中的底检测方法需要固定门限，无法适应地形起伏较大环境的探测要求，从而提供一种自适应的底检测方法。
[0005]为了实现上述目的，本发明提供了一种用于多波束测深系统的自适应底检测方法，包括:
[0006]步骤1)、在一帧内，由历史底检测结果预测当前帧的中间波束底检测跟踪门限，根据该中间波束底检测跟踪门限实现中间波束底检测，然后对底检测所得到的测深结果进行评估；
[0007]步骤2)、由步骤1)得到的中间波束底检测的测深结果估计各个边缘波束的跟踪门限，然后根据所述边缘波束的跟踪门限做边缘波束的底检测，对底检测结果进行评估。
[0008]上述技术方案中，所述步骤1)进一步包括:
[0009]步骤1-1)、根据历史底检测结果预测当前帧的中间波束底检测跟踪门限；
[0010]步骤1-2)、根据步骤1-1)所预测的跟踪门限做中间波束底检测，然后对底检测结果进行评估，在评估时，将底检测结果中的输出信噪比与第一阈值进行比较，若所述输出信噪比高于该阈值，则评估结果合格，输出底检测所得到的测深结果，否则，评估结果不合格，放弃当前的跟踪门限，在全量程内重新进行底检测，然后根据新得到的底检测结果重新建立跟踪门限，然后执行步骤2)。
[0011]上述技术方案中，所述历史底检测结果采用较当前帧最为接近的多个历史帧的底检测结果。
[0012]上述技术方案中，所述步骤2)进一步包括:
[0013]步骤2-1)、根据步骤1)的中间波束做底检测所得到的测深结果向两侧依次递归估计各个边缘波束的跟踪门限；
[0014]步骤2-2)、根据步骤2-1)所预测的跟踪门限做边缘波束的底检测，在某一边缘波束的一次底检测完成后，对底检测结果做评估；其中，在评估时，将底检测结果中的输出信噪比与第二阈值进行比较，若所述输出信噪比高于该阈值，则评估结果合格，输出该底检测结果；如果评估结果不合格，则放弃当前的跟踪门限，在全量程内重新进行底检测，输出当前边缘波束的底检测结果，同时，根据底检测结果，建立跟踪门限，用于后续边缘波束的检测。
[0015]上述技术方案中，当起伏较大时，边缘波束门限宽度增加，当较为平坦时，边缘波束门限宽度缩小。
[0016]本发明的优点在于:
[0017]1、本发明的自适应底检测方法根据海底的坡度走势、深度以及海底回波的变化特点，自动完成底跟踪参数设置，通过设定合理的跟踪窗，滤除来自水流、鱼群等的干扰回波信号，提高多波束测深系统测深结果的环境适应性；
[0018]2、本发明的自适应底检测方法所采用的跟踪门限具有自适应性，能够在不同地形下可以完成自适应底检测，避免人工干预；
[0019]3、本发明的自适应底检测方法通过门限设置能够有效减少系统的运算量。
【附图说明】
[0020]图1是本发明的自适应底检测方法采用中间波束做底检测的过程示意图；
[0021]图2是本发明的自适应底检测方法采用边缘波束做底检测的过程示意图。
【具体实施方式】
[0022]现结合附图对本发明作进一步的描述。
[0023]在对本发明做详细说明之前，首先对本发明中所涉及的相关概念予以说明。
[0024]中间波束:基阵正下方的波束，垂直入射海底，掠射角为90°。
[0025]边缘波束:中间波束两侧的波束，斜入射海底，掠射角小于90°。
[0026]本发明的自适应底检测方法包括下列步骤:
[0027]步骤1)、在一帧内，采用中间波束做底检测，得到深度结果。参考图1，该步骤可进一步包括:
[0028]步骤1-1)、考虑到地形的变化是连续的这一特点，根据历史底检测结果预测当前帧的中间波束底检测跟踪门限。
[0029]为了提高准确性，所述历史底检测结果采用较当前帧最为接近的若干个历史帧的底检测结果，如采用当前帧之前3帧的底检测结果。当前帧的中间波束底检测门限的门限宽度可以自由设定，也可以根据地形起伏自适应调整，例如设定自适应跟踪门维10%，当深度为Η时，门限宽度为[90% Η, 110% Η]0
[0030]步骤1-2)、根据步骤1-1)所预测的跟踪门限做中间波束底检测，然后对底检测结果进行评估，在评估时，将底检测结果中的输出信噪比与一阈值(如10dB)进行比较，若所述输出信噪比高于该阈值，则评估结果合格，输出底检测所得到的测深结果，否则，评估结果不合格，则放弃当前的跟踪门限，在全量程内重新进行底检测，然后根据新得到的底检测结果重新建立跟踪门限，然后执行步骤2)。
[0031]步骤2)、在一帧内，对中间波束两侧的边缘波束分别进行底检测。参考图2，该步骤可进一步包括:
[0032]步骤2-1)、根据步骤1)的中间波束做底检测所得到的测深结果向两侧依次递归估计各个边缘波束的跟踪门限；所述边缘波束的跟踪门限的宽度可以自适应调整，当起伏较大时门限宽度增加，当较为平坦时门限宽度缩小。
[0033]步骤2-2)、根据步骤2-1)所预测的跟踪门限做边缘波束的底检测，在某一边缘波束的一次底检测完成后，对底检测结果做评估，在评估时，将底检测结果中的输出信噪比与一阈值(如10dB)进行比较，若所述输出信噪比高于该阈值，则评估结果合格，输出该底检测结果；如果评估结果不合格，则放弃当前的跟踪门限，在全量程内重新进行底检测，输出当前波束的底检测结果。同时，根据底检测结果，建立跟踪门限，用于后续边缘波束的检测。
[0034]最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
【主权项】
1.一种用于多波束测深系统的自适应底检测方法，包括: 步骤1)、在一帧内，由历史底检测结果预测当前帧的中间波束底检测跟踪门限，根据该中间波束底检测跟踪门限实现中间波束底检测，然后对底检测所得到的测深结果进行评估； 步骤2)、由步骤1)得到的中间波束底检测的测深结果估计各个边缘波束的跟踪门限，然后根据所述边缘波束的跟踪门限做边缘波束的底检测，对底检测结果进行评估。2.根据权利要求1所述的用于多波束测深系统的自适应底检测方法，其特征在于，所述步骤1)进一步包括: 步骤1-1)、根据历史底检测结果预测当前帧的中间波束底检测跟踪门限； 步骤1-2)、根据步骤1-1)所预测的跟踪门限做中间波束底检测，然后对底检测结果进行评估，在评估时，将底检测结果中的输出信噪比与第一阈值进行比较，若所述输出信噪比高于该阈值，则评估结果合格，输出底检测所得到的测深结果，否则，评估结果不合格，放弃当前的跟踪门限，在全量程内重新进行底检测，然后根据新得到的底检测结果重新建立跟踪门限，然后执行步骤2)。3.根据权利要求2所述的用于多波束测深系统的自适应底检测方法，其特征在于，所述历史底检测结果采用较当前帧最为接近的多个历史帧的底检测结果。4.根据权利要求1所述的用于多波束测深系统的自适应底检测方法，其特征在于，所述步骤2)进一步包括: 步骤2-1)、根据步骤1)的中间波束做底检测所得到的测深结果向两侧依次递归估计各个边缘波束的跟踪门限； 步骤2-2)、根据步骤2-1)所预测的跟踪门限做边缘波束的底检测，在某一边缘波束的一次底检测完成后，对底检测结果做评估；其中，在评估时，将底检测结果中的输出信噪比与第二阈值进行比较，若所述输出信噪比高于该阈值，则评估结果合格，输出该底检测结果；如果评估结果不合格，则放弃当前的跟踪门限，在全量程内重新进行底检测，输出当前边缘波束的底检测结果，同时，根据底检测结果，建立跟踪门限，用于后续边缘波束的检测。5.根据权利要求4所述的用于多波束测深系统的自适应底检测方法，其特征在于，当起伏较大时，边缘波束门限宽度增加，当较为平坦时，边缘波束门限宽度缩小。
【专利摘要】本发明涉及一种用于多波束测深系统的自适应底检测方法，包括：在一帧内，由历史底检测结果预测当前帧的中间波束底检测跟踪门限，根据该中间波束底检测跟踪门限实现中间波束底检测，然后对底检测所得到的测深结果进行评估；由中间波束底检测的测深结果估计各个边缘波束的跟踪门限，然后根据所述边缘波束的跟踪门限做边缘波束的底检测，对底检测结果进行评估。
【IPC分类】G01S15/89
【公开号】CN105487078
【申请号】CN201410475295
【发明人】刘佳, 许枫, 蒋立军
【申请人】中国科学院声学研究所
【公开日】2016年4月13日
【申请日】2014年9月17日