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《哈尔滨工程大学》 2011年
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多波束测深假象消除与动态空间归位技术

魏玉阔  
【摘要】:多波束测深技术是当代海底地形勘测的一项高新技术和最主要的海洋调查手段之一,广泛应用于海道测量、海洋工程、海底资源探测与开发等国防和民用领域,被越来越多的海洋国家所高度重视。实现宽覆盖、高精度和高分辨测量并逐渐实现海底特性一体化探测是当前多波束测深声呐的发展趋势。 为提高宽覆盖多波束测深数据的有效性和精确性,围绕多波束测深关键技术,国内外研究热点主要包括宽覆盖声学基阵设计技术、高精度DOA和TOA联合估计技术、边缘波束测深精度保证技术、测深假象消除技术、空间归位技术、系统实时监控技术、测深数据编辑处理技术等多个方面。本文结合当前国内外技术发展趋势和国产浅水宽覆盖多波束测深声呐研制的理论和实践需求,主要开展测深假象消除技术、空间归位技术、实时监控与后处理三个方面的技术研究,具体研究内容包括以下几个方面: 首先,研究多波束测深声呐中的“隧道效应”测深假象的消除技术。在分析“隧道效应”对测深结果的影响及其产生原因的基础上,重点从自适应信号处理角度对有效抑制此假象的旁瓣抵消算法进行深入研究。提出RLS-Laguerre算法,进行波束包络输出抵消;提出利用GSC自适应旁瓣抵消结构对“隧道效应”进行消除,实现了波束复输出抵消;为了实时实现GSC算法,采用SI-CG算法消除“隧道效应”;通过对相关算法进行计算机仿真,并对多组湖上试验数据进行处理,验证了其正确性与有效性。 其次,研究多波束测深声呐中由声速引起的测深假象及消除方法。指出由于声波在不均匀介质中传播产生折射,传统常声速计算模型给测量结果带来测深假象。研究了基于声速分层假设下的多波束测深声线跟踪方法,并具体研究层内常声速和层内常梯度两种声速剖面模型下的多波束声线跟踪算法及流程,试验数据处理验证了其有效性。研究了由表面声速引起的测深假象,推导出由表面声速偏差引起的预成接收波束角度误差的修正公式,并通过计算机仿真定量分析不同的表面声速偏差对不同预成接收波束角度和测量深度的影响;对湖上试验数据进行处理消除了由于声速修正不当造成的相邻测线间数据不吻合的测深假象。 再次,研究多波束测深声呐动态空间归位及安装校准技术。针对目前存在的不足,通过分析动态归位误差与设备安装参数及船体运动姿态的关系,在讨论多波束系统安装方案及空间坐标系建立的基础上,综合考虑造成归位误差的各种因素,研究多波束波束脚印点动态空间归位模型。研究基阵坐标系下波束脚印点的空间归位方法,提出一种新的空间归位模型实现在变声速条件下的精确归位;研究在大地坐标系下基阵的空间坐标和空间姿态精确确定方法,从而研究多波束脚印点空间坐标从基阵坐标系到大地坐标系的归位方法,给出具体的归位处理流程;通过对湖试数据的处理并与国外商用多波束处理软件Hypack处理结果的对比,验证本文提出的动态空间归位方法中各归位模型的正确性、严密性以及综合处理流程的合理性。针对基阵安装角度偏差不易直接测量的问题,研究并实现基于特征数据处理的动态安装角度校准方法,并利用湖试数据对其有效性进行验证。 最后,根据自主研发国产浅水宽覆盖多波束测深声呐的迫切需求,进一步深入研究多波束测深过程中多个设备之间的时间同步与数据时间归位技术、实时监控技术以及数据编辑处理技术,开发保障高质量数据采集的“实时监控软件”和具有多波束数据归位处理、野值数据自动和人工相结合快速剔除等功能的“交互式数据处理软件”,并通过多次湖上试验考核国产浅水宽覆盖多波束测深声呐的工作性能,验证“实时监控软件”及“交互式数据处理软件”的实用性和有效性。
【学位授予单位】:哈尔滨工程大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:P229

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【引证文献】
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1 陈宝伟;超宽覆盖多波束测深技术研究与实现[D];哈尔滨工程大学;2012年
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【参考文献】
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【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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3 韩梅;程艳合;宋汝刚;;声纳浮标区域阵型建模与研究[A];中国声学学会水声学分会2011年全国水声学学术会议论文集[C];2011年
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7 王德石;杜贻群;任斌;;低频钹式换能器的性能分析与设计[A];第十二届全国非线性振动暨第九届全国非线性动力学和运动稳定性学术会议论文集[C];2009年
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9 潘润秋;高耿明;;多波束测深技术在海底沉管基槽边坡稳定性监测中的应用[A];第二届“测绘科学前沿技术论坛”论文精选[C];2010年
10 孙翠羽;周兴华;马飞虎;张化疑;;无缝垂直基准面偏差模型建立方法研究[A];第二届“测绘科学前沿技术论坛”论文精选[C];2010年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
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2 田峰敏;水下地形导航模型求解与导航区初选策略研究[D];哈尔滨工程大学;2009年
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8 雷亚辉;水下目标的时间反转法声探测技术应用研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
9 么彬;多子阵波束域高分辨水声成像技术研究[D];哈尔滨工程大学;2009年
10 付文俊;矿井封闭火区救灾辅助决策系统研发[D];辽宁工程技术大学;2010年
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1 田继辉;用于三维影像快速浏览的多尺度DEM数据组织研究[D];河南理工大学;2010年
2 冯幼贵;基于GIS的矿山开采地表移动与变形预计[D];山东科技大学;2010年
3 田会波;海底地形三维可视化[D];山东科技大学;2010年
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7 谭学者;水下低频隔声特性理论与实验研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
8 朱坤;声相关计程仪测速技术研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
9 李婷;浅海表面噪声矢量场时空相关特性研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
10 齐崇阳;低频远程海底混响简正波建模研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
【同被引文献】
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1 余赟;惠俊英;赵安邦;林芳;;波导不变量及双阵(元)被动测距方法研究[J];兵工学报;2011年03期
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10 贾帅东;张立华;曹鸿博;;基于CUBE算法的多波束水深异常值剔除[J];测绘科学;2010年S1期
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1 郭发滨;吴永亭;孙玉星;王景川;;影响多波束测量系统覆盖宽度的环境因素分析[A];第二十一届海洋测绘综合性学术研讨会论文集[C];2009年
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10 孙国仓;浅海矢量声场及其信号处理[D];哈尔滨工程大学;2008年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
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【二级引证文献】
中国期刊全文数据库 前2条
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【二级参考文献】
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6 孙革;多波束测深系统声速校正方法研究及其应用[D];中国海洋大学;2007年
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1 齐娜;多波束测深仪方案论证及测深侧扫成像研究[D];哈尔滨工程大学;2002年
2 刘晨晨;数学形态学图象处理算法应用研究[D];哈尔滨工程大学;2003年
3 聂良春;多波束相位差法海底TOA估计理论分析及实用性研究[D];哈尔滨工程大学;2003年
4 陈友元;便携式多波束测深仪实时测控与数据可视技术研究[D];哈尔滨工程大学;2005年
5 陈嵩锐;便携式多波束测深仪多通道数据采集与处理系统[D];哈尔滨工程大学;2005年
6 翟辉琴;基于数学形态学的遥感影像面状目标提取研究[D];中国人民解放军信息工程大学;2005年
7 赖晓斌;基于PCI总线的DSP数据采集系统设计[D];西南石油大学;2006年
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3 李文杰,胡平,肖都,刘春雷;多波束测深在海洋工程勘察中的应用[J];物探与化探;2004年04期
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5 桑金;多波束测深系统的验收试验与数据分析[J];海洋测绘;2001年01期
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7 张彦昌;隋海琛;韩德忠;;多波束声速改正模拟及其误差分析[J];水道港口;2009年01期
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3 记者 赵凤华 通讯员 王毓静;我国研发出测绘海底地形地貌关键技术[N];科技日报;2010年
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5 毕诗成;问责“被诽谤”官员,都是假象?[N];检察日报;2010年
6 本报通讯员 刘德华 白福家 梁洁 本报记者 马利民;天之骄子制造“死亡假象”事件的背后[N];法制日报;2010年
7 柳祖林;炒钢、囤货是造成需求假象的祸根[N];中国冶金报;2009年
8 彭剑峰;人才市场 透过过剩的假象……[N];消费日报;2002年
9 简·霍夫曼(美) 本报编译 李捷;做无用功也能保住饭碗[N];世界报;2009年
10 本报评论员 刘林德;假象影响国家的国际认同[N];长江日报;2011年
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3 苏程;深水多波束测深侧扫声纳显控系统研究[D];浙江大学;2012年
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6 刘晓;基于多波束测深声呐的成像技术研究[D];哈尔滨工程大学;2012年
7 孙革;多波束测深系统声速校正方法研究及其应用[D];中国海洋大学;2007年
8 王向红;多波束条带测深系统数据后置处理技术研究[D];哈尔滨工程大学;2005年
9 胡光海;东海陆坡海底滑坡识别及致滑因素影响研究[D];中国海洋大学;2010年
10 陈小龙;AUV水下地形匹配辅助导航技术研究[D];哈尔滨工程大学;2013年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 安阳;多波束测深系统校验技术研究[D];大连海事大学;2012年
2 张毅乐;多波束相干测深技术研究及其算法DSP实现[D];哈尔滨工程大学;2010年
3 何侃;基于扩频技术的水下多波束探测方法研究[D];华南理工大学;2012年
4 邓臻;基于DSP和FPGA的多波束相干成像算法实现[D];哈尔滨工程大学;2012年
5 刘享明;粒子滤波在多波束测深底跟踪中的应用研究[D];哈尔滨工程大学;2012年
6 姚永红;多波束合成孔径声呐成像技术研究[D];哈尔滨工程大学;2011年
7 张伟;多波束测深系统在水下地形测量中的应用研究[D];中国地质大学(北京);2009年
8 李军;浅海多波束测深回波信号建模及波达时间研究[D];南京航空航天大学;2006年
9 翟春平;基于电子海图的浅水多波束测量导航方法研究与软件开发[D];哈尔滨工程大学;2006年
10 张俊辉;多波束测深系统相干法相位检测及其性能分析[D];哈尔滨工程大学;2008年
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