多波束测深数据预处理及系统误差削弱方法研究与实现

发布时间：2017-05-15 11:25

  本文关键词：多波束测深数据预处理及系统误差削弱方法研究与实现，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：多波束测量是水下探测的最新形式之一,多波束测量技术已经成为海底、湖泊、航道等水下地形地貌勘测的一项重要应用技术。多波束测深系统是一种由多传感器组成的复杂系统,是计算机技术、导航定位技术和数字化传感器技术等多种技术的高度集成,是一种全新的高精度全覆盖式测深系统。论文在分析国内外研究现状的基础上,针对多波束测深系统和相关数据处理技术,开展以下几个方面的研究:1)多波束测深系统是由多个子系统融合组成的测量系统,通过分析多波束测深系统工作原理,包括声学原理、定位与导航原理、姿态修正原理、空间坐标转换原理,对多波束测深数据进行了误差量级估算并详细分析了其影响机制。介绍了市面上主要的多波束勘测仪器及相关参数,简要阐述了多波束测深外业测量方法。2)多波束XTF、HSX格式原始数据解码算法研究及实现,XTF是一种可扩展文件格式,也是目前广泛使用的多波束数据通用格式之一。本文详细论述了XTF格式文件解码算法;HSX是HYPACK多波束数据处理软件的一种通用格式,本文完成HSX格式解码的目的是将其与XTF解码数据对比参照,确保解码结果准确。3)多波束测深数据预处理,本文阐述了多波束测深数据从原始数据解码,经过声线改正、姿态改正、地理归位、粗差处理、水深改正,最终得到水下测点空间信息。介绍了一种较适用的声线跟踪方法(层内常梯度的声线跟踪);详细阐述姿态改正及归为解算算法;粗差批处理技术部分主要研究了较为实用的基于趋势面滤波的多波束测深数据粗差探测和剔除,其他粗差处理方法也做了简要介绍;介绍了多波束测深中的水深改正方法。基于上述研究,研制了多波束测深数据处理系统软件。4)基于多波束测深数据处理方法,先分析了多波束系统误差组成及影响原理。系统误差包含换能器安装偏差、电罗经安装偏差、Heave异常、时间延迟、声速改正不完善等,本文设计并进行了实验,对系统误差进行探测,依据多波束测量原理和探测方法,研究了相应的算法消除系统误差。5)对多波束测深数据进行上述处理之后,仍然存在残余系统误差,本文叙述了残余系统误差成因和影响特点,研究了基于海床地行一致性变化原则的残余误差削弱方法和基于地形频谱与实测微地形信息相结合的残余系统误差削弱方法,并实验验证了误差削弱方法的有效性。
【关键词】：多波束系统 测深 误差估算 解码 数据处理 系统误差
【学位授予单位】：东华理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：P229
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-12
• 1 绪论12-16
• 1.1 测深技术发展综述12-13
• 1.1.1 原始测深阶段12
• 1.1.2 单波束测深阶段12
• 1.1.3 多波束测深阶段12-13
• 1.2 选题背景及意义13
• 1.3 国内外研究现状13-14
• 1.4 本文主要工作及内容安排14-15
• 1.5 本章小结15-16
• 2 多波束测深系统简介及误差分析16-28
• 2.1 多波束系统组成及原理16-19
• 2.1.1 多波束系统组成16-17
• 2.1.2 多波束系统原理17-19
• 2.2 多波束测深系统测量方法19
• 2.3 主要的多波束勘测仪器19-20
• 2.4 多波束测深数据误差量级估算及影响分析20-27
• 2.4.1 表层声速误差dC影响量级估算21-22
• 2.4.2 姿态角dr影响量级估算22-24
• 2.4.3 姿态角dp影响量级估算24-26
• 2.4.4 姿态角dA/换能器安装偏角dyaw影响估算26-27
• 2.5 本章小结27-28
• 3 测深数据处理及系统误差探测与修正28-64
• 3.1 多波束测深数据预处理综述28-29
• 3.2 XTF、HSX格式多波束测深数据解码29-38
• 3.2.1 XTF格式数据解码29-35
• 3.2.2 HSX格式数据解码35-38
• 3.3 声线改正38-40
• 3.4 姿态改正和归位解算40-45
• 3.4.1 船姿分析41
• 3.4.2 姿态改正和归位计算41-45
• 3.5 粗差批处理技术45-49
• 3.5.1 交互式和单ping粗差剔除45
• 3.5.2 基于统计特征滤波45-46
• 3.5.3 抗差M估计滤波46
• 3.5.4 趋势面滤波46-49
• 3.6 水深改正49-51
• 3.6.1 涌浪补偿49
• 3.6.2 吃水改正49-51
• 3.6.3 潮位改正51
• 3.7 系统误差探测及修正51-63
• 3.7.1 误差组成部分及影响51-52
• 3.7.2 换能器安装偏差探测与修正52-57
• 3.7.3 罗经安装偏差探测与修正57-59
• 3.7.4 Heave异常探测与修正59-60
• 3.7.5 时间延迟偏差探测与修正60-62
• 3.7.6 声速改正完善性探测与修正62-63
• 3.8 本章小结63-64
• 4 残余系统误差探测及削弱64-72
• 4.1 概述64
• 4.2 残余系统误差探测64-66
• 4.2.1 残余系统误差对测深影响特点64-65
• 4.2.2 残余系统误差探测65-66
• 4.3 基于海床地形一致性变化原则削弱方法66-67
• 4.4 基于地形频谱与微地形信息相结合的残余系统误差削弱方法67-70
• 4.5 本章小结70-72
• 5 结论及展望72-74
• 5.1 结论72-73
• 5.2 展望73-74
• 致谢74-76
• 参考文献76-79

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本文编号：367653