基于等效声速剖面原理的测深误差改正方法

水下地形测量中,水中声速误差的存在,造成在多波束测深数据中边缘波束区域测深误差显著增大,严重影响了多波束测深精度。对此,本文提出一种基于等效声速剖面原理的测深误差改正方法。针对相邻测线重叠区域的测深不符值序列,以声速误差、整体测深偏差、随机测深误差在等效声速剖面框架结构下构建函数模型,基于稳健估计原理对声速误差进行估计,进而实现测深偏差的整体改正。基于广东红海湾浅水测量数据和西太平洋深海测量数据的实验结果表明,本文所提方法可有效削弱声速导致的测深误差,改正后测深精度分别提升33.3%和32.6%。

基于BP神经网络的非等效声速剖面反演

声速剖面反演基于历史数据获取声速剖面,是海洋环境声层析中的一种方法。传统声速剖面反演法很难获取大面积海域的非等效声速剖面,得出的结果一般都是等效声速剖面。为解决该问题,提出一种基于反向传播(Back Propagation,BP)神经网络的非等效声速剖面反演方法。对比结果表明,该方法能有效反演非等效声速剖面并且反演结果相比传统声速剖面反演具有更高的精度。

一种等效声速梯度的迭代计算方法

等效声速剖面法将实际复杂的声速剖面用一个简单的声速剖面等效替代,在声线跟踪时可以提高计算效率。但在多波束测深系统归位计算中,由于地形的起伏,对每ping各个波束使用单一的等效声速剖面会影响计算精度。通过仿真实验分析了地形起伏对等效声速剖面法计算精度的影响,提出了一种等效声速迭代算法,通过实验发现,相比于常梯度声线跟踪算法,迭代算法可达到同等精度水平,并有更高的计算效率。

基于等效声速剖面法的多波束测深系统声线折射改正技术

多波束测深技术是近几年比较流行的海洋勘测手段之一,其具有全覆盖、无遗漏、高精度和高效率等特点。多波束测深系统的声学原理和海水的不均匀性,使得声波在传播过程中发生声线的折射现象,对波束测点的最终位置的归算带来较大的误差。针对多波束数据后处理方法,介绍了利用等效声速剖面法对多波束测深系统的声线折射进行改正的一种新方法,并通过试验对比,证明了该方法可以提高多波束测深系统的整体测量精度。

电力变压器局部放电超声定位中的等效声速及优化算法

本文提出了电力变压器中局部放电时超声信号传播的等效声速概念，并论证了等效声速的稳定性。在此基础上，本文建立了局放超声定位的三个数学模型，并给出了算法。实际的定位算例说明，本文给出的局放定位算法是有效的，它优于传统的局放超声定位算法。

浅海复杂环境下等效声速剖面的构建方法

针对浅海复杂环境声速剖面水平变化情况下的声传播损失预报及目标定位问题,提出了一种基于遗传算法的等效声速剖面重构算法。首先,将声速剖面进行时间和空间上的分解,从而将声速剖面抽象为对声速剖面前三阶正交函数系数的反演;其次,利用遗传算法,以先验声速剖面集为基础,进行参数反演。仿真结果表明,在浅海复杂条件下,传播损失预报受声速剖面及海洋参数的影响,不能直接运用接收或发射位置处的声速剖面进行传播损失预报,否则会对预报结果造成误差。通过构建具有声传播累积效应的等效声速剖面可以提高匹配场定位精度,完成目标定位,且在构建等效声速剖面时,接收位置处即本地声速剖面所占权重较大。

用于AUV定位的等效声速剖面改进算法研究

以自主式水下机器人为载体,搭载多种测量设备的深海工程作业的方式,目前已经得到了广泛的应用。而基于AUV完成各类水下任务的前提是能否精确的进行定位,传统的声学定位方法因过于依赖声速剖面而导致定位精度不高且造成实际操作过程复杂化,在各种声线改进的方法中,等效声速剖面法的计算过程较为简单,且对实际声速剖面的依赖程度较低,然而最大的问题是相对面积误差的求解过于复杂。结合AUV自身特点,提出了超短基线与等效声速剖面法相结合的水下AUV定位方法,并改进了等效声速剖面法。实验结果表明,改进后的方法计算精度得到提高且相对面积误差的求解更加简单,另外也改进了原始方法误差随水深及掠射角变化而增加的问题,具有良好的工程应用价值。

基于等效声速剖面法及其改进模型的声速改正方法研究

针对声线弯曲对多波束测深数据精度影响较大的问题,文中研究了具有高效、高精度等特点的声线弯曲改正方法---等效声速剖面法。针对该方法忽略表层声速误差影响的问题,本文提出加入时间修正参数对等效声速剖面法模型进行改进,并利用实测数据进行试验分析,验证了改进模型较之与等效声速剖面计算精度明显提高。

基于面积差的声速剖面自适应简化方法

提出了一种基于面积差的声速剖面自适应简化方法。首先,研究了不同声速剖面之间面积差与声线跟踪误差间的关系,建立了二者关系模型;然后,给出了基于跟踪精度约束的声速剖面简化方法和流程;最后,对该方法开展了试验验证,在无人工干预的情况下,方便地实现了声速剖面的简化,显著地提高了测深数据处理效率。

一种声速-位置联合估计的水声导航定位方法

长基线水声导航定位方法利用各信标到水下航行器的信号传播时间和等效声速来估计水下航行器的位置,但各信标到水下航行器的等效声速估计存在误差,导致定位误差较大,且随着导航距离的增加,定位误差呈增长趋势。针对这一问题,提出了一种基于粒子滤波的水声导航定位方法,将等效声速和水下航行器的位置作为估计状态参量,通过测量信标信号到水下航行器的传播时间,建立粒子滤波模型对其位置进行估计,准确地估计并跟踪等效声速变化,从而提高定位精度,减小估计误差。仿真结果表明,在水下航行器初始位置未知的情况下,与常规方法相比,文中所提方法的定位精度提高了4倍左右。

水声信道有效声速估计方法及空间特征分析

为准确快速获取水声信道有效声速以提高水声测距及定位精度,提出了一种分层海洋介质中空间有效声速的快速估计方法.该方法考虑了信道多途的影响,对浅海信道和深海信道中有效声速的计算均适用,尤其对于有效声速随空间变化复杂的浅海信道.该方法不需对空间各点声场进行计算,大大减小了计算量,易于实际工程应用.通过仿真和海试数据分析,得到了各环境要素对有效声速估计的影响规律及浅海信道有效声速空间变化的基本特征,验证了有效声速估计方法的有效性.

冲绳海槽南部多波束海底地形虚拟视景仿真初探

针对冲绳海槽南部海底地形,首先根据等效声速剖面原理处理原始多波束地形数据,使得多波束条带之间拼接良好;然后以Creator和Creator Terrain Studio为主要工具,生成地形和纹理数据集以构建海底地形场景库;最后在Vega Prime运行环境中进行交互。利用多通道实时渲染和立体投影技术,使用户最终得到对虚拟图像的真实感、立体感和沉浸感。

浅海海底控制点水平坐标的简化计算方法

提出了一种在声速剖面未知的条件下计算海底控制点水平坐标的方法,根据流体静力学方程将海底应答器的压力值转化为深度值,并以此深度值作为等效声速剖面法的参考深度,基于等效声速剖面法与船底换能器到海底应答器声波的传播时间计算各历元的测距值,通过圆走航利用距离交会法确定海底控制点水平方向的坐标。松花湖的实验表明,这种方法可以获得较高精度的浅海海底控制点水平方向的坐标。

深海分层介质中的无源声定位时差交会特性

利用无源声信号的到达时差对目标入水点进行定位在浅海中已有成功应用,但在深海条件下因测量区域变大、声传播路径弯曲、测量条件受限等因素,定位性能不确定度增加.针对这一问题,建立基于水平分层介质假设的多基站时差定位模型,对比了等声速介质信道与水平分层介质信道定位求解的性能差异,并结合西北太平洋夏季环境条件下的仿真算例对模型进行了验证.研究揭示了有明显等效声速差异条件下的深海时差交会变异性特征,当两基站的等效声速相接近时,等时差线趋于标准双曲线样式;当两基站的等效声速相差较大时,等时差线呈现不规则分布,一侧趋于闭合,另一侧趋于平行,且多个基站等时差线均位于闭合一侧时,定位性能明显下降.在测量系统论证和设计时应充分考虑时差交会特性,结合具体海区环境条件合理选取基阵构型和布设深度.