專利名稱：基于總傳播誤差濾波器的多波束數(shù)據(jù)處理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種多波束數(shù)據(jù)處理方法，尤其是一種基于總傳播誤差濾波器的多波束數(shù)據(jù)處理方法。
背景技術(shù)：
由于噪聲、換能器表面水體氣泡、聲線彎曲等因素影響，多波束水深測(cè)量數(shù)據(jù)中不可避免地存在粗差，給準(zhǔn)確反映海底地形特征帶來困難，甚至導(dǎo)致整批資料作廢。因此，粗差剔除是多波束數(shù)據(jù)處理和海底地形特征研究的必經(jīng)環(huán)節(jié)。傳統(tǒng)多波束數(shù)據(jù)粗差剔除方法是基于測(cè)線的人機(jī)交互式編輯，效率較低，且容易受主觀性判斷影響，造成假地形的出現(xiàn)。在海底地形連續(xù)變化的假設(shè)條件下，國(guó)內(nèi)外研究人員提出了一些自動(dòng)濾波算法剔除水深測(cè)量粗差，這些方法包括最大和最小水深門限法、中值和標(biāo)準(zhǔn)偏差跳點(diǎn)剔除法、趨勢(shì)面法、基于抗差M估計(jì)的選權(quán)迭代加權(quán)平均法等。上述這些方法多是基于數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)特性，或者是根據(jù)測(cè)區(qū)先驗(yàn)的地形模型進(jìn)行濾波的，并沒有考慮數(shù)據(jù)自身誤差的大小，濾波器設(shè)置嚴(yán)格容易造成海底地形細(xì)節(jié)損失。其中，最大和最小水深門限法僅能適合于平坦海底區(qū)域數(shù)據(jù)處理，中值濾波法和趨勢(shì)面法則容易造成海底地形細(xì)節(jié)的損失。目前，多波束海底地形數(shù)據(jù)的粗差自動(dòng)濾波剔除方法研究是該領(lǐng)域的熱點(diǎn)和重點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了解決上述技術(shù)的不足而設(shè)計(jì)的一種準(zhǔn)確度更高的基于總傳播誤差濾波器的多波束數(shù)據(jù)處理方法。本發(fā)明所設(shè)計(jì)的基于總傳播誤差濾波器的多波束數(shù)據(jù)處理方法，它主要包括對(duì)多波束水深測(cè)量?jī)x采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理的步驟，其特征是具體包括以下步驟A、對(duì)水深測(cè)量數(shù)據(jù)劃分網(wǎng)格的步驟；B、計(jì)算水深測(cè)量數(shù)據(jù)的總傳播誤差的步驟；C、水深測(cè)量數(shù)據(jù)的總傳播誤差濾波步驟；D、計(jì)算海底地形模型每一個(gè)網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)值的步驟在A步驟中包括以測(cè)量水深的5%作為網(wǎng)格的長(zhǎng)度和寬度對(duì)一次多波束測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行劃分；要求水深點(diǎn)與節(jié)點(diǎn)距離不大于水深值的5%，這是因?yàn)橥ǔＧ闆r下我們認(rèn)為節(jié)點(diǎn)周圍較小范圍內(nèi)水深變化很小或連續(xù)變化。在B步驟中包括依據(jù)公式 ζ = r cos ρ cos ( θ +R)x=x0 + - cos2 ρ cos2 (6>+R) cos a_y = y0 + r^l - cos2cos2 (倂R) sin α計(jì)算出平面坐標(biāo)總傳播誤差(HXTPE、HyTPE)和垂向測(cè)深總傳播誤差DzTPE,其中r為多波束聲納測(cè)量斜距，θ為波束角，ρ為波束縱搖角，
4R為波束橫搖角，^和7。為GPS定位原點(diǎn)坐標(biāo)，α為測(cè)線航向，上述內(nèi)容基于多波束水深測(cè)量誤差傳播定律。在C步驟中包括利用IHO標(biāo)準(zhǔn)設(shè)置總傳播誤差濾波器對(duì)水深測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波，所述的總傳播誤差濾波器采用公式DzTPE^‘2 +Gxd)2，式中a為IHO特級(jí)標(biāo)準(zhǔn)誤差允許值0. 25m, b為誤差系數(shù)0. 0075，d為水深值。在D步驟中包括第一步取連續(xù)的N個(gè)水深測(cè)量數(shù)據(jù)作為基準(zhǔn)數(shù)據(jù)集，并計(jì)算出基準(zhǔn)數(shù)據(jù)集的乏和 ζ^，然后對(duì)第N個(gè)以后的測(cè)量數(shù)據(jù)逐一進(jìn)行判斷，判斷條件為測(cè)量數(shù)據(jù)的水深值與f 的差值小于4倍的當(dāng)按序檢測(cè)的數(shù)據(jù)滿足前述判斷條件時(shí)，便將這個(gè)數(shù)據(jù)加入到基準(zhǔn)數(shù)據(jù)集中重新形成基準(zhǔn)數(shù)據(jù)集，并重新計(jì)算f和^^作為后一個(gè)數(shù)據(jù)的判斷基準(zhǔn)，并繼續(xù)判斷下一個(gè)數(shù)據(jù)，當(dāng)所有數(shù)據(jù)都滿足上述判斷條件時(shí)，則將最終基準(zhǔn)數(shù)據(jù)集記為唯一獨(dú)立數(shù)劇集；當(dāng)按序檢測(cè)的數(shù)據(jù)出現(xiàn)不滿足前述判斷條件時(shí)，首先將已有的基準(zhǔn)數(shù)據(jù)集記為一個(gè)獨(dú)立數(shù)劇集，并將集中數(shù)據(jù)的數(shù)量記為該獨(dú)立數(shù)劇集的密度，再重復(fù)本第一步操作，以獲得其它的獨(dú)立數(shù)劇集及該獨(dú)立數(shù)劇集對(duì)應(yīng)的密度，直至所有數(shù)據(jù)判斷完全或余量小于N ；第二步對(duì)于存在唯一獨(dú)立數(shù)劇集的網(wǎng)格，將該唯一獨(dú)立數(shù)劇集的乏作為該網(wǎng)格的節(jié)點(diǎn)值；對(duì)于存在兩個(gè)以上獨(dú)立數(shù)劇集的網(wǎng)格，首先尋找與該網(wǎng)格相鄰的網(wǎng)格中是否存在唯一獨(dú)立數(shù)劇集，若存在，則選取與該唯一獨(dú)立數(shù)劇集乏值最接近的本網(wǎng)格中獨(dú)立數(shù)劇集的 Z值作為該網(wǎng)格的節(jié)點(diǎn)值，若不存在，則選取本網(wǎng)格中密度最大的獨(dú)立數(shù)劇集的乏作為該網(wǎng)格的節(jié)點(diǎn)值；其中，f和/^7 ￡按如下公式計(jì)算
權(quán)利要求
1. 一種基于總傳播誤差濾波器的多波束數(shù)據(jù)處理方法，它主要包括對(duì)多波束水深測(cè)量?jī)x采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理的步驟，其特征是具體包括以下步驟A、對(duì)水深測(cè)量數(shù)據(jù)劃分網(wǎng)格的步驟；B、計(jì)算水深測(cè)量數(shù)據(jù)的總傳播誤差的步驟；C、水深測(cè)量數(shù)據(jù)的總傳播誤差濾波步驟；D、計(jì)算海底地形模型每一個(gè)網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)值的步驟在A步驟中包括以測(cè)量水深的5%作為網(wǎng)格的長(zhǎng)度和寬度對(duì)一次多波束測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行劃分； 在B步驟中包括依據(jù)公式 ζ = r cos ρ cos ( θ +R) x=x0 + r小-cos2 ρ cos2 (^+R) cos αy = j0 +r^l-cos2cos2 (倂R) sin α計(jì)算出平面坐標(biāo)總傳播誤差(HXTPE、HyTPE)和垂向測(cè)深總傳播誤差DzTPE,其中r為多波束聲納測(cè)量斜距，θ為波束角，ρ為波束縱搖角，R為波束橫搖角，X0和y。為GPS定位原點(diǎn)坐標(biāo)，α為測(cè)線航向； 在C步驟中包括利用IHO標(biāo)準(zhǔn)設(shè)置總傳播誤差濾波器對(duì)水深測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波，所述的總傳播誤差濾波器采用公式DzTPE彡^a2+(bxCb1，式中a為IHO特級(jí)標(biāo)準(zhǔn)誤差允許值0. 25m，b為誤差系數(shù)0. 0075，d為水深值； 在D步驟中包括第一步取連續(xù)的N個(gè)測(cè)量數(shù)據(jù)作為基準(zhǔn)數(shù)據(jù)集，并計(jì)算出基準(zhǔn)數(shù)據(jù)集的f和， 然后對(duì)第N個(gè)以后的測(cè)量數(shù)據(jù)逐一進(jìn)行判斷，判斷條件為測(cè)量數(shù)據(jù)的水深值與乏的差值小于4倍的/yPE;當(dāng)按序檢測(cè)的數(shù)據(jù)滿足前述判斷條件時(shí)，便將這個(gè)數(shù)據(jù)加入到基準(zhǔn)數(shù)據(jù)集中重新形成基準(zhǔn)數(shù)據(jù)集，并重新計(jì)算f和^^作為后一個(gè)數(shù)據(jù)的判斷基準(zhǔn)，并繼續(xù)判斷下一個(gè)數(shù)據(jù)， 當(dāng)所有數(shù)據(jù)都滿足上述判斷條件時(shí)，則將最終基準(zhǔn)數(shù)據(jù)集記為唯一獨(dú)立數(shù)劇集；當(dāng)按序檢測(cè)的數(shù)據(jù)出現(xiàn)不滿足前述判斷條件時(shí)，首先將已有的基準(zhǔn)數(shù)據(jù)集記為一個(gè)獨(dú)立數(shù)劇集，并將集中數(shù)據(jù)的數(shù)量記為該獨(dú)立數(shù)劇集的密度，再重復(fù)本第一步操作，以獲得其它的獨(dú)立數(shù)劇集及該獨(dú)立數(shù)劇集對(duì)應(yīng)的密度，直至所有數(shù)據(jù)判斷完全或余量小于N ；第二步對(duì)于存在唯一獨(dú)立數(shù)劇集的網(wǎng)格，將該唯一獨(dú)立數(shù)劇集的乏作為該網(wǎng)格的節(jié) ；^^ {自，對(duì)于存在兩個(gè)以上獨(dú)立數(shù)劇集的網(wǎng)格，首先尋找與該網(wǎng)格相鄰的網(wǎng)格中是否存在唯一獨(dú)立數(shù)劇集，若存在，則選取與該唯一獨(dú)立數(shù)劇集乏值最接近的本網(wǎng)格中的獨(dú)立數(shù)劇集的Z 值作為該網(wǎng)格的節(jié)點(diǎn)值，若不存在，則選取本網(wǎng)格中密度最大的獨(dú)立數(shù)劇集的乏作為該網(wǎng)格的節(jié)點(diǎn)值；其中，乏和^^按如下公式計(jì)算
全文摘要
本發(fā)明所設(shè)計(jì)的基于總傳播誤差濾波器的多波束數(shù)據(jù)處理方法，它主要包括對(duì)多波束水深測(cè)量?jī)x采集的水深數(shù)據(jù)進(jìn)行處理的步驟，其特征是具體包括以下步驟A、對(duì)水深測(cè)量數(shù)據(jù)劃分網(wǎng)格的步驟；B、計(jì)算水深測(cè)量數(shù)據(jù)的總傳播誤差的步驟；C、水深測(cè)量數(shù)據(jù)的總傳播誤差濾波步驟；D、計(jì)算海底地形模型每一個(gè)網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)值的步驟本發(fā)明所設(shè)計(jì)的基于總傳播誤差濾波器的多波束數(shù)據(jù)處理方法，經(jīng)與常規(guī)多波束數(shù)據(jù)處理方法對(duì)比后發(fā)現(xiàn)，在數(shù)據(jù)處理效率、模型精度(海底地形細(xì)節(jié)表現(xiàn))等方面都有較大的改進(jìn)。依據(jù)IHO標(biāo)準(zhǔn)設(shè)置總傳播誤差濾波器進(jìn)行多波束數(shù)據(jù)粗差自動(dòng)剔除，數(shù)據(jù)處理效率提高了4倍，適合于海量海底地形數(shù)據(jù)的處理。
文檔編號(hào)G01S15/08GK102419436SQ20111026432
公開日2012年4月18日 申請(qǐng)日期2011年9月8日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月8日
發(fā)明者吳自銀, 李守軍 申請(qǐng)人:國(guó)家海洋局第二海洋研究所