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顾及波束入射角的常梯度声线跟踪水下定位算法 被引量：25
1
作者 辛明真 阳凡林 +2 位作者 薛树强 王振杰 韩云峰 《测绘学报》 EI CSCD 北大核心 2020年第12期1535-1542,共8页
海水声速的时空变化会使声波沿传播方向发生折射,有效消除声波的折射效应对提高水下声学定位精度至关重要。在声速剖面已知的情况下,声线跟踪是削弱折射效应的有效方法。但现有的声线跟踪方法要求波束入射角为已知,而基于距离交会原理... 海水声速的时空变化会使声波沿传播方向发生折射,有效消除声波的折射效应对提高水下声学定位精度至关重要。在声速剖面已知的情况下,声线跟踪是削弱折射效应的有效方法。但现有的声线跟踪方法要求波束入射角为已知,而基于距离交会原理的水下声学定位系统通常未对波束入射角进行直接观测。针对上述问题,提出了顾及波束入射角的常梯度声线跟踪水下定位算法,采用搜索法确定波束入射角,通过对声线跟踪与定位解算的迭代计算,实现波束入射角和目标坐标的渐次修正。为进一步提高计算效率,提出了迭代求解超越方程的解算法。试验结果表明,本文方法有效利用声速剖面消除了声线折射效应的影响,且解算法计算效率优于搜索法。 展开更多
关键词 水下声学定位 常梯度声线跟踪 折射效应 声速剖面 长基线系统 波束入射角
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顾及姿态角的多波束声线精确跟踪方法 被引量：18
2
作者 何林帮 赵建虎 +2 位作者 张红梅 王晓 严俊 《哈尔滨工程大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第1期46-50,共5页
传统声线跟踪方法中波束初始入射角的计算采用理想状态下多波束提供的波束分配角,未顾及或未完全顾及船体姿态角的影响进而导致波束海底投射点归位计算带入显著性误差问题。针对此问提出了一种顾及姿态角影响的声线精确跟踪方法,该方法... 传统声线跟踪方法中波束初始入射角的计算采用理想状态下多波束提供的波束分配角,未顾及或未完全顾及船体姿态角的影响进而导致波束海底投射点归位计算带入显著性误差问题。针对此问提出了一种顾及姿态角影响的声线精确跟踪方法,该方法通过研究船体姿态影响下的多波束换能器状态,给出了波束声线实际传播面,并推导出了传播面内波束声线的实际初始入射角,结合声速剖面,最终根据常梯度声线跟踪得到了准确的测深点三维坐标。通过实验比较传统声线跟踪方法和精确声线跟踪方法计算波束在海底投射点的坐标精度,验证了精确声线跟踪方法克服了传统声线跟踪的不足,显著地提高了多波束测深的精度。 展开更多
关键词 多波束测深系统 波束脚印 初始入射角 姿态角 常梯度声线跟踪
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一种基于常梯度模板插值的声线跟踪算法 被引量：10
3
作者 赵建虎 张红梅 吴猛 《武汉大学学报（信息科学版）》 EI CSCD 北大核心 2021年第1期71-78,共8页
常梯度声线跟踪在计算波束脚印位置时精度高,但过程复杂、效率低,应用于深海测量时尤为严重,因此提出了一种基于常梯度声线跟踪模板的波束点插值计算方法。首先研究了基于常梯度声线跟踪模板进行波束点位插值计算的理论基础,发现通过模... 常梯度声线跟踪在计算波束脚印位置时精度高,但过程复杂、效率低,应用于深海测量时尤为严重,因此提出了一种基于常梯度声线跟踪模板的波束点插值计算方法。首先研究了基于常梯度声线跟踪模板进行波束点位插值计算的理论基础,发现通过模板差值可以确定波束足迹;然后提出了基于常梯度模板插值的声线跟踪算法,主要包括常梯度声线跟踪模板构建、过跟踪和欠跟踪算法、吃水影响及补偿模型,并在此基础上,将该算法应用于浅水、中水和深水声线跟踪计算。实验结果表明,该方法在确保跟踪精度的同时,可以大幅度提高计算效率。 展开更多
关键词 常梯度声线跟踪 波束脚印 模板插值 计算效率
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顾及收发分置影响的海洋大地基准声线跟踪定位方法 被引量：6
4
作者 辛明真 葛茂荣 +4 位作者 阳凡林 刘焱雄 鲍李峰 石波 罗宇 《地球物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2022年第10期3809-3817,共9页
海水声速变化引起的声波折射效应是影响海洋大地基准定位精度的关键因素之一,声线跟踪是已知准确声速剖面情况下消除折射效应的有效方法.然而现有的水声测距定位解算广泛基于收发同置假设,即认为声波的往返路径和测量载体的位置在较短... 海水声速变化引起的声波折射效应是影响海洋大地基准定位精度的关键因素之一,声线跟踪是已知准确声速剖面情况下消除折射效应的有效方法.然而现有的水声测距定位解算广泛基于收发同置假设,即认为声波的往返路径和测量载体的位置在较短的观测时延内不会发生变化,导致海洋大地基准的深海定位结果引入较大误差.针对上述问题,提出了顾及收发分置影响的海洋大地基准声线跟踪定位方法,基于往返时延差最小原则结合常梯度声线跟踪搜索得到目标最优坐标,进一步提出了基于声线距离分配往返时延的牛顿迭代解算法以提高计算效率,最后通过深海试验证明了顾及收发分置影响的海洋大地基准声线跟踪定位方法的有效性. 展开更多
关键词 海洋大地基准 收发分置 折射效应 常梯度声线跟踪 声速剖面 波束入射角
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K-Means++的声速剖面精简方法 被引量：6
5
作者 王振杰 刘杨范 +2 位作者 赵爽 王柏杨 孟庆波 《哈尔滨工程大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第7期985-990,共6页
在深海定位中,声线传播距离长、声速剖面层数多,采用常梯度声线跟踪虽然提高了定位精度,但明显降低了定位的计算效率。针对这一问题,本文引入优化聚类算法,提出了一种基于K-Means++的声速剖面精简方法。该方法将原始声速剖面的梯度分为... 在深海定位中,声线传播距离长、声速剖面层数多,采用常梯度声线跟踪虽然提高了定位精度,但明显降低了定位的计算效率。针对这一问题,本文引入优化聚类算法,提出了一种基于K-Means++的声速剖面精简方法。该方法将原始声速剖面的梯度分为正负2个部分,采用K-Means++对每部分进行初始聚类,再对聚类后的每一簇进行不同类别数的K-Means++聚类,将相邻相同类的层合并后得到精简声速剖面。采用精简声速剖面进行水下定位,并与原始声速剖面定位效果对比。实验结果表明:本文方法在确保原始声速剖面空间结构和水下定位精度的前提下,显著提高了定位计算效率,且在不同深度的定位精度与原始声速剖面定位精度保持一致。 展开更多
关键词 声速剖面 精简 K-Means++ 常梯度声线跟踪 浮标定位 非等间距分层 不同深度 梯度 效率
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基于时间分解的多波束常梯度声线跟踪方法 被引量：1
6
作者 胡俊 李治远 +1 位作者 豆虎林 吴永亭 《海洋科学进展》 CAS CSCD 北大核心 2023年第1期157-166,共10页
针对多波束常梯度声线跟踪计算耗时和声速剖面简化导致计算精度下降的问题,在对多波束常梯度声线跟踪理论进行分析的基础上,提出了一种基于时间分解的常梯度声线跟踪方法。将波束在层内的传播时间分解为与波束入射角无关的固定项和有关... 针对多波束常梯度声线跟踪计算耗时和声速剖面简化导致计算精度下降的问题,在对多波束常梯度声线跟踪理论进行分析的基础上,提出了一种基于时间分解的常梯度声线跟踪方法。将波束在层内的传播时间分解为与波束入射角无关的固定项和有关的变化项,固定项对于每个声速剖面仅需计算一次,对变化项采用麦克劳林公式展开得到其一阶近似,简化了层内传播时间和水平位移的计算;同时仅对变化项应用简化的声速剖面,降低剩余传播时间计算误差。实验结果证明当波束角小于50°、层间距小于50 m或上下层声速差小于20 m/s时,近似模型与常梯度算法精度相当,时间分解法在声速剖面层间距增大时能显著提高声线跟踪的精度。 展开更多
关键词 多波束测深 常梯度声线跟踪 时间分解 近似模型
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超短基线水声定位的波束入射角迭代修正方法
7
作者 高兴国 卫进进 +3 位作者 辛明真 常增亮 吴超逸 曲萌 《海洋学报》 CAS CSCD 北大核心 2023年第9期168-176,共9页
海水介质的不均匀性导致声波传播过程会产生折射效应,采用平面声基阵的超短基线系统在测量过程中会受到该现象的影响,从而使测量结果产生较大的误差,通常采用声线跟踪的方法利用实测声速剖面进行声线修正。准确的波束入射角是确保声线... 海水介质的不均匀性导致声波传播过程会产生折射效应,采用平面声基阵的超短基线系统在测量过程中会受到该现象的影响,从而使测量结果产生较大的误差,通常采用声线跟踪的方法利用实测声速剖面进行声线修正。准确的波束入射角是确保声线跟踪精度的前提,超短基线系统是利用声学相位差推算得到近似波束入射角,而利用近似波束入射角进行声线跟踪会造成一定的精度损失。针对上述问题,本文提出了一种超短基线水声定位的波束入射角迭代修正方法,基于常梯度声线跟踪构建起了波束入射角与传播时间的迭代计算关系,采用埃特金加速法实现了波束入射角的非线性方程快速解算。通过仿真实验证明本文提出方法能够实现波束入射角与目标位置的准确计算,有效消除了折射效应对超短基线水下定位的影响。 展开更多
关键词 超短基线 常梯度声线跟踪 波束入射角 声速剖面 埃特金加速法
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多波束波束脚印坐标的两种计算方法对比分析
8
作者 孙涛 何林帮 《海洋测绘》 CSCD 北大核心 2022年第2期12-16,32,共6页
针对目前两种船体坐标系下多波束波束脚印坐标计算方法的争论,即其一,先根据船体姿态角确定波束初始入射角后,再通过声线跟踪模型获取海底波束脚印坐标值;其二,先假设换能器处于水平状态,根据波束导向角结合声线跟踪模型计算海底波束脚... 针对目前两种船体坐标系下多波束波束脚印坐标计算方法的争论,即其一,先根据船体姿态角确定波束初始入射角后,再通过声线跟踪模型获取海底波束脚印坐标值;其二,先假设换能器处于水平状态,根据波束导向角结合声线跟踪模型计算海底波束脚印坐标,再乘以船体姿态角矩阵,最终获得实际传播的波束脚印坐标值。为了证明上述两种方法是否具有等价性,对两者分别建立了波束脚印计算的数学模型,并通过相同序号波束的方位角、X坐标、Y坐标及Z坐标四维参数的对比分析,证明了这两个模型的非等价性。这个证明也能够为实际的多波束测深工程应用提供有用的参考依据。 展开更多
关键词 多波束测深系统 波束脚印 初始入射角 姿态角 常梯度声线跟踪
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关于多波束声速剖面改正问题的探讨 被引量：12
9
作者 周坚 周青 +2 位作者 吕良 陈春 黄海轮 《海洋测绘》 2014年第4期62-65,68,共5页
简要介绍了声线跟踪计算中比较精确的常梯度声线跟踪算法,针对实际声速剖面测量中可能出现的随机误差和整体偏差两种情况,分别设计了相对应的模拟声速剖面,然后采用常梯度声线跟踪算法计算波束脚印,分析声速剖面误差对波束脚印计算的影... 简要介绍了声线跟踪计算中比较精确的常梯度声线跟踪算法,针对实际声速剖面测量中可能出现的随机误差和整体偏差两种情况,分别设计了相对应的模拟声速剖面,然后采用常梯度声线跟踪算法计算波束脚印,分析声速剖面误差对波束脚印计算的影响,给出了实际多波束测量作业中声速剖面测定密度和间隔的建议。 展开更多
关键词 多波束测深 声速剖面 入射角 波束脚印 常梯度声线跟踪算法
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