基于多波束测深声呐波束图像的水深范围快速提取方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN113848556A(43)申请公布日2021.12.28(21)申请号202111145899.2(22)申请日2021.09.28(71)申请人哈尔滨工程大学地址150001黑龙江省哈尔滨市南岗区南通大街145号(72)发明人周天袁伟家徐超陈宝伟杜伟东李海森(74)专利代理机构成都方圆聿联专利代理事务所(普通合伙)51241代理人邓永红(51)Int.Cl.G01S15/89(2006.01)G01S7/52(2006.01)权利要求书1页说明书5页附图4页(54)发明名称基于多波束测深声呐波束图像的水深范围快速提取方法(57)摘要本发明的目的在于提供基于多波束测深声呐波束图像的水深范围快速提取方法，提取的深度结果可用于多波束测深声呐系统工作参数尤其是深度上下限实时控制。多波束系统采集各通道信号回波，模数转换后通过波束形成得到波束图像。为抑制海底直达波的旁瓣泄漏并实现噪声抑制，需要对波束图像进行预处理。随机选取波束图像中K个位置作为搜索点起始位置，通过比较邻近元素大小更新结果矩阵并更新搜索点的位置直到迭代停止。为得到精确的深度范围，需要对提取的搜索点深度坐标进行二次拟合，并剔除潜在异常值。该方法用于整幅波束图像的处理，提取结果不受门限参数影响且处理速度快。CN113848556ACN113848556A权利要求书1/1页1.基于多波束测深声呐波束图像的水深范围快速提取方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：为抑制海底直达波的旁瓣泄漏并实现噪声抑制，对波束图像进行预处理；S2：新建一与波束矩阵X同规模的结果矩阵Rp，并随机选取K个位置作为搜索点起始位置；通过比较周围元素大小不断更新结果矩阵并更新搜索点的位置直到迭代停止；S3：依据波束数目确定窗长度，对深度坐标值进行二次拟合，剔除潜在深度异常值，得到最终深度范围提取结果。2.根据权利要求1所述的基于多波束测深声呐波束图像的水深范围快速提取方法，其特征在于，S1具体包括以下过程：波束矩阵XM×N中对每一个采样点n对应的所有波束x(n)进行如下处理：TXM×N＝[x1(n)，x2(n)，…，xM(n)]TRM×N＝[r1(n)，r2(n)，…，rM(n)]式中：M和N分别为波束形成的预成波束总数及采样点总数，xm(n)为X在第n个采样点时刻第m个波束的值，经处理后得到rm(n)，R为预处理后的波束矩阵。3.根据权利要求1所述的基于多波束测深声呐波束图像的水深范围快速提取方法，其特征在于，S2具体包括以下步骤：21：新建一与波束矩阵X同规模的结果矩阵Rp并将所有元素置零；22：对波束图像矩阵R初始化K个搜索起始点；23：迭代更新搜索点位置，得到结果矩阵Rp。4.根据权利要求3所述基于多波束测深声呐波束图像的水深范围快速提取方法，其特征在于，22中每个搜索点在矩阵Rp中的位置记为(i，j)，分布范围为1≤i≤M，1≤j≤N，搜索点横坐标均匀分布于不同波束中，纵坐标起始点选取上一帧的深度结果对应的采样点附近，若不存在上一帧结果，则随机选取纵坐标位置。5.根据权利要求3所述基于多波束测深声呐波束图像的水深范围快速提取方法，其特征在于，23中水平与垂直方向上对应横坐标的更新迭代根据搜索点是否处于边界分为两种情况，处于边界时搜索点向边界内移动，处于边界外以相同概率向左右或上下移动一格；同时根据T(t)＝T(0)/log2(t)降低系统在t时刻温度至T(t)，其中T(0)为系统初始温度，T(0)＝max(R)‑min(R)，迭代终止条件为设定的阈值Tt，若T(t)＜Tr则迭代终止，此时以Rp每一列的均值Tr＝(t1，t2，...，tN)作为阈值，依次对Rp各列小于阈值的元素置0。6.根据权利要求1所述的基于多波束测深声呐波束图像的水深范围快速提取方法，其特征在于，S3具体包括以下步骤：31：提取矩阵Rp中所有非0元素并进行坐标转换；32：对深度范围内的所有坐标结果进行异常值剔除。7.根据权利要求6所述的基于多波束测深声呐波束图像的水深范围快速提取方法，其特征在于，32中对所有水平和垂直距离的坐标x和y进行滑动二次拟合并剔除异常值得到最终的深度范围信息。2CN113848556A说明书1/5页基于多波束测深声呐波束图像的水深范围快速提取方法技术领域[0001]本发明涉及一种图像处理及信号提取技术，特别涉及基于多波束测深声呐波束图像的水深范围快速提取方法。背景技术[0002]多波束系统在航道测量，海底地形图绘制发挥了重要作用，海上测量作业过程中需要人为对测量参数进行控制，其中最重要的参数之一是深度上下限，此外其余参数如功率，Ping率，脉宽等参数选择需要参考深度信息决定。而多波束测深声呐系统虽然能够实时获取深度信息，但是存