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专利号: 2023108689242
申请人: 山东科技大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2025-10-10
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种机载激光测深波形旅行时提取方法,其特征在于,包括:步骤1:利用Gold去卷积恢复目标横截面形状,选取海面、海底初始位置参数,确定海面及海底初始范围;

步骤2:基于海面及海底初始范围,选取水体有效范围,采用双指数函数拟合水体有效回波,并依据水体回波获取该波形的漫衰减系数Kd值;

步骤3:利用Kd值对海底初始范围内波形进行增强,并采用高斯函数分解增强信号,获取海底位置时刻,完成旅行时提取;

步骤1包括:

步骤1.1:对于离散的机载激光测深系统,其接收波形看作发射波形与目标横截面的卷积,如公式(1)所示:(1);

式中,y(i)代表接收波形,h代表脉冲响应函数,i代表波形中第i个样本点, k(n)代表第n个位置的目标横截面,N为h的接收波形样本数;

步骤1.2:机载激光测深过程中,发射波形与接收波形均为全记录采集,采用Gold去卷积避免式(1)中迭代不稳定的病态过程,将迭代收敛于约束子空间的最小二乘估计避免去卷积结果出现负值解,如公式(2)所示: (2);

T

式中, 表示第n个波形的目标横截面,y'=H y,H代表发射波形,y=y(i)代表T接收波形,A为系数矩阵,A=HH,j代表发射波形的样本数;

步骤1.3:利用Gold去卷积所恢复的目标横截面形状,选取峰值位置作为海面海底初始位置,对原始接收波形采用线性插值法计算初始范围的起始与结束点,如公式(3)所示:(3);

式中,z(s)为第s点对应的纵坐标,x(s)为第s点对应的横坐标,x为线性插值所求海面及海底初始范围的起始点与结束点;

步骤2中漫衰减系数Kd值的获取包括:

步骤2.1:针对Gold去卷积所确定的海面及海底初始位置参数,采用高斯函数对海面及海底回波进行拟合,分解得到优化后的海面及海底反射回波,高斯函数基本形式y(q t)如公式(4)所示:(4);

式中,Rv、μv、σv代表波峰振幅、波峰位置以及高斯标准差;

步骤2.2:从原始接收波形中剔除高斯分解后的海面及海底信号获取水体初始回波,并选取水体初始回波与原始接收回波的第一个交点作为水体有效范围起始点,海底初始范围最左侧点作为水体有效范围结束点,在此范围内采用双指数函数拟合水体有效信号fex(t),如公式(5)所示:(5);

式中,a、b、c代表指数函数的三个端点,Ea、Eb、Ec为三个端点的振幅值;

步骤2.3:基于机载激光测深系统在某水深的水体散射回波方程,构建基于机载激光测深水体有效回波的漫衰减系数提取模型,求取过程如公式(6)所示: (6);

其中,nw为水体折射率,cw为光速,Kd1为ab段Kd值,Kd2为bc段Kd值,Δt1为ab段长度,Δt2为bc段长度,Kd'为加权平均后的波形漫衰减系数值。

2.根据权利要求1所述的机载激光测深波形旅行时提取方法,其特征在于:步骤3包括:步骤3.1:系统硬件及环境条件对机载激光测深海底回波信号的贡献表示为公式(7): (7);

其中,Pb(D)表示深度D时的海底反射回波强度,Pe表示激光发射强度, 表示大气双程损失因子,AR表示激光接收器的视场面积,ηe和ηR分别表示激光发射器的光学效率和激光接收器的光学效率,F表示接收视场角损失因子,LS是表示表面反照率,Rb表示底部反射率,θ表示激光传入水体时的入射角, 表示飞机航高,D是所测水深;

步骤3.2:基于步骤1.3所求海底初始范围与步骤2.3所求Kd',结合公式(7)对每一束激光测深点对应的海底初始回波进行增强,增强公式如(8)所示:(8);

*

式中,Pb (D)表示经过增强后的海底回波信号;Dt表示海底反射波形每个采样时刻所对应的深度值;

步骤3.3:对增强后的海底回波采用高斯函数进行分解,获取准确的海底位置时刻,并结合步骤2.1所求海面位置时刻,提取波形水下旅行时。