一種高精度海底地形地貌圖的獲取方法及系統與流程

2023-04-26 11:29:12 1

本發明涉及海洋探測技術領域，特別是涉及一種高精度海底地形地貌圖的獲取方法及系統。

背景技術：

圍繞海洋的科學研究、資源開發、工程建設以及軍事等活動，通常都需要準確地獲取所關注區域內的海底地形地貌信息作為基礎資料與支撐依據。因此，如何去了解海洋地形地貌信息，對海洋地形地貌信息進行有效的測繪，獲取海洋地形地貌信息圖譜，成為了目前海洋資源開發中的重要問題.

測深側掃聲納是由側掃聲納發展而來的，很好的延續了傳統側掃聲納的側掃功能，同時具備了相應的測深功能，能夠實現海底地形、地貌的同步測量。海洋測繪中的側掃圖和地形圖蘊含著不同的信息，兩者的相互對照，往往可以獲得更多的信息。然而，潛水器的姿態、左右舷位置，以及導航精度均會對測深側掃聲納探測結果的成圖產生影響。因此，如何根據潛水器獲得的豐富數據快速的形成高精度的海底地形地貌圖成為本領域亟需解決的問題。

技術實現要素：

本發明的目的是提供一種海底地形地貌圖的獲取方法及系統，使得由該獲取方法及系統獲得的海底地形地貌圖與真實的海底地形地貌更接近，圖像精度更高，並且成圖速度較快。

為實現上述目的，本發明提供了一種海底地形地貌圖的獲取方法，所述獲取方法包括：

讀取導航數據，所述導航數據包括超短基線定位系統記錄的定位數據和航行控制計算機記錄的高度計數據、深度計數據、都卜勒計程儀數據及運動傳感器數據；

利用所述導航數據中的有效導航數據替換測深側掃聲納的探測數據中的導航數據，得到重寫後探測數據，所述有效導航數據為大於有效深度閾值且經過剔除跳點後得到的導航數據；

對所述重寫後探測數據進行剔除、校正和濾波處理，得到初級探測數據；

對所述初級探測數據中的測深數據進行處理，得到處理後的測深數據；

對所述初級探測數據中的側掃數據進行處理，得到處理後的側掃數據；

利用所述處理後的測深數據和所述處理後的側掃數據替換所述初級探測數據，得到最終探測數據；

利用所述最終探測數據進行成圖，得到海底地形地貌圖。

可選的，所述利用所述導航數據中的有效導航數據替換測深側掃聲納的探測數據中的導航數據，得到重寫後探測數據，具體包括：

截取所述導航數據中的初級導航數據，所述初級導航數據為所述深度計數據大於所述有效深度閾值的深度值對應的導航數據；

判斷所述初級導航數據中的深度計數據與所述定位數據中的深度值的差值是否大於深度差閾值，得到第一判斷結果；

當所述第一判斷結果表示是時，剔除所述定位數據中的深度值、以及所述定位數據中的深度值對應的經度和維度，得到超短基線定位系統的平穩定位數據；

利用穩健局部回歸法對所述平穩定位數據進行處理，獲取最優逼近潛水器航跡；

對所述最優逼近潛水器航跡進行插值處理，得到處理後的潛水器航跡；

根據所述處理後的潛水器航跡，獲取與所述處理後的潛水器航跡對應的姿態數據，得到有效導航數據，所述有效導航數據包括所述處理後的潛水器航跡對應的數據和所述處理後的姿態數據；

利用所述有效導航數據替換所述探測數據中的導航數據。

可選的，在所述利用所述處理後的潛水器航跡對應的數據和所述處理後的姿態數據替換所述探測數據中的導航數據之後，還包括：

獲取所述有效導航數據中的航向角和所述探測數據中的航向角，所述探測數據中的航向角與所述有效導航數據中的航向角對應同一航行位置；

根據所述有效導航數據中的航向角和所述探測數據中的航向角確定時延差，所述時延差為記錄所述有效導航數據中的航向角的時間與記錄所述探測數據中的航向角的時間的差；

利用所述時延差對所述有效導航數據進行時間補償，使所述有效導航數據與所述探測數據的記錄時間一致。

可選的，所述對所述重寫後探測數據進行剔除、校正和濾波處理中對所述重寫後探測數據進行剔除處理，具體包括：

獲取重寫後探測數據中的側掃數據能量，所述側掃數據能量表示海底反射信號的強度；

獲取所述側掃數據能量小於預設能量閾值的所述側掃數據能量對應的探測數據，記為已損探測數據；

剔除所述已損探測數據，得到剔除後的探測數據。

可選的，所述對所述重寫後探測數據進行剔除、校正和濾波處理中對所述重寫後探測數據進行校正處理，具體包括：

對所述剔除後的探測數據的角度校正：

獲取歷史探測數據中海底為斜坡時對應的斜率探測數據，所述歷史探測數據為以前下潛進行測深側掃探測作業時獲得的探測數據；

令所述斜坡的延長線經過測深側掃聲納正下方的中心點，獲取海底斜坡的最佳斜率；

利用所述最佳斜率獲取歷史探測數據的角度校正曲線；

採用中值濾波濾除所述歷史探測數據的角度校正曲線中的高頻分量，得到有效角度校正曲線；

利用所述有效角度校正曲線對所述剔除後的探測數據進行角度校正，得到角度校正後的探測數據；

對所述剔除後的探測數據的左舷和右舷的位置、安裝角進行校正：

獲取所述角度校正後的探測數據中各測深點的延時和角度；

按照所述角度校正後的探測數據中的聲速將所述延時和角度轉換為斜距和角度；

根據所述斜距和角度以及兩所述測深側掃聲納的安裝偏角利用三角幾何關係計算各測深點距離測深側掃聲納正下方的水平距離和各測深點距離海底的垂直高度；

將所述水平距離加上兩所述測深側掃聲納間距的一半，得到校正後的水平距離；

根據所述校正後的水平距離、所述垂直高度利用三角幾何關係計算對應的斜距和角度；

將所述校正後的水平距離、所述垂直高度對應的斜距和角度轉換為校正後的延時和角度；

利用所述校正後的延時和角度替換所述角度校正後的探測數據中各測深點的延時和角度，得到左舷和右舷位置校正後的探測數據；

獲取所述測深側掃聲納的換能器陣的左舷安裝偏角和右舷安裝偏角；

根據所述左舷安裝偏角和右舷安裝偏角校正左舷和右舷位置校正後的探測數據，得到左舷和右舷安裝角校正後的探測數據；

對所述剔除後的探測數據進行聲速校正：

獲取聲速剖面，所述聲速剖面為溫鹽深儀記錄的聲速數據中從潛水器所在深度到海底的聲速剖面或由聲速經驗公式計算的聲速剖面；

利用所述聲速剖面校正所述剔除後的探測數據中潛水器到海底的距離，得到聲速校正後的探測數據。

可選的，所述對所述重寫後探測數據進行剔除、校正和濾波處理中對所述重寫後探測數據進行濾波處理，具體包括：

獲取所述聲速校正後的探測數據中的姿態數據，所述姿態數據包括航向角、縱傾、橫搖；

對所述姿態數據進行中值濾波和平滑，得到初級探測數據。

可選的，所述對所述初級探測數據中的測深數據進行處理，得到處理後的測深數據，具體包括：

濾除左舷距潛水器正下方中心的距離大於200m的測深數據和右舷距潛水器正下方中心的距離大於200m的測深數據，得到基本濾波後的測深數據；

利用最優擬合法獲取每一幀所述基本濾波後的測深數據的最優擬合直線，濾除距離所述最優擬合直線預設置信度區間以外測深點，得到高級濾波後的測深數據；

剔除所述高級濾波後的測深數據中的跳變測深點，得到粗剔除後的測深數據；

獲取平坦海底上兩條相互垂直的測線，記為深度測線和海底測線；

根據所述深度測線和所述粗剔除後的測深數據中的斜距和角度確定波束角度校正參數；

利用所述波束角度校正參數對波束角度進行校正，得到處理後的測深數據。

可選的，所述對所述初級探測數據中的側掃數據進行處理，得到處理後的側掃數據，具體包括：

濾除左舷距潛水器正下方中心的距離大於400m的側掃數據和右舷距潛水器正下方中心的距離大於400m的側掃數據，得到基本濾波後的側掃數據；

對所述基本濾波後的側掃數據進行底跟蹤，刪除所述基本濾波後的側掃數據中的水體數據，得到側掃數據中的海底數據；

獲取所述海底數據中無平行航跡的側掃數據；

確定所述無平行航跡的側掃數據的回波強度；

根據所述回波強度計算角度變化增益；

利用所述角度變化增益平滑左舷與右舷之間的過渡；

利用增益均衡器調整圖像的增益，得到處理後的側掃數據。

可選的，所述利用所述有效探測數據進行成圖，得到海底地形地貌圖，具體包括：

根據設定的圖像解析度，利用成圖軟體對所述有效探測數據進行成圖，得到海底地形地貌圖。

本發明還提供了一種海底地形地貌圖的獲取系統，所述獲取系統包括：

讀取單元，用於讀取導航數據，所述導航數據包括超短基線定位系統記錄的定位數據和航控計算機記錄的高度計數據、深度計數據、都卜勒計程儀數據及運動傳感器數據；

導航數據重寫單元，用於利用所述導航數據中的有效導航數據替換測深側掃聲納的探測數據中的導航數據，得到重寫後探測數據，所述有效導航數據為大於有效深度閾值且經過剔除跳點後得到的導航數據；

初級處理單元，用於對所述重寫後探測數據進行剔除、校正和濾波處理，得到初級探測數據；

測深數據處理單元，用於對所述初級探測數據中的測深數據進行處理，得到處理後的測深數據；

側掃數據處理單元，用於對所述初級探測數據中的側掃數據進行處理，得到處理後的側掃數據；

替換單元，用於利用所述處理後的測深數據和所述處理後的側掃數據替換所述初級探測數據，得到最終探測數據；

成圖單元，用於利用所述最終探測數據進行成圖，得到海底地形地貌圖。

根據本發明提供的具體實施例，本發明公開了以下技術效果：本發明通過對探測數據進行相應的剔除、校正和濾波等數據處理，獲得有效探測數據，再利用該有效探測數據進行成圖，避免了無效探測數據對成圖質量的影響，提高了成圖精度，同時剔除和濾除的大量無效數據，減少了成圖時所需要的數據數量，加快了成圖速度。實現了獲得的海底地形地貌圖與真實的海底地形地貌更接近，圖像精度更高，並且成圖速度較快的目的。

附圖說明

為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動性的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發明實施例提供的海底地形地貌圖的獲取方法的流程圖；

圖2為某潛次測深側掃聲納獲得的海底微地形地貌圖，其中圖a為地形圖，圖b為地貌圖；

圖3為本發明實施例提供的海底地形地貌圖的獲取系統的系統框圖。

具體實施方式

下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。

本發明的目的是提供一種高精度海底地形地貌圖的獲取方法及系統，使得由該獲取方法及系統獲得的海底地形地貌圖與真實的海底地形地貌更接近，圖像精度更高，並且成圖速度較快。

為使本發明的上述目的、特徵和優點能夠更加明顯易懂，下面結合附圖和具體實施方式對本發明作進一步詳細的說明。

如圖1所示，本發明提供的海底地形地貌圖的獲取方法包括：

步驟101：讀取導航數據，所述導航數據包括超短基線定位系統記錄的定位數據和航行控制計算機記錄的高度計數據、深度計數據、都卜勒計程儀數據及運動傳感器數據；

步驟102：利用所述導航數據中的有效導航數據替換測深側掃聲納的探測數據中的導航數據，得到重寫後探測數據，所述有效導航數據為大於有效深度閾值且經過剔除跳點後得到的導航數據；

步驟103：對所述重寫後探測數據進行剔除、校正和濾波處理，得到初級探測數據；

步驟104：對所述初級探測數據中的測深數據進行處理，得到處理後的測深數據；

步驟105：對所述初級探測數據中的側掃數據進行處理，得到處理後的側掃數據；

步驟106：利用所述處理後的測深數據和所述處理後的側掃數據替換所述初級探測數據，得到最終探測數據；

步驟107：利用所述最終探測數據進行成圖，得到海底地形地貌圖。

一、導航數據的處理與重寫

步驟102：利用所述導航數據中的有效導航數據替換測深側掃聲納的探測數據中的導航數據，得到重寫後探測數據，具體包括：

s1：截取所述導航數據中的初級導航數據，所述初級導航數據為所述深度計數據大於有效深度閾值的深度值對應的導航數據。

這裡的導航數據包括超短基線定位系統記錄的定位數據(以log文件形式存儲)和蛟龍號航行控制計算機記錄的高度計、深度計、都卜勒計程儀以及運動傳感器數據(以txt文件形式存儲)。在完成導航數據的讀取後，將各數據文件(超短基線定位系統記錄的定位數據log文件和航行控制計算機記錄的高度計、深度計、都卜勒計程儀以及運動傳感器的數據txt文件)的時間統一轉換為當地時間，以秒為單位。以深度計數據為標準，選取深度大於10m的時間段對應的各數據，刪除其他時間段數據，即只分析潛水器深度大於10m的數據，即在本實施方式中有效深度閾值為10m；以高度計高度小於10m的時間段對應的數據為潛水器近底巡航作業時間，其餘時間為潛水器下潛或上浮階段，因此，實際上初級導航數據是在按有效深度閾值截取後再按高度數據進行截取的導航數據。

s2：判斷所述初級導航數據中的深度計數據與所述定位數據中的深度值的差值是否大於深度差閾值，得到第一判斷結果。

s3：當所述第一判斷結果表示是時，剔除所述定位數據中的深度值、以及所述定位數據中的深度值對應的經度和維度，得到超短基線定位系統的平穩定位數據。

s4：利用穩健局部回歸法對所述平穩定位數據進行處理，獲取最優逼近潛水器航跡。

超短基線定位結果具有跳變隨機性，即航跡上的點不是按照時間先後順序依次排列的，往往兩個相鄰時刻對應的定位點在航跡圖上並不相鄰。基於加權線性最小二乘和一階多項式模型，提出了一種適用於超短基線定位數據後處理的穩健局部回歸方法。它首先通過對超短基線定位數據中的深度與潛水器深度計的深度進行比較，設置合適的門限(如20m)，剔除跳點。然後對超短基線定位數據的經度、緯度和深度數據分別利用穩健局部回歸方法處理，獲取潛水器軌跡的最優逼近，並保證潛水器航行軌跡上相鄰的點在時序上也是相鄰的，提高了導航數據的有效性。

s5：對所述最優逼近潛水器航跡插值，得到處理後的潛水器航跡；

s6：根據所述處理後的潛水器航跡，獲取與所述處理後的潛水器航跡對應時刻的處理後的姿態數據，得到有效導航數據，所述有效導航數據包括所述處理後的潛水器航跡對應的數據和所述處理後的姿態數據。

在數據平滑濾波模塊的基礎上，獲得了理想的潛水器水下作業航跡，然後對該航跡進行插值，使插值後的時間間隔為1秒，並選取對應時刻的潛水器姿態數據(航向角、縱傾，橫搖)，滿足測深側掃聲納數據處理要求，將經過處理後的潛水器航跡和姿態信息(經度、緯度、深度、航向角、縱傾，橫搖、時間)輸出至指定的數據文件，即有效導航數據數據文件，文件名以潛次和時間命名。

s7：利用所述有效導航數據替換所述探測數據中的導航數據。

具體的，是將有效導航數據數據文件按照測深側掃聲納記錄的探測數據格式重新寫入測深側掃聲納記錄的探測數據文件，用以替換探測數據文件中的導航數據(無論是錯誤的還是低精度的)。

作為一種可選的實施方式，為了使定位數據和姿態數據的時間對應一致，可以通過比較有效導航數據中的航向角和探測數據(探測數據文件)中的航向角，找出其時延差，並進行補償，進而確保新寫入的導航數據與原始測深側掃探測數據在時間上一致。其中，所述探測數據中的航向角與所述有效導航數據中的航向角對應同一航行位置，所述時延差為記錄所述有效導航數據中的航向角的時間與記錄所述探測數據中的航向角的時間的差。本實施方式主要是為了確保新寫入的導航數據與原始測深側掃探測數據在時間上一致，因此，可以通過任意兩個航行位置對應一致的兩個測量參量確定時延差，如橫搖、縱傾等等。

二、探測數據的粗差粗剔除

上述實施例中對所述重寫後探測數據進行剔除處理，具體包括：

獲取重寫後探測數據中的側掃數據能量，所述側掃數據能量表示海底反射信號的強度；

獲取所述側掃數據能量小於預設能量閾值的所述側掃數據能量對應的探測數據，記為已損探測數據；

剔除所述已損探測數據，得到剔除後的探測數據。

其中，側掃數據包括導航、姿態、時間、速度、頻率、聲速、溫度、增益以及能量等。側掃數據能量指的是海底反射信號的強度。一般來講，軟泥海底反射信號弱，側掃數據能量低；石頭等硬海底反射信號強，側掃數據能量高。設置門限值低於正常軟海底反射信號強度，是為了去除無效數據，即壞幀，而保留正常海底反射信號。側掃數據的粗差剔除是對側掃數據的處理，同時也是對測深數據的處理；測深側掃聲納每一次探測，同時得到側掃數據和測深數據。通過設置側掃數據能量門限(預設能量閾值)，剔除壞幀，不只是剔除側掃的壞幀，也是剔除對應的測深數據，以提高成圖精度和速度。

三、數據校正

1、角度偏差校正

對已有的測深側掃聲納探測數據進行分析，選取海底為具有一定斜率的斜坡對應的數據，取出某幀測深數據。已有的測深側掃聲納探測數據是指以前下潛進行測深側掃作業時獲得的數據，不是現在要處理的測深側掃數據。已有的測深側掃數據必須滿足一定要求才可以，即具有一定斜率的海底。並不是隨便某個潛次中測深側掃聲納獲得的數據。

具體的角度校正步驟如下：

獲取歷史探測數據中海底為斜坡時對應的斜率探測數據，所述歷史探測數據為以前下潛進行測深側掃探測作業時獲得的探測數據；

令所述斜坡的延長線經過測深側掃聲納正下方的中心點，獲取海底斜坡的最佳斜率；

利用所述最佳斜率獲取歷史探測數據的角度校正曲線；

採用中值濾波濾除所述歷史探測數據的角度校正曲線中的高頻分量，得到有效角度校正曲線；

利用所述有效角度校正曲線對所述剔除後的探測數據進行角度校正，得到角度校正後的探測數據。

2、左右舷位置校正

具體步驟如下：

獲取所述角度校正後的探測數據中各測深點的延時和角度；

按照所述角度校正後的探測數據中的聲速將所述延時和角度轉換為斜距和角度；

根據所述斜距和角度以及兩所述測深側掃聲納的安裝偏角利用三角幾何關係計算各測深點距離深側掃聲納正下方的水平距離和各測深點距離海底的垂直高度；

將所述水平距離加上兩所述所述測深側掃聲納間距的一半，得到校正後的水平距離；

根據所述校正後的水平距離、所述垂直高度利用三角幾何關係計算對應的斜距和角度；

將所述校正後的水平距離、所述垂直高度對應的斜距和角度轉換為校正後的延時和角度；

利用所述校正後的延時和角度替換所述角度校正後的探測數據中各測深點的延時和角度，得到左舷和右舷位置校正後的探測數據。

為了解決聲納陣間距過大造成的問題，在後處理過程中需要計入聲納換能器陣的安裝間距，對左右舷進行分別處理，然後再拼接到一起。

3、安裝角校正

現有商業軟體cleansweep中具有測深側掃聲納的換能器陣安裝角校正模塊mountanglecorrection，用於校正左舷和右舷的安裝偏角。左/右舷換能器以水平面為0°，換能器陣面向上為正，向下為負。目前，大深度載人潛水器蛟龍號上換能器陣安裝偏角均為-30°。根據該換能器陣的安裝偏角校正左舷和右舷位置校正後的探測數據，得到左舷和右舷安裝角校正後的探測數據。

4、聲速校正

對聲速的校正具體步驟包括：

獲取聲速剖面，所述聲速剖面為溫鹽深儀記錄的聲速數據中從潛水器所在深度到海底的聲速剖面或由聲速經驗公式計算的聲速剖面；

利用所述聲速剖面校正所述剔除後的探測數據中潛水器到海底的距離，得到聲速校正後的探測數據。

測深側掃聲納是根據多條線陣的相位差計算角度，並根據收發時延計算距離。由時延計算距離，需要用到聲速值。因此，聲速值或聲速剖面的正確與否直接影響到距離的計算精度，進而影響到測深側掃聲納地形探測精度。

通常，測深側掃聲納記錄的探測數據文件中包含由潛水器上溫鹽深儀實時測量的聲速值。在深海中，特別是深度大於1500m後，聲速隨深度增大而增大，深度每增加100m，聲速增大1.6m/s。通常潛水器距離海底高度為80m左右，這意味著，在深海中，潛水器高度的聲速值要比海底聲速小1.3m/s。加上存在聲速梯度，導致聲線不是按照直線傳播。因此，最好選擇從外部導入聲速剖面文件。其中，聲速剖面文件可以有兩個來源：1.潛水器一般進行近底或坐底作業，只有在進行測深側掃作業時，才會抬升至80m左右高度，進行定深航行，絕大部分情況下，可以從溫鹽深儀記錄的聲速數據中提取出從潛水器深度到海底的聲速剖面，即所需的聲速剖面；2.如果無法從溫鹽深儀記錄的聲速數據中提取出所需聲速剖面，可以通過聲速經驗公式進行計算得到。

四、姿態數據濾波

該姿態數據濾波的步驟具體包括：

獲取所述聲速校正後的探測數據中的姿態數據，所述姿態數據包括航向角、縱傾、橫搖；

對所述姿態數據進行中值濾波和平滑，得到初級探測數據。

由於測深側掃聲納記錄的探測數據文件中記錄航向角、縱傾，橫搖時開始接收時刻的姿態信息，而測深側掃聲納的單側探測距離為400m(側掃)，這意味著開始接收時刻和最後接收時刻時間間隔達0.2秒，而載人潛水器不同於水下自主航行器，其流線型設計和人為操控均無法保證潛水器姿態的平穩，因此用開始接收時刻的姿態信息代替本次測量的姿態信息並不完全精確。而通過對前後不同幀探測數據的姿態數據(航向角、縱傾，橫搖)進行中值濾波和平滑，特別是橫搖濾波，可以在一定程度上上抑制海底微地形圖的劇烈抖動，改善成圖質量，但並不能夠完全消除。

五、測深數據的處理

對測深數據進行處理的具體步驟包括：

濾除左舷距潛水器正下方中心的距離大於200m的測深數據和右舷距潛水器正下方中心的距離大於200m的測深數據，得到基本濾波後的測深數據；

利用最優擬合法獲取每一幀所述基本濾波後的測深數據的最優擬合直線，濾除距離所述最優擬合直線預設置信度區間以外測深點，得到高級濾波後的測深數據；

剔除所述高級濾波後的測深數據中的跳變測深點，得到粗剔除後的測深數據；

獲取平坦海底上兩條相互垂直的測線，記為深度測線和海底測線；

根據所述深度測線和所述粗剔除後的測深數據中的斜距和角度確定波束角度校正參數；

利用所述波束角度校正參數對波束角度進行校正，得到處理後的測深數據。

在上述處理步驟中，由於大深度潛水器上安裝的測深側掃聲納有效測深範圍為200m，超過200m，測深數據質量明顯下降，跳點增大，因此，設置左/右舷地距範圍為0～200m。直接濾出200m範圍以外的側深數據。這是最基本的測深數據濾波方式。潛水器正下方，也就是測深側掃聲納換能器陣正下方為中心點。左/右舷地距表示左右舷兩側距離這個中心點的距離。

除了最基本的設定左/右弦地距範圍為200m的濾波方式外，還可以進行更高級的濾波。其基本原理是，海底地形是連續變化的，而且測深側掃聲納的跳點數據都是偏離真實值的。因此，根據最優擬合方法，可以獲得每一幀測深數據的最優擬合直線，同時，結合所處地形起伏特點，在智能濾波器中設置一個合理的距離值，如50m，構建相應的執行度區間，則距離最優擬合直線超過50m的測深點會被自動濾除。

與人工手動剔除跳點和無效點相比，基本測深濾波和測深高級濾波的主要目的是快速的濾除無效測深數據，可以大大提高測深側掃聲納探測數據成圖效率。

基本測深濾波和測深高級濾波只能濾除有明顯特徵/規律的測深點，而對於不符合上述特徵的測深點，則還可以藉助人工手動方式剔除。這主要依賴於對海底地形的大致判斷和數據處理人員的經驗。其基本流程是，在商業軟體cleansweep中的waterfallprofilegraph(瀑布圖)窗口中可以顯示1～100幀的測深點，通常選擇10幀數據為一組顯示(依據地形起伏程度和測深數據質量)，通過滑鼠框選未被剔除的測深跳點。一旦框選跳點會變為紅色，表示這些跳點不會出現在後期成圖中。當然該過程的實現是通過該軟體中的程序實現的，也可以通過程序自動剔除，而不是人工手動剔除。

測深側掃聲納是根據多條線陣的相位差計算角度，並根據收發時延計算斜距，最後根據角度和斜距計算深度。相比於時延差的測量，角度的測量更容易引入誤差。為了儘可能消除角度誤差，在有合適測線條件時，可以進行現場校正。現場校正主要是指波束角度校正。為了獲得穩健的波束角度校正，需要兩條平坦海底的十字交叉測線。其原理是，利用平坦海底上的兩條相互垂直的測線，假設一條測線的深度數據是精確的，即高度數據是精確的，以此來調整垂直測線上的深度值。同時，在保證斜距不變的條件下，反推角度值，進而求得角度校正參數。

一個具體的實施方式的校正步驟為：在商業軟體cleansweep中選中相互垂直的兩條測線swaths，右鍵選擇calibration，選擇baccalibration。即可實現現場校正。

六、側掃數據的處理

對側掃數據進行處理的具體步驟包括：

濾除左舷距潛水器正下方中心的距離大於400m的側掃數據和右舷距潛水器正下方中心的距離大於400m的側掃數據，得到基本濾波後的側掃數據；

對所述基本濾波後的側掃數據進行底跟蹤，刪除所述基本濾波後的側掃數據中的水體數據，得到側掃數據中的海底數據；

獲取所述海底數據中無平行航跡的側掃數據；

確定所述無平行航跡的側掃數據的回波強度；

根據所述回波強度計算角度變化增益；

利用所述角度變化增益平滑左舷與右舷之間的過渡；

利用增益均衡器調整圖像的增益，得到處理後的側掃數據。

由於大深度潛水器上安裝的測深側掃聲納有效側掃範圍為400m，超過400m，側掃數據質量明顯下降，不可信。因此，設置左/右弦地距範圍為0～400m，直接濾出400m範圍以外的側掃數據。

側掃數據處理需要底跟蹤刪除水體，一般選擇自動底跟蹤，如果效果不夠好，可以手動設置底跟蹤。

側掃數據記錄的側掃數據包含水體數據和海底數據。通常，我們只關心海底側掃圖。測深側掃聲納距底高度在40～150m之間，一般根據作業海區地形情況，以距底高度80m為基準，進行定深航行。由於地形起伏和定深航行，不可避免的潛水器距底高度會發生變化。通常情況下，測深側掃聲納能夠精確測量潛水器距底高度，這時在刪除水體數據時，可以選擇自動底跟蹤即可；個別情況下，潛水器正下方地形起伏距離，如尖銳的山頂，導致測深側掃聲納左/右弦測得的潛水器距底高度不同，導致自動底跟蹤就不能取得很好的效果，此時需要進行手動設置底跟蹤。

角度變化增益(avg)用於補償由於系統波束圖不規則和入射角變化引起的反向散射變化。通常，在進行角度變化增益(avg)調整時，最好選擇均勻粗糙表面，且選取一段不包含平行航跡特徵或相應地形特徵的側掃數據。然後，根據選取側掃數據的回波強度，計算測深側掃聲納系統的角度變化增益。

具體的實現流程如下：

該過程是在商業軟體cleansweep中實現的，首先將側掃數據改為地距模式，然後在瀑布圖中選擇一段沒有平行於軌跡的特徵的區域；當對於邊緣跳變嚴重時，可以忽略邊緣採樣數據；為了能平滑左右舷之間的過渡，通常需要對左右舷兩側進行均衡。最後選擇角度變化增益(avg)模塊進行處理。該過程實現了精確的側掃成圖。

對於數據獲取過程中硬體增益變化或者過大的縱傾引起的側掃圖明暗不均，可以通過增益均衡控制器gainequalizationtool進行均衡。

在商業軟體cleansweep中，直接調用該增益均衡控制器即可。側掃圖與測深圖不同，其顏色並不代表深度值，只是表示能量的強弱。側掃圖可以給人們最直觀的海底圖像，而圖像中過分的明暗不均，不利於人們觀察圖像。增益均衡器是通過調整圖像的增益，弱化明暗不均，使人們看上去更直觀，更容易提取圖像內部細節信息。

七、成圖

對經過合理濾波校正後的測深側掃數據進行mosaic成圖，對測深數據選擇相應的解析度(一般為0.5m或1m)，按照swath或者area輸出格式為llz的數據文件；對側掃數據選擇24bit格式輸出相應的側掃圖像。利用suffer成圖軟體進行測深成圖，獲得海底微地形地貌圖，如圖2所示。

以上述實施例提供的海底地形地貌圖的獲取方法對應的，本發明還提供了海底地形地貌圖的獲取系統，該系統包括：

讀取單元301，用於讀取導航數據，所述導航數據包括超短基線定位系統記錄的定位數據和航控計算機記錄的高度計數據、深度計數據、都卜勒計程儀數據及運動傳感器數據；

導航數據重寫單元302，用於利用所述導航數據中的有效導航數據替換測深側掃聲納的探測數據中的導航數據，得到重寫後探測數據，所述有效導航數據為大於有效深度閾值且經過剔除跳點後得到的導航數據；

初級處理單元303，用於對所述重寫後探測數據進行剔除、校正和濾波處理，得到初級探測數據；

測深數據處理單元304，用於對所述初級探測數據中的測深數據進行處理，得到處理後的測深數據；

側掃數據處理單元305，用於對所述初級探測數據中的側掃數據進行處理，得到處理後的側掃數據；

替換單元306，用於利用所述處理後的測深數據和所述處理後的側掃數據替換所述初級探測數據，得到最終探測數據；

成圖單元307，用於利用所述最終探測數據進行成圖，得到海底地形地貌圖。

本說明書中各個實施例採用遞進的方式描述，每個實施例重點說明的都是與其他實施例的不同之處，各個實施例之間相同相似部分互相參見即可。對於實施例公開的系統而言，由於其與實施例公開的方法相對應，所以描述的比較簡單，相關之處參見方法部分說明即可。

本文中應用了具體個例對本發明的原理及實施方式進行了闡述，以上實施例的說明只是用於幫助理解本發明的方法及其核心思想；同時，對於本領域的一般技術人員，依據本發明的思想，在具體實施方式及應用範圍上均會有改變之處。綜上所述，本說明書內容不應理解為對本發明的限制。