多波束测深声呐海底底质分类技术研究

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1、分类号：密级：UDC：编号：工学博士学位论文多波束测深声呐海底底质分类技术研究博士研究生：徐超指导教师：李海森教授学科、专业：通信与信息系统哈尔滨工程大学2014年6月万方数据分类号：密级：UDC：编号：工学博士学位论文多波束测深声呐海底底质分类技术研究博士研究生：徐超指导教师：李海森教授学位级别：工学博士学科、专业：通信与信息系统所在单位：水声工程学院论文提交日期：2014年5月5日论文答辩日期：2014年6月16日学位授予单位：哈尔滨工程大学万方数据ClassifiedIndex:U.D.C:ADissertationfortheDegreeofD.EngS

2、tudyonSeabedClassificationTechnologyBasedonMultibeamBathymetrySonarCandidate:XuChaoSupervisor:Prof.LiHaisenAcademicDegreeAppliedfor:DoctorofEngineeringSpecialty:CommunicationandinformationsystemDateofSubmission:May.5,2014DateofOralExamination:June16,2014University:HarbinEngineeringUn

3、iversity万方数据万方数据哈尔滨工程大学学位论文原创性声明本人郑重声明：本论文的所有工作，是在导师的指导下，由作者本人独立完成的。有关观点、方法、数据和文献的引用已在文中指出，并与参考文献相对应。除文中已注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经公开发表的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。作者（签字）：日期：年月日哈尔滨工程大学学位论文授权使用声明本人完全了解学校保护知识产权的有关规定，即研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权属于哈尔滨工程大学。哈尔滨工程大学有权

4、保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件。本人允许哈尔滨工程大学将论文的部分或全部内容编入有关数据库进行检索，可采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文，可以公布论文的全部内容。同时本人保证毕业后结合学位论文研究课题再撰写的论文一律注明作者第一署名单位为哈尔滨工程大学。涉密学位论文待解密后适用本声明。本论文（□在授予学位后即可□在授予学位12个月后□解密后）由哈尔滨工程大学送交有关部门进行保存、汇编等。作者（签字）：导师（签字）：日期：年月日年月日万方数据万方数据多波束测深声呐海底底质分类技术研究摘要多波束测深声呐是海底特征声学遥感的主流设备之一，不

5、仅能提供全海深、宽覆盖、高精度的海底地形地貌信息，而且利用其接收的海底反向散射数据还可用于判别海底表层底质信息，从而能实现海底地形、地貌与底质类型多种海底特征信息的一体化探测，这有利于提高海洋调查的工作效率。而如何有效地利用多波束测深声呐测量的声学数据并可靠地判断海底底质类型长期以来一直是人们广泛关注地热点与难点问题。本文结合国内外多波束测深声呐海底底质分类技术的研究现状与发展趋势，重点围绕具有完全自主知识产权的国产多波束测深声呐海底反向散射成像，成像数据的统计特性，多源信息特征提取方法以及分类算法的实现等4个主要方面开展研究工作，并以理论分析、计算机仿真以及湖

6、上与海上试验数据处理等理论和实验方法为研究手段，主要研究内容如下：1、研究基于多波束测深声呐的海底反向散射成像技术。在总结分析现有3种基于多波束测深声呐的海底成像方法原理及其各自优缺点的基础上，提出了一种基于多波束相干原理的海底声学成像方法。首先理论研究多波束相干算法估计海底回波到达时间（TimeofArrival,TOA）与到达角度（DirectionofArrival,DOA）信息的基本方法，并在估计相位差序列时为抑制噪声影响，从相干信号的幅度、相关性以及频谱3个角度对相位差数据进行质量控制。在此基础上，利用得到的TOA-DOA数据并考虑水中声速对声波传播路

7、径的影响对海底检测点的回波强度以及空间位置进行估计。由于该成像方法在对海底检测点的回波强度及其位置进行测量时都利用共同的TOA-DOA信息，因此避免了snippet法中对各波束内回波强度序列的位置及其入射角度计算时的近似处理，实现回波强度及其空间位置数据的准确融合，提高了成像质量，并且该方法具有良好的空间分辨率。然后，结合声呐方程对回波强度数据进行修正，获取与海底底质特征联系更为紧密的反向散射强度数据，并分析研究反向散射强度的角度关系修正模型，以剔除其对海底声图像显示的不利影响。最后，通过试验数据对基于多波束相干原理的海底成像方法性能进行检验，验证了该方法的有效

8、性。2、对多波束海底反向