[发明专利]一种基于可变带宽滤波器的多波束测深数据处理方法

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种水下的测深方法。

背景技术

在多波束测深系统中，海底回波的信噪比直接影响多波束测深结果的精度。为了提高多波束测深精度必须提高信噪比，对信号进行滤波处理是一种有效手段。

目前国内外的多波束测深系统广泛采用固定带宽滤波处理，其方法是：根据发射脉冲的长度选取滤波器的带宽，其不足之处是：由于带宽依赖于波束宽度、海底深度、波束和垂直方向夹角、脉冲宽度等很多因素，来自条带上不同波束方向的海底回波信噪比并不相同，因此固定带宽滤波器的效果并不是最优的。

2004年OCEANS会议中Variable Bandwidth Filter for Multibeam Echo-sounding Bottom Detection一文和2010年ICIA会议Estimation of Multibeam Phase Difference Using Variable Bandwidth Filter一文提出了采用可变带宽滤波器，其方法是：在波束形成之后，针对不同波束具有不同的带宽，采用可变带宽滤波器对相位差序列进行自适应滤波处理，其不足之处是：由于滤波在波束形成之后进行，计算量很大，难以实时实现并应用于工程实际。

发明内容

本发明的目的在于提供一种既能够弥补固定带宽滤波器原理上的不足，又具有工程可行性的滤波器可以进一步提高多波束测深系统的精度的一种基于可变带宽滤波器的多波束测深数据处理方法。

本发明的目的是这样实现的：

本发明一种基于可变带宽滤波器的多波束测深数据处理方法，其特征是：

(1)向水下发射信号，并对海底反向散射信号进行带通采样，经过正交变换和低通滤波后，得到通道数为M的多波束复信号，在下述信号处理步骤中将对信号进行波束形成，波束形成的角度为θ₁，θ₂，·，θ_n，在测量的第一个周期设置默认深度初始值H，根据深度值H计算波束形成角度为θ₁，θ₂，·，θ_n的各波束的带宽；

(2)由步骤(1)各波束的带宽设计一组阶数相同、截止频率不同的滤波器，作为可变带宽滤波器的子滤波器；

(3)对于每一采样时刻回波到达的波束，根据其中的最大带宽选取滤波器的截止频率，产生一组滤波器选择系数，用来选择不同时刻采用的子滤波器；

(4)采用以上的滤波器系数和选择系数，对各通道信号进行滤波处理，之后对信号进行波束形成，并通过测深算法得到深度值用于下一个周期的深度初始值。

本发明还可以包括：

1、所述的波束角度θ₁，θ₂，·，θ_n的选择满足θ₁，θ₂，·，θ_n对波束形成的角度范围全面覆盖。

2、所述的根据深度值H计算波束形成角度为θ₁，θ₂，·，θ_n的各波束的带宽的方法为：c为声速，τ为脉冲宽度，λ为信号的波长，对于阵列长度为L的均匀直线阵，H为深度，β_i为波束指向为θ_i时的-3dB半波束宽度：

2β_i≈2sin^-1(0.443λ/L)secθ_i    (i＝1，2，·，n)，

t_i为-3dB波束宽度内的回波持续时间：

t_i＝2(cos^-1(θ_i+β_i)-cos^-1(θ_i-β_i))H/c+τ    (i＝1，2，·，n)，

θ_i方向波束输出信号的-3dB带宽Δf_i为：Δf_i＝1/t_i    (i＝1，2，·，n)。

3、所述的设计一组阶数相同、截止频率不同的滤波器的方法为：采用FIR低通滤波器，子滤波器的截止频率f_ci根据各波束的带宽选取f_ci＝k×Δf_i，k为常数，k的范围为1到2之间。