[发明专利]基于卡尔曼滤波的多波束数据声速整体误差改正方法

权利要求书

1.基于卡尔曼滤波的多波束数据声速整体误差改正方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤一：提取多波束条带测深系统相邻主测线中央波束数据，作为相对真实的海底数据；

步骤二：对相邻条带中央波束测深数据平行的测点进行连线，得到趋势线表达式，并作为该区域的先验信息，建立地形信息表达式；

步骤三：提取多波束条带测深系统检测线中央波束数据，并与主测线观测值结合计算出观测噪声方差；

步骤四：利用检测线中央波束与地理位置重叠主测线条带中央波束得到的地形趋势线，计算偏差得到过程噪声方差；

步骤五：建立卡尔曼滤波状态空间模型，代入观测值进行改正；

步骤六：为保留边缘波束地形信息，采用自适应卡尔曼滤波进行改正。

2.根据权利要求1所述的基于卡尔曼滤波的多波束数据声速整体误差改正方法，其特征在于：所述步骤二中，相对边缘波束而言，中央波束数据精度较高，对多波束数据进行滤波时由中间向两边进行，其中单个ping数据，z_k为第k个beam，z_k-1为第k-1个beam，建立该ping模型表达式为：

其中，d_k-1为相邻波束脚印的水平距离；a_k-1为海底角度的正切值，d_k-1a_k-1为地形垂直投影，表示过程噪声误差，

令

式(1)变为：

X_k＝F_k-1X_k-1+γ_k-1 (2)

(2)式为系统状态方程，是海底地形趋势线表达式，作为先验信息应用到后续的卡尔曼滤波改正中，其中F_k-1表示系统状态转换模型参数，γ_k-1表示过程噪声矩阵，其协方差矩阵为：

3.根据权利要求1所述的基于卡尔曼滤波的多波束数据声速整体误差改正方法，其特征在于：所述步骤三中，观测噪声方差R通过检测线的中央波束数据y_检作为参考与主测线重叠部分的测深数据y_主间的偏差得出:

4.根据权利要求1所述的基于卡尔曼滤波的多波束数据声速整体误差改正方法，其特征在于：所述步骤四中，过程噪声方差Q可通过检测线的中央波束数据y_检与相邻条带中央波束作为先验信息的海底地形y_海底间的偏差得出:

5.根据权利要求1所述的基于卡尔曼滤波的多波束数据声速整体误差改正方法，其特征在于：所述步骤五中，根据系统状态方程式(2)所表示，系统状态X_k是由上一时刻状态X_k-1递推而来，每时刻状态的系统观测方程为:

Y_k＝CX_k+V_k (6)

式中，C表示系数矩阵，V_k表示观测噪声。将式(2)与式(6)联立建立多波束测深中的状态空间模型:

利用得到的状态空间模型进行卡尔曼滤波求解，根据卡尔曼滤波递推算法原理，得到相应的时间更新方程：

X＝F_k-1X_k-1+γ_k-1 (8)

P＝CP_k-1C^T+Q (9)

量测更新方程：

H_k＝PC^T(CPC^T+R)^-1 (10)

X_k＝F_k-1X+H_k(y_k-CF_k-1X) (11)

P_k＝(I-H_kC)P (12)。