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多波束系统测深异常处理理论与方法研究

王海栋

  多波束测深系统的异常值是影响海道测量成果准确性、海底地形生成精度的主要因素。本文针对测深异常的检测算法,海底地形的生成,测深数据的实时处理等进行了研究,论文的主要内容概括如下: 1、针对多波束测深系统无法确定所测海底的真值,分别利用函数和插值方法对海底地形进行模拟,并比较和分析了各种模拟方法的优劣。进而分别对不同分布类型的多波束数据进行模拟,解决了算法实验中多波束“真值”数据的来源问题。 2、提出了抗差趋势面检测算法,通过等价权来判断异常,避免了多波束数据含异常值较多时,最小二乘趋势面算法效果下降的问题。同时,通过分析异常值数量对IGGⅢ权函数界值的影响,得出数据质量越差,界值应越小的取值规律。 3、建立了多波束测深数据处理的函数模型和随机模型,结合等价权因子推导了协方差函数的抗差求解公式,并利用抗差最小二乘配置对实测数据进行处理,结果显示,该算法能准确计算协方差函数并同时检测异常,具有较高的估值计算精度。顾及该算法处理的数据对航行安全性的影响,使数据在准确显示海底的同时,有效保证舰船航行的安全。 4、普通Kriging法能够顾及随机误差的影响和测深数据间的相关性,但由于异常值干扰了该算法的变异函数计算,本文再次结合等价权因子推导了基于抗差估计的变异函数求解公式,明显提高了算法处理数据的稳健性。同时,将抗差最小二乘配置与该算法进行比较,结果显示两者计算精度接近,但前者无需剔除异常值就可直接进行估计,因此具有更大的优势。 5、对测深数据成果输出的工序进行改进,提出了结合异常检测的海底地形网格化方法,并利用实测数据进行实验,重点研究了基于抗差最小二乘配置的规则格网和基于抗差趋势面的TIN生成,结果显示,前一算法不仅能准确计算格网点水深,同时还能正确检测异常值,后一算法也避免了异常值对TIN生成的影响,使海底地形构建的效率和精度得到了提高。 6、探讨了多波束数据处理的CUBE算法,对该算法多重估计的实用性和最优估值选取准则进行了详细分析,提出了多波束异常实时处理和测深数据成图显示的工序流程,为研究测深数据实时质量控制提供理论参考。同时,针对该算法中Kalman滤波的不足,提出抗差Kalman滤波对其加以改进,并通过实验比较,进一步验证了改进算法的有效性。……   
[关键词]:多波束测深系统;异常值;海底地形;抗差估计;趋势面;最小二乘配置;普通Kriging法;CUBE算法
[文献类型]:硕士论文
[文献出处]:解放军信息工程大学2010年
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