[发明专利]基于声速最大偏移的声速剖面快速精简与自动优选方法

权利要求书

1.基于声速最大偏移的声速剖面快速精简与自动优选方法，其特征在于，包括下列步骤：

1）形成原始声速剖面数据集

1.1)若有声速剖面，直接形成声速剖面数据集合SVP_in＝{in_svp_i}_i＝1,n，i为声速剖面序号，n为采集的声速剖面个数，i和n均自然数；

1.2)若无声速剖面，可采用声速剖面采集仪器，在海洋中获取原始声速剖面，并形成原始声速剖面数据集合SVP_in＝{in_svp_i}_i＝1,n；

1.3)每个声速剖面in_svp_i＝{P_j＝(d_j,v_j)}_j＝1,m，其中，P_j为声速剖面点，d_j和v_j为每个声速剖面点P_j所对应的深度值和声速值，m为声速剖面中的有效点数，j和m均为自然数；

1.4)输出一个声速剖面in_svp_i，转入步骤2）；

2)确定优选阈值区间

2.1）输入声速剖面in_svp_i；

2.2）遍历声速剖面in_svp_i，获取声速项的最小值v_s和最大值v_e；

T_step＝0.001×(v_e-v_s)，T_step为阈值自动计算步长；

初始化T_k＝0，T_k为当前声速精简阈值；

2.3）自动设置阈值：T_k＝T_k+T_step；

2.4)初始化当前声速阈值T_cur＝T_k，V_cur∈in_svp_i，V_cur是当前处理声速剖面段，V_cur＝{P_j＝(d_j,v_j)}_j＝a,b，a和b为自然数，是当前声速剖面段的首点和尾点；初始化V_cur＝in_svp_i＝{P_j＝(d_j,v_j)}_j＝1,m；

2.5)删除声速剖面冗余点：

2.5.1)提取当前剖面点数据集V_cur的首点P_a＝(d_a,v_a)和尾点P_b＝(d_b,v_b)；

2.5.2)遍历当前声速剖面数据集V_cur，依次取出每个声速剖面点P_j，使用公式(1)计算该点在声速维方向的偏移值D_j：

Dj=abs[(vj-va)*(dj-da)vb-va+da-vj]---(1)]]>

将最大偏移值D_j存入D_max，并将相应的声速剖面点P_j存入P_k，P_k为临时声速剖面变量；

2.5.3)若D_max＞T_cur，添加P_k至V_tmp，V_tmp为过程数据集合，将剖面点数据集从P_k处分为两段，即V_cut1＝{P_j}_j＝a,k和V_cut2＝{P_j}_j＝k,b，将声速剖面段V_cut1和V_cut2分别赋值给V_cur，并分别返回步骤2.5.1)重新运算；

2.5.4)若D_max≤T_cur，添加P₁和P_m至V_tmp；

2.6)输出精简声速剖面：out_svp_i＝V_tmp＝{P_j＝(d_j,v_j)}_j＝1,mo；其中，mo为自然数，是精简后的声速剖面点数；out_svp_i是与in_svp_i对应，是使用阈值为T_cur下减冗处理out_svp_i后形成的新声速剖面；

2.7)输出简化率：Peri=(1-mom)×100%;]]>

2.8)获得简化率参数Per_k，添加至数据集合；

2.9)当T_cur＜v_e-v_s时，返回步骤2.3）；

2.10)以T_k为横轴，以Per_k为纵轴，获取精简率曲线，并计算其二阶导数，获得二阶导数曲线

2.11）遍历二阶导数曲线获取其绝对值区间[f_min,f_max]，设置曲线截断值f_cut＝0.1×|f_max-f_min|；

2.12）根据二阶导数的曲线形态和震荡特征，仅保留二阶导数值小于f_cut的曲线段，并获取该段的优选阈值区间T＝[T_min,T_max]；

2.13）输出优选阈值区间T＝[T_min,T_max]，转入步骤3）；

3）精简声速剖面

3.1）输入声速剖面in_svp_i和阈值区间T＝[T_min,T_max]；

3.2）设置T_step＝0.01×(T_max-T_min)，T_k＝T_min；

3.3）初始化当前阈值变量T_cur＝T_k；

初始化当前声速剖面V_cur＝in_svp_i＝{P_j＝(d_j,v_j)}_j＝1,m

3.4)删除声速剖面冗余点：

3.4.1)提取V_cur的P_a＝(d_a,v_a)和P_b＝(d_b,v_b)；

3.4.2)遍历V_cur，依次取出P_j，使用公式（1）计算D_j，将最大偏移值D_j存入D_max，并将相应的声速剖面点P_j存入P_k；

3.4.3)若D_max＞T_cur，添加P_k至V_tmp；将剖面点数据集从P_k处分为两段，即V_cut1＝{P_j}_j＝a,k和V_cut2＝{P_j}_j＝k,b，将V_cut1和V_cut2分别赋值给V_cur，并分别返回步骤3.4.1)重新运算；

3.4.4)若D_max≤T_cur，添加P₁和P_m至V_tmp；

3.5)输出in_svp_i和out_svp_i，转入步骤4）；

4）评估声速剖面精度

4.1)输入原始声速剖面V_orig和精简声速剖面V_simp；

4.2)输入波束角集合B＝{θ_i}_i＝1,nb，nb为波束数，是自然数；

4.3)采用公式(2)，分别计算原始声速剖面V_orig和精简声速剖面V_simp的坐标值:(Orig_F_x_i,Orig_F_d_i)和(Simp_F_x_i,Simp_F_d_i)；

F_xi=Σj=1mvj×sin(αi)F_di=Σj=1mvj×cos(αi)---(2)]]>

其中，α_i为波束角，其初始值为θ_i；v_j为声速值；

4.4)使用公式(3)，计算横向误差百分比ε_x_i和垂向误差百分比：

ϵ_xi=(Orig_F_xi-Simp_F_xi)Orig_F_xi×100%ϵ_di=(Orig_F_di-simp_F_di)Orig_F_di×100%---(3)]]>

4.5)对每个入射角{θ_i＝B_i}_i＝1,nb依次使用步骤4.3)至步骤4.5)，获得横向偏移误差数据集合{ε_x_i}_i＝1,nb和垂向误差数据集合{ε_d_i}_i＝1,nb;

4.6)使用公式(4)，计算横向误差百分比平均值μ_x及横向均方差百分比σ_x：

μx=Σi=1nbϵ_xinbσx=1nbΣi=1nb(ϵ_xi-μx)2---(4)]]>

4.7)使用公式(5)，计算垂向误差平均百分比μ_d及垂向均方差百分比σ_d：

μd=Σi=1nbϵ_dinbσd=1nbΣi=1nb(ϵ_di-μd)2---(5)]]>

4.8)精度评定

若σ_d>0.1%，则T_k＝T_k-T_step，返回步骤3.4）；

若σ_d＜0.1%，则T_k＝T_k+T_step，返回步骤3.4）；

若σ_d=0.1%，输出V_simp，转入步骤5）；

5）依次处理声速剖面

5.1)将计算的最优声速剖面V_simp存入输出到声速剖面数据集合SVP_out＝{out_svp_i}_i＝1,n，out_svp_i＝V_simp;

5.2)从原始声速剖面数据集合SVP_in＝{in_svp_i}_i＝1,n中顺序调入一个声速剖面，并转入步骤2），直至所有声速剖面处理完成，转入步骤6）；

6）使用声速剖面

将精简处理后的声速剖面数据集合SVP_out导入多波束勘测系统和数据处理系统，进行多波束测深勘测及数据处理。