[发明专利]海底声学底质的三维概率密度分类方法

说明书

本发明公开了一种海底声学底质的三维概率密度分类方法，综合考虑平均反向散射强度随入射角变化信息及其概率密度分布，绘制三维概率密度图。实例计算结果表明：该方法能直观表达多波束条带覆盖区内不同海底底质类型的数量，有效判断不同海底底质类型的边界，实现海底底质类型的快速识别。

技术领域

本发明涉及一种海底声学底质的三维概率密度分类方法。

背景技术

多波束测深系统实现了从“点”、“线”测量到条带式、全覆盖、“面”测量的转变，在精度和效率方面都具有传统单波束测深系统无法比拟的优势。作为当前海底地形测量的主流产品，多波束测深系统在获取水深数据的同时，还记录了反向散射强度数据。对于多波束测深数据的处理，经过近30多年的发展已经日趋成熟，形成了较为完善的理论体系和数据处理方法。而对于反向散射强度的数据处理及其应用方面，尽管国内外学者进行了相关的研究并取得了一定的研究成果，但由于海底反向散射强度的随机性和复杂性，利用多波束反向散射强度进行海底底质分类仍然是国内外研究的热点问题。

海底反向散射强度的研究主要集中在两个方面：一是从能量的观点出发探索海底平均反向散射强度的变化规律；二是采用随机过程的数学方法研究散射强度的统计特性，如分布函数和能量谱等。多波束海底底质分类也是基于这两方面展开的，在平均反向散射强度变化规律分析方面，Jackson根据声散射在不同角度下的自然特性，将海底反向散射强度随入射角的变化划分为三个区域，并解释了每一个区域海底反向散射强度的主要贡献量^[Jackson D R，Baird A M，Crisp J J，et al.High-frequency bottom backscattermeasurements in shallow water[J].J Acoustic Soc Am，1986(80)：1188-1199^]。基于Jackson的工作，Hughes Clarke等对实测的多波束海底反向散射强度数据进行了处理，提取平均反向散射强度随入射角变化曲线上的显著特征，以此估计海底的底质类型^[HughesClarke J E，Danforth B W，Valentine P.Areal seabed classification usingbackscatter angular response at 95kHz[C].Lerici Italy：Proceedings of SACLANTConference-High Frequency Acoustics in Shallow Water，1997^]。针对Hughes Clarke方法容差性差的问题，金绍华等提出了综合描述反向散射强度随入射角变化整体信息的参数拟合法^[金绍华，肖付民，边刚，等.利用多波束反向散射强度角度响应曲线的底质特征参数提取算法[J].武汉大学学报(信息科学版)，2014，39(12)：1493-1498^]。在散射强度统计特性分析方面，主要采用基本统计量、分位数和直方图、功率谱率、灰度共生矩阵和纹理分析等算法从声纳图像上提取特征参数以描述海底底质类型变化。这两种方法各有优缺点，第一种方法突出了平均反向散射强度随入射角的变化信息，忽略了反向散射强度的统计特性；第二种方法反映了反向散射强度的统计特性，但没有顾及与入射角的相关性。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明公开了一种海底声学底质的三维概率密度分类方法。

一种海底声学底质的三维概率密度分类方法，利用概率密度极大值和反向散射强度的差值Δ(θ)统计信息作为海底底质类型划分的依据，

Δ(θ)＝BS_max(θ)-BS_mean(θ) (6)

其中，θ为声波到达海底的入射角，BS_max(θ)为θ角处概率密度极大值对应的反向散射强度值，BS_mean(θ)为θ角处反向散射强度均值。