第1章 绪论 1
1．1引言 1
1．2船载测深系统的发展历史 4
1．2．1原始测深方法 4
1．2．2常规测深系统 5
1．2．3多波束测深系统 6
1．2．4多波束测深系统的最新进展 8
1．2．5我国的多波束测深系统 10
1．3多波束数据处理技术的现状和发展趋势 10
1．3．1声速及其声线跟踪 10
1．3．2多波束辅助参数的测定和滤波 11
1．3．3深度数据滤波 13
1．3．4图像处理 13
1．3．5多波束数字信息与侧扫声呐图像信息的融合 14
1．4本书的结构体系 14
1．5本章小结 15
参考文献 16
第2章 多波束系统的工作原理 18
2．1多波束系统的组成 18
2．2多波束系统的声学原理 20
2．2．1相长干涉和相消干涉以及换能器的指向性 20
2．2．2换能器基阵的束控 24
2．2．3波束的形成 25
2．3波束的发射、接收流程及其工作模式 27
2．4波束的能量衰减及其时间增益补偿 30
2．5底部检测及系统探测能力的估算 30
2．6波束脚印的归位问题 31
2．7本章小结 34
参考文献 35
第3章 平面基准及其相互转换 37
3．1地心坐标系 37
3．1．1地心坐标系的定义 37
3．1．2地心坐标系的建立 38
3．1．3已有的地心坐标系统及其参数 42
3．2参心坐标系 43
3．2．1参心坐标系的定义 43
3．2．2参心坐标系的建立 44
3．2．3我国常用的参心坐标系及其参数 45
3．3坐标系间的相互转换 47
3．3．1大地坐标系与空间大地直角坐标系转换的数学模型 47
3．3．2不同的三维空间直角坐标系转换的数学模型 48
3．3．3不同大地坐标系转换的数学模型 49
3．4高斯投影 51
3．4．1高斯投影概述 51
3．4．2椭球面元素到高斯投影面的转换 54
3．4．3高斯投影的邻带坐标换算 55
3．5 UTM（通用横轴墨卡托）投影 56
3．6独立坐标系 58
3．6．1独立坐标系概述 58
3．6．2独立坐标系的建立 58
3．6．3独立坐标系与其他几种典型坐标系的转换 61
3．7本章小节 63
参考文献 63
第4章 潮汐调和分析及海洋垂直基准面 64
4．1平衡潮理论 64
4．1．1引潮力（势） 64
4．1．2引潮力势的调和展开 66
4．1．3平衡潮及其主要结论 68
4．1．4实际潮汐的潮高 68
4．2潮汐、潮流分析 70
4．2．1潮汐分析 70
4．2．2潮流分析 72
4．2．3潮汐动力学理论 73
4．3垂直基准 76
4．3．1平均海平面 77
4．3．2国家高程基准 79
4．3．3海图深度基准面 80
4．4基准传递与推估 85
4．4．1．短期验潮站平均海平面的确定 85
4．4．2深度基准面传递与推估 87
4．4．3平均海平面和深度基准面的综合传递 88
4．5海洋垂直基准统一框架 89
4．5．1平均海平面作为海洋统一垂直参考基准 89
4．5．2以椭球面作为海洋统一垂直参考基准 89
4．6本章小结 92
参考文献 92
第5章 声速及声线跟踪 94
5．1海洋声学 94
5．1．1海洋声速 96
5．1．2声波在海水中的传播特性 97
5．1．3声道 100
5．1．4海洋噪声 101
5．2海水中声速的确定 101
5．2．1声速剖面的直接测量 102
5．2．2声速的间接确定 104
5．3基于自组织神经网络的声速剖面分类方法 112
5．3．1 SOFM神经网络 112
5．3．2声速剖面的描述 113
5．3．3用于划分声速剖面类别的SOFM神经网络的构造和训练 114
5．3．4实验和分析 115
5．4局域空间声速模型的建立 120
5．4．1局域空间声速模型的建立 120
5．4．2实践及分析 121
5．5声线跟踪法 124
5．5．1Harmonic平均声速 125
5．5．2基于层内常声速假设下的声线跟踪算法 126
5．5．3基于层内常梯度假设下的声线跟踪算法 127
5．6等效声速剖面法 128
5．6．1一个重要事实的证明 128
5．6．2误差修正法 129
5．6．3等效声速剖面法 130
5．7声线跟踪过程及各方法的比较 132
5．7．1声线跟踪法的计算过程 132
5．7．2误差修正法和等效声速剖面法的计算过程 133
5．7．3各种方法的比较 134
5．8实践及分析 135
5．9声速对多波束测量成果的影响 137
5．9．1声速剖面测量误差的产生 137
5．9．2声速误差的影响 138
5．10本章小结 141
参考文献 141
第6章 辅助参数的测定、滤波及补偿 143
6．1多波束测量中的定位技术 143
6．2局部无缝垂直参考基准面的建立 146
6．2．1精密局域大地水准面的确定 147
6．2．2局域海图基准高程模型的建立 148
6．2．3建立Saint John河无缝垂直参考基准的实践和过程分析 148
6．3GPS船姿测量 156
6．3．1坐标系统的定义及其相互关系 156
6．3．2船体姿态测量原理 157
6．3．3实验及分析 158
6．4船姿分析及其补偿 161
6．4．1船姿受动因素分析 161
6．4．2船姿对多波束测量的影响 162
6．4．3ΔP、Δr极值的确定 165
6．4．4姿态测量误差对条带拼接的影响及其削弱 167
6．5在航GPS潮位测量 167
6．5．1船载（球载）GPS潮位测量方法 168
6．5．2实验数据处理及分析 171
6．6换能器吃水 173
6．6．1静吃水 173
6．6．2动吃水 174
6．7基于信号融合的多波束换能器瞬时垂直基准的确定 175
6．7．1换能器处GPS高程信号的获取 175
6．7．2GPS UTC时间和多波束系统时间的同步 176
6．7．3GPS高程信号的滤波 178
6．7．4GPS高程信号和Heave信号的融合 180
6．7．5实验验证和分析 184
6．7．6精度分析 186
6．8自适应Kalman滤波 190
6．8．1离散系统Kalman滤波的数学描述 190
6．8．2自适应Kalman滤波 191
6．9Kalman滤波在辅助参数滤波中的应用 193
6．9．1点位滤波 193
6．9．2潮位面观测数据滤波 194
6．9．3姿态数据滤波 196
6．10本章小结 197
参考文献 198
第7章 多波束深度数据滤波 200
7．1影响深度计算的误差源 200
7．2深度数据的质量评估 201
7．3深度数据的一般滤波法 202
7．3．1交互式滤波 202
7．3．2自动滤波 203
7．4趋势面滤波法 204
7．5基于抗差M估计滤波 207
7．5．1滤波原理 207
7．5．2滤波实践及分析 208
7．6两步滤波法 210
7．6．1两步滤波法的基本思想 210
7．6．2滤波实践及分析 211
7．6．3显著性分析 212
7．7半参数（非参数）法滤波 214
7．7．1半参数（非参数）法削弱系统误差的基本思想 214
7．7．2深度数据中系统误差的组成 215
7．7．3规则化器R和规则化参数α的确定 216
7．7．4滤波实践及分析 218
7．8本章小结 220
参考文献 221
第8章 基于随机软件的多波束测深数据处理 222
8．1国内外主要多波束数据处理软件 222
8．2多波束测深数据处理 224
8．2．1多波束数据后处理流程 224
8．2．2多波束数据格式转换 224
8．2．3水深数据处理 226
8．3基于Neptune软件的多波束数据处理 232
8．3．1数据预处理 232
8．3．2多波束数据的编辑与处理 235
8．4基于MB-System软件的多波束数据处理 237
8．4．1 MB-System多波束数据处理系统简介 237
8．4．2 MB-System数据处理过程概述 239
8．4．3 MB-System数据处理过程详述 240
8．5本章小结 257
参考文献 257
第9章 声强数据的处理及声呐图像的形成 258
9．1声能方程及其解释 258
9．2回波强度与海底类型的关系 261
9．3声呐图像的形成原理 262
9．3．1底部检测与回波强度 262
9．3．2声呐图像单元的形成 263
9．4影响声强的主要因素 265
9．5回波强度数据处理 266
9．6声强数据的滤波以及位置的确定和内插 271
9．7声呐图像的形成 273
9．8本章小结 276
参考文献 276
第10章 声呐图像处理 278
10．1声呐图像平滑 278
10．1．1声呐图像平滑的一般方法 278
10．1．2平滑实践及方法分析 280
10．2利用小波分析实现图像噪声的消除 281
10．2．1小波分析与Fourier分析 281
10．2．2利用小波分析进行信噪分离及滤波的基本思想 282
10．2．3滤波实践 284
10．3声呐图像增强 287
10．3．1图像增强方法 287
10．3．2实践及分析 289
10．4图像锐化 292
10．4．1图像锐化方法 293
10．4．2实践及分析 295
10．5图像边缘特征的提取 297
10．6本章小结 298
参考文献 298
第11章 多波束声呐图像的应用 301
11．1多波束分辨率 301
11．2声呐图像的预处理 301
11．3目标识别 302
11．3．1海底目标的识别 302
11．3．2海底目标识别实验——目标区类别识别 303
11．3．3“盛鲁”沉船的搜寻与图像识别 307
11．4声呐图像中目标自动跟踪的实现 308
11．4．1沉底小目标声呐图像 308
11．4．2跟踪原理和跟踪过程的实现 309
11．4．3目标动态跟踪实验 310
11．5回波强度与海底底质间对应关系的建立 312
11．5．1不同掠射角下回波强度的测定 312
11．5．2不同频率下回波强度与掠射角、底质对应关系的建立 313
11．5．3同频率下底质与掠射角对应关系的建立 313
11．5．4与设备、入射角无关的声强与底质关系数据库的建立 314
11．6海底底质分类 315
11．6．1海底分类的研究现状 316
11．6．2传统的海底分类的方法 318
11．6．3利用回波强度与掠射角、海底物质对应关系进行海底分类 319
11．6．4基于纯量声强的海底分类 319
11．6．5基于分形维的底质分类 322
11．6．6基于遗传算法的BP网络实现海底底质分类 327
11．6．7基于SOFM自组织神经网络的海底分类 335
11．7本章小结 342
参考文献 343
第12章 多波束系统和侧扫声呐系统测量信息的融合 345
12．1多波束与侧扫声呐的比较 345
12．1．1成像原理及分辨率的比较 345
12．1．2图像比较 346
12．2侧扫声呐图像中目标位置的确定 346
12．3侧扫声呐图像预处理 350
12．4侧扫声呐图像的应用 351
12．4．1目标探测 351
12．4．2搜索失事飞机、轮船等海底残骸 352
12．4．3海底沉积物属性的确定 353
12．4．4海底地震、火山、地层的监测 353
12．5侧扫声呐图像与多波束图像的匹配 353
12．5．1基于目标边界线的图像匹配方法 354
12．5．2Chamfer图像匹配法 354
12．5．3图像间的自动配准 355
12．5．4基于小面元微分纠正的图像间自动配准 358
12．5．5图像匹配实例 360
12．6数字信息和图像信息的融合 366
12．6．1加权融合 366
12．6．2基于小波变换的图像融合 366
12．6．3图像融合的效果评价 367
12．6．4一个简单的图像融合实例 369
12．7地貌图像与DEM的复合 370
12．8海底地形地貌的解释 371
12．8．1定性分析 371
12．8．2定量分析 372
12．9本章小结 373
参考文献 373