一種合成孔徑聲納數(shù)據(jù)中直航段數(shù)據(jù)的自動(dòng)提取方法技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)涉及一種合成孔徑聲納數(shù)據(jù)中直航段數(shù)據(jù)的自動(dòng)提取方法，通過采用抽稀算法，對(duì)合成孔徑聲納數(shù)據(jù)中所有航跡點(diǎn)進(jìn)行抽稀處理獲得抽稀點(diǎn)，使任意兩個(gè)相鄰抽稀點(diǎn)間航跡上的所有航跡點(diǎn)到該兩點(diǎn)間直線的距離均小于設(shè)定的抽稀距離閾值，且滿足任意兩個(gè)相鄰抽稀點(diǎn)間的距離大于設(shè)定的相鄰抽稀點(diǎn)距離閾值，即在航跡曲線上取有限個(gè)航跡點(diǎn)，將其變?yōu)檎劬€，并且能夠在一定程度上保持原有航跡曲線的形狀，從而在合成孔徑聲納數(shù)據(jù)中能夠提取出清晰的直航段數(shù)據(jù)，且利用該抽稀算法能夠自動(dòng)提取直航段數(shù)據(jù)，不需要人工處理，提高了工作效率、節(jié)省了計(jì)算時(shí)間。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
一種合成孔徑聲納數(shù)據(jù)中直航段數(shù)據(jù)的自動(dòng)提取方法
本專利技術(shù)涉及聲納信號(hào)處理的
特別涉及一種合成孔徑聲納數(shù)據(jù)中直航段數(shù)據(jù)的自動(dòng)提取方法。
技術(shù)介紹
聲納是利用水下聲波對(duì)目標(biāo)進(jìn)行探測和定位的設(shè)備。對(duì)于安裝在艦船上或者拖曳式的主動(dòng)聲納，按照聲波的發(fā)射方向，可分為側(cè)視、下視、前視等類型。其中側(cè)視聲納多為成像聲納，主要用于水下目標(biāo)探測、海底地形地貌測繪等。當(dāng)前主流的側(cè)視聲納有側(cè)掃聲納（SideScanSonar，SSS）和合成孔徑聲納（SyntheticApertureSonar）兩類。合成孔徑聲納是一種先進(jìn)的高分辨率水聲成像聲納，其基本原理是利用小孔徑基陣在方位向的移動(dòng)形成虛擬大孔徑，通過對(duì)不同位置的聲納回波進(jìn)行相干處理，從而獲得方位向的高分辨率成像結(jié)果。合成孔徑聲納成像算法分為時(shí)域算法和頻域算法兩大類。時(shí)域算法主要通過插值、索引和復(fù)數(shù)疊加實(shí)現(xiàn)，其優(yōu)點(diǎn)是：使用靈活、內(nèi)存占用小，易于實(shí)現(xiàn)，其缺點(diǎn)是計(jì)算效率低，對(duì)采樣率要求較高。頻域算法主要通過傅立葉變換和復(fù)乘運(yùn)算來實(shí)現(xiàn)，其優(yōu)點(diǎn)是計(jì)算效率高，其缺點(diǎn)是內(nèi)存占用大，不能直接應(yīng)用于非直線航跡和方位向非均勻采樣。隨著合成孔徑聲納技術(shù)的發(fā)展，以及計(jì)算機(jī)處理能力的不斷進(jìn)步，技戰(zhàn)術(shù)指標(biāo)的提升對(duì)合成孔徑聲納的處理效率和處理速度提出了更高的要求。在此背景下，頻域成像算法成為更優(yōu)的選擇。但與時(shí)域算法相比，頻域成像算法要求聲納做勻速直線航行。而在實(shí)際航行中，為了多次、多視角地對(duì)目標(biāo)進(jìn)行成像，聲納的航跡通常僅在一定時(shí)間內(nèi)保持直航，這樣獲得的聲納數(shù)據(jù)是由直航段數(shù)據(jù)和非直航段（如轉(zhuǎn)彎）數(shù)據(jù)間隔相連組成的。使用頻域算法對(duì)非直航段數(shù)據(jù)的成像結(jié)果通常是模糊的。在聲納圖像的后期應(yīng)用中（例如圖像拼接、聲圖鑲嵌、目標(biāo)識(shí)別等），需要使用清晰的聲納圖像，這就要求對(duì)原始回波數(shù)據(jù)或成像數(shù)據(jù)進(jìn)行直航段數(shù)據(jù)提取，一般采用人工提取方法進(jìn)行提取。但由于聲納圖像數(shù)據(jù)量較大，使用人工提取的方法對(duì)時(shí)間和人力資源消耗較大，工作效率低。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的目的在于，為了解決現(xiàn)有的采用人工提取方法提取合成孔徑聲納數(shù)據(jù)中直航段數(shù)據(jù)存在著時(shí)間和人力資源消耗較大的技術(shù)問題，本專利技術(shù)提供一種合成孔徑聲納數(shù)據(jù)中直航段數(shù)據(jù)的自動(dòng)提取方法，實(shí)現(xiàn)合成孔徑聲納數(shù)據(jù)直航段的自動(dòng)提取，提高了工作效率。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本專利技術(shù)提供一種合成孔徑聲納數(shù)據(jù)中直航段數(shù)據(jù)的自動(dòng)提取方法，所述的自動(dòng)提取方法包括：步驟1）設(shè)定抽稀距離閾值及相鄰抽稀點(diǎn)距離閾值；步驟2）提取合成孔徑聲納數(shù)據(jù)中每個(gè)航跡點(diǎn)的位置信息和幀號(hào)信息；步驟3）依次存儲(chǔ)步驟2）中獲得的航跡點(diǎn)的位置信息，對(duì)所有航跡點(diǎn)進(jìn)行抽稀處理獲得抽稀點(diǎn)，使任意兩個(gè)相鄰抽稀點(diǎn)間航跡上的所有航跡點(diǎn)到該兩點(diǎn)間直線的距離均小于步驟1）中設(shè)定的抽稀距離閾值；步驟4）根據(jù)步驟3）中獲得的抽稀點(diǎn)進(jìn)一步判斷：如果任意兩個(gè)相鄰抽稀點(diǎn)間的距離大于步驟1）中設(shè)定的相鄰抽稀點(diǎn)距離閾值，則抽取該兩個(gè)相鄰抽稀點(diǎn)作為兩個(gè)端點(diǎn)存入直航段端點(diǎn)集中，否則刪除該兩個(gè)相鄰抽稀點(diǎn)；步驟5）從步驟4）的直航段端點(diǎn)集中獲得每個(gè)端點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的幀號(hào)信息，并根據(jù)該幀號(hào)信息從合成孔徑聲納數(shù)據(jù)中提取直航段數(shù)據(jù)。作為上述技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)，所述航跡點(diǎn)的位置信息為GPS信息。作為上述技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)，所述步驟3）采用Douglas-Peucker算法實(shí)現(xiàn)，具體步驟包括：步驟301）開辟航跡向量空間P，依次存儲(chǔ)步驟2）中獲得的航跡點(diǎn)的位置信息，開辟兩個(gè)堆棧A和B用于存儲(chǔ)航跡點(diǎn)的點(diǎn)序號(hào)，將始端航跡點(diǎn)P1和末端航跡點(diǎn)PN的點(diǎn)序號(hào)分別存入堆棧A和堆棧B中；步驟302）從堆棧A中讀取棧頂元素i，并獲取航跡點(diǎn)Pi的位置信息，從堆棧B中讀取棧頂元素j，并獲取航跡點(diǎn)Pj的位置信息；步驟303）計(jì)算航跡向量空間P中Pi到Pj之間各航跡點(diǎn)到直線PiPj的距離，并獲取其中的距離最大值Dk及其對(duì)應(yīng)的航跡點(diǎn)Pk；步驟304）比較Dk與抽稀距離閾值Dth大小，如果Dk≥Dth，確定Pi和Pj之間的航跡不能近似為直線，此時(shí)將航跡點(diǎn)Pk的點(diǎn)序號(hào)k壓入堆棧B中，同時(shí)堆棧B的棧頂指針加1，如果Dk＜Dth，確定Pi和Pj之間的航跡近似為直線，將航跡點(diǎn)Pj的點(diǎn)序號(hào)j從堆棧B中刪除并壓入堆棧A中，同時(shí)堆棧A的棧頂指針加1，堆棧B的棧頂指針減1；步驟305）重復(fù)執(zhí)行步驟302）至步驟304），直至堆棧B為空；步驟306）依序根據(jù)堆棧A中的每個(gè)元素找到對(duì)應(yīng)的航跡點(diǎn)，將所有找到的航跡點(diǎn)組成航跡點(diǎn)集，該航跡點(diǎn)集作為抽稀處理后獲得的抽稀點(diǎn)集。本專利技術(shù)一種合成孔徑聲納數(shù)據(jù)中直航段數(shù)據(jù)的自動(dòng)提取方法優(yōu)點(diǎn)在于：本專利技術(shù)通過采用抽稀算法，對(duì)合成孔徑聲納數(shù)據(jù)中所有航跡點(diǎn)進(jìn)行抽稀處理獲得抽稀點(diǎn)，使任意兩個(gè)相鄰抽稀點(diǎn)間航跡上的所有航跡點(diǎn)到該兩點(diǎn)間直線的距離均小于設(shè)定的抽稀距離閾值，且滿足任意兩個(gè)相鄰抽稀點(diǎn)間的距離大于設(shè)定的相鄰抽稀點(diǎn)距離閾值，即在航跡曲線上取有限個(gè)航跡點(diǎn)，將其變?yōu)檎劬€，并且能夠在一定程度上保持原有航跡曲線的形狀，從而在合成孔徑聲納數(shù)據(jù)中能夠提取出清晰的直航段數(shù)據(jù)，且利用該抽稀算法能夠自動(dòng)提取直航段數(shù)據(jù)，不需要人工處理；另外，采用Douglas-Peucker算法作為抽稀算法，且利用堆棧實(shí)現(xiàn)航跡點(diǎn)的存儲(chǔ)，可以進(jìn)一步提高工作效率、節(jié)省計(jì)算時(shí)間和消耗的空間。附圖說明圖1為本專利技術(shù)一種合成孔徑聲納數(shù)據(jù)中直航段數(shù)據(jù)的自動(dòng)提取方法流程圖。圖2為本專利技術(shù)實(shí)施例中運(yùn)用Douglas-Peucker算法獲得抽稀點(diǎn)的示意圖。圖3為本專利技術(shù)實(shí)施例中采用Douglas-Peucker算法的堆棧結(jié)構(gòu)示意圖。圖4為本專利技術(shù)實(shí)施例中的航跡抽稀處理實(shí)例圖。具體實(shí)施方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本專利技術(shù)所述一種合成孔徑聲納數(shù)據(jù)中直航段數(shù)據(jù)的自動(dòng)提取方法進(jìn)行詳細(xì)說明。如圖1示出了本專利技術(shù)一種合成孔徑聲納數(shù)據(jù)中直航段數(shù)據(jù)的自動(dòng)提取方法，所述的自動(dòng)提取方法包括：步驟1）設(shè)定抽稀距離閾值及相鄰抽稀點(diǎn)距離閾值；步驟2）提取合成孔徑聲納數(shù)據(jù)中每個(gè)航跡點(diǎn)的位置信息和幀號(hào)信息；步驟3）依次存儲(chǔ)步驟2）中獲得的航跡點(diǎn)的位置信息，對(duì)所有航跡點(diǎn)進(jìn)行抽稀處理獲得抽稀點(diǎn)，使任意兩個(gè)相鄰抽稀點(diǎn)間航跡上的所有航跡點(diǎn)到該兩點(diǎn)間直線的距離均小于步驟1）中設(shè)定的抽稀距離閾值；步驟4）根據(jù)步驟3）中獲得的抽稀點(diǎn)進(jìn)一步判斷：如果任意兩個(gè)相鄰抽稀點(diǎn)間的距離大于步驟1）中設(shè)定的相鄰抽稀點(diǎn)距離閾值，則抽取該兩個(gè)相鄰抽稀點(diǎn)作為兩個(gè)端點(diǎn)存入直航段端點(diǎn)集中，否則刪除該兩個(gè)相鄰抽稀點(diǎn)；步驟5）從步驟4）的直航段端點(diǎn)集中獲得每個(gè)端點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的幀號(hào)信息，并根據(jù)該幀號(hào)信息從合成孔徑聲納數(shù)據(jù)中提取直航段數(shù)據(jù)?；谏鲜鲎詣?dòng)提取方法，所述抽稀距離閾值的設(shè)定主要考慮聲納載體的穩(wěn)定性，當(dāng)聲納載體穩(wěn)定性較好時(shí)，該抽稀距離閾值可以取較小的值；當(dāng)聲納載體穩(wěn)定性較差時(shí)，該抽稀距離閾值可以取較大的值，抽稀距離閾值設(shè)定的參考值為1米。另外，相鄰抽稀點(diǎn)距離閾值設(shè)定的參考值一般為合成孔徑長度的數(shù)倍?；谏鲜鰧?shí)施例，通常在聲納載體上安裝有定位設(shè)備，聲納數(shù)據(jù)文件中除了回波數(shù)據(jù)或圖像數(shù)據(jù)外，還附加有航跡位置信息，以方便后期應(yīng)用中使用。該航跡信息直接利用數(shù)據(jù)文件的文件格式進(jìn)行提取。另外，可將GPS信息作為航跡點(diǎn)的位置信息。上述步驟3）的實(shí)現(xiàn)可采用Douglas-Peucker算法。Douglas-Peucker算法是一種抽稀算法。抽稀的含義是在數(shù)字化過本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種合成孔徑聲納數(shù)據(jù)中直航段數(shù)據(jù)的自動(dòng)提取方法，其特征在于，所述的自動(dòng)提取方法包括：步驟1）設(shè)定抽稀距離閾值及相鄰抽稀點(diǎn)距離閾值；步驟2）提取合成孔徑聲納數(shù)據(jù)中每個(gè)航跡點(diǎn)的位置信息和幀號(hào)信息；步驟3）依次存儲(chǔ)步驟2）中獲得的航跡點(diǎn)的位置信息，對(duì)所有航跡點(diǎn)進(jìn)行抽稀處理獲得抽稀點(diǎn)，使任意兩個(gè)相鄰抽稀點(diǎn)間航跡上的所有航跡點(diǎn)到該兩點(diǎn)間直線的距離均小于步驟1）中設(shè)定的抽稀距離閾值；步驟4）根據(jù)步驟3）中獲得的抽稀點(diǎn)進(jìn)一步判斷：如果任意兩個(gè)相鄰抽稀點(diǎn)間的距離大于步驟1）中設(shè)定的相鄰抽稀點(diǎn)距離閾值，則抽取該兩個(gè)相鄰抽稀點(diǎn)作為兩個(gè)端點(diǎn)存入直航段端點(diǎn)集中，否則刪除該兩個(gè)相鄰抽稀點(diǎn)；步驟5）從步驟4）的直航段端點(diǎn)集中獲得每個(gè)端點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的幀號(hào)信息，并根據(jù)該幀號(hào)信息從合成孔徑聲納數(shù)據(jù)中提取直航段數(shù)據(jù)。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種合成孔徑聲納數(shù)據(jù)中直航段數(shù)據(jù)的自動(dòng)提取方法，其特征在于，所述的自動(dòng)提取方法包括：步驟1）設(shè)定抽稀距離閾值及相鄰抽稀點(diǎn)距離閾值；步驟2）提取合成孔徑聲納數(shù)據(jù)中每個(gè)航跡點(diǎn)的位置信息和幀號(hào)信息；步驟3）依次存儲(chǔ)步驟2）中獲得的航跡點(diǎn)的位置信息，對(duì)所有航跡點(diǎn)進(jìn)行抽稀處理獲得抽稀點(diǎn)，使任意兩個(gè)相鄰抽稀點(diǎn)間航跡上的所有航跡點(diǎn)到該兩點(diǎn)間直線的距離均小于步驟1）中設(shè)定的抽稀距離閾值；步驟4）根據(jù)步驟3）中獲得的抽稀點(diǎn)進(jìn)一步判斷：如果任意兩個(gè)相鄰抽稀點(diǎn)間的距離大于步驟1）中設(shè)定的相鄰抽稀點(diǎn)距離閾值，則抽取該兩個(gè)相鄰抽稀點(diǎn)作為兩個(gè)端點(diǎn)存入直航段端點(diǎn)集中，否則刪除該兩個(gè)相鄰抽稀點(diǎn)；步驟5）從步驟4）的直航段端點(diǎn)集中獲得每個(gè)端點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的幀號(hào)信息，并根據(jù)該幀號(hào)信息從合成孔徑聲納數(shù)據(jù)中提取直航段數(shù)據(jù)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的合成孔徑聲納數(shù)據(jù)中直航段數(shù)據(jù)的自動(dòng)提取方法，其特征在于，所述航跡點(diǎn)的位置信息為GPS信息。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的合成孔徑聲納數(shù)據(jù)中直航段數(shù)據(jù)的自動(dòng)提取方法，其特征在于，所述步驟3）采用Douglas-Peucker算法實(shí)現(xiàn)，具體步驟...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：江澤林，張鵬飛，劉維，劉紀(jì)元，張春華，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：中國科學(xué)院聲學(xué)研究所，
類型：發(fā)明
國別省市：北京;11