CN110319811B - 一种自适应波浪效应的水下单波束高精度探测系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自适应波浪效应的水下单波束高精度探测系统及方法，包括以下步骤：波浪参数检测，测深极限值计算，基于波浪和船速延时效应的深度综合补偿校正，探测点坐标计算，自适应控制调整。本发明利用测量船姿态角的变化规律来测算探测水域当前波浪的周期，测算当前条件下能够测深的极限值；根据发射时刻和接收时刻船体的姿态和位置变化，通过几何运算对探测距离进行精确计算；通过发射时刻船体的姿态和坐标计算每个接收换能器的坐标，并根据换能器平面与水平面的夹角和深度值计算得到实际探测点的坐标；根据波浪周期自适应调整信号发射时间间隔，根据深度大小自适应调整船速快慢；最后根据计算的坐标和深度值反演出水下三维地形。

Description

一种自适应波浪效应的水下单波束高精度探测系统及方法

技术领域

本发明涉及水下探测中的超声探测技术领域，具体涉及一种自适应波浪效应的水下单波束高精度探测系统及方法。

背景技术

水下地形测量是工程测量中的一种特定测量，测量江河、湖泊、水库、港湾和近海水底的平面位置和高程，用以绘制水下地形图的测绘工作。水下地形测绘包括测深点定位、水深测量、水位观测和绘图，其中水深测量是水底测量的核心内容。从传统的测深杆和测深锤测量水深，到近现代单波束测深，再到现在的多波束测深、机载激光测深，海洋测深手段一直不断发展和进步，在海底板块运动、沉积物迁移变化、渔业养殖、潜水器安全航行、环境监测等海洋科学研究、海洋军事、海洋资源开发和海洋工程中发挥着重要的作用。

单波束测深仪的发明实现了水深测量从人工到自动的变革，单波束测深系统是由水深技术、导航定位技术和数字化传感技术等多种技术手段高度集合而成的，利用回声探测原理，完成“换能器发出声波--声波遇到障碍物发生发射--换能器接收反射声波”的过程，通过所用时间与水中声速计算得到转换器与障碍物之间的距离，再结合基于载波相位观测值的实时动态(RTK)定位解算出该点的高程与坐标，最终利用软件完成地理图形的绘制。相较于后来居上的多波束测探技术，单波束虽然在作业范围、测量精度、工作料率等方面都处于劣势，但由于其成本低，安装简单，易维护操作等优势，在实际的海洋测绘中依然作为一种主要的技术手段而被广泛应用。

波浪是水体表面由于受风吹刮水面产生的摩擦力和不均匀压力影响而出现的周期性的波动。波浪效应会影响水下探测的精度，但若能改进探测方法则可以利用波浪提高探测效率，中国专利文献公开了申请号为201810320299.7的一种基于单波束的近岸浅水随波扫描探测系统及其工作方法，通过波浪的起伏来进行多角度的探测，以便扩大探测范围，达到在一个探测点上就能探测较大区域的效果。但是该方法没有考虑波浪效应影响下系统的测深能力，测量船位移变化、测量船姿态变化、接收点的坐标计算及其分布对测深结果的影响。当水深较深时，探测信号从发射到返回到接收点的时间间隔可能接近波浪的运动周期，测量船的位移和姿态变化较大，所引起的测量结果误差较大。同时每个接收时刻的超声换能器阵列的坐标并不等同于发射点的坐标，通过发射点的坐标计算得到的实际探测点的坐标也不准确。故对于深水条件下的探测该方法并不适用。

为了克服现有技术中存在的缺点和不足，使该方法能更好的应用于实际环境，需要考虑波浪效应影响下系统的测深能力，测量船位移变化、测量船姿态变化、接收点的坐标计算及其分布对测深结果的影响。

发明内容

本发明的目的是为了克服传统单波束探测系统受波浪影响大，进而导致探测精度低的不足的缺陷，提供一种自适应波浪效应的水下单波束高精度探测系统及方法。

本发明的第一个目的可以通过采取如下技术方案达到：

一种自适应波浪效应的水下单波束高精度探测系统，所述的探测系统包括前端探测模块和后端控制与计算模块，其中，

所述的前端探测模块集成在无人测量船中，包括GPS定位仪、姿态传感器、超声换能器阵列、移动通信单元，所述的GPS定位仪和姿态传感器实时记录测量船的位置和姿态信息，所述的超声换能器阵列发射超声信号并采集回波数据，所述的移动通信单元将回波数据实时上传至后端控制与计算模块；

所述的后端控制与计算模块包括波浪参数检测单元、测深极限值计算单元、基于波浪和船速延时效应的深度综合补偿校正单元、探测点坐标计算单元、自适应控制调整单元、水下地形反演单元，所述的波浪参数检测单元通过姿态信息的变化规律，测算探测水域当前波浪的运动周期；所述的测深极限值计算单元通过波浪的周期，计算出当前条件下能够测量深度的极限值，超过该极限值则认为测量结果不可靠，清除掉；所述的深度综合补偿校正单元根据发射时刻和接收时刻的姿态信息和位置，通过几何运算对探测距离进行补偿；所述的探测点坐标计算单元通过发射时刻的测量船的姿态信息和位置计算每个接收时刻的超声换能器阵列的坐标，并根据超声换能器阵列所在平面与水平面的夹角和深度值计算得到实际探测点的坐标；所述的自适应控制调整单元根据波浪周期自适应调整发射信号的时间间隔，根据当前水深情况自适应调整船速快慢，根据波浪大小自适应调整信号发射时间间隔；所述的水下地形反演单元根据超声换能器阵列的探测点的坐标和深度值反演出水下三维地形。

进一步地，所述的波浪参数检测单元通过安装在无人测量船的姿态传感器不断记录测量船的姿态信息的变化周期，测算波浪运动周期。

进一步地，所述的测深极限值计算单元用于计算测深极限值，过程如下：测量船从发射至接收到回波的最大时间间隔不能超过波浪运动的1个周期，测深极限值即为声波在水中经历1个波浪运动周期所传播距离的一半。

进一步地，所述的深度综合补偿校正单元基于波浪和船速延时效应进行深度综合补偿校正，通过考虑波浪效应影响下发射、接收时刻测量船姿态的变化以及船速延时效应影响下发射点、接收点的位置变化，通过几何关系计算得到信号从发射点到障碍物的距离和从障碍物返回到接收点的距离，再根据姿态信息计算得到超声换能器阵列所在平面与水平面的夹角，对深度进行倾斜校正。

进一步地，所述的探测点坐标计算单元用于探测点坐标计算，根据接收时刻测量船的航向、姿态和接收换能器的分布，计算每个接收时刻的超声换能器阵列的坐标，进而根据深度和超声换能器阵列所在平面与水平面的夹角计算出每个接收换能器所对应探测点的坐标。

进一步地，所述的自适应控制调整单元根据波浪周期调整信号发射时间间隔，同时，根据深度大小调整船速快慢。

本发明的另一个目的可以通过采取如下技术方案达到：

一种自适应波浪效应的水下单波束高精度探测方法，所述的探测方法包括以下步骤：

S1、后端控制与计算模块发送控制指令，前端探测模块启动并发射探测声波信号；

S2、超声换能器阵列接收反射回波，形成探测数据，同时姿态传感器连续采集测量船姿态信息，GPS定位仪连续记录GPS坐标，并将数据通过移动通信单元发送给后端控制与计算模块；

S3、后端控制与计算模块接收前端探测模块传来的探测数据并保存，先根据测量船发射时刻的姿态信息和坐标，计算超声换能器阵列上每个接收时刻的超声换能器阵列的坐标，然后根据超声换能器阵列接收反射回波形成的探测数据计算回波时间间隔，并将计算结果保存；

S4、通过连续的姿态信息计算当前波浪的周期，计算当前波浪影响下能够测深的极限值，并根据测深极值对步骤S3的计算结果进行过滤；

S5、对步骤S4的结果进行处理，根据发射和接收时刻的时间间隔和GPS坐标计算船的航速；根据姿态计算超声换能器阵列所在平面与水平面的夹角；结合测量船位置变化、发射和接收时刻的姿态信息计算得到信号从发射点到障碍物和从障碍物返回到接收点的精确距离；然后根据超声换能器阵列所在平面与水平面的夹角，对距离进行倾斜校正，得到准确的深度值；结合姿态传感器的偏向角和深度值进行坐标校正计算，计算得到每个接收换能器所对应实际探测点的坐标；

S6、后端控制与计算模块中自适应控制调整单元根据所计算的水深和波浪周期幅度来调整发射信号的间隔、船速快慢；检测波浪的周期长，则减小信号的发射时间间隔，提高探测点的密度，反之则增大发射时间间隔，避免重复探测同一区域；如果当前水深较深，则减小航行速度，避免船速过快接收不到反射信号，反之则增大航行速度；

S7、根据探测点的深度值和坐标反演出水下三维地形。

本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果：

(1)本发明利用测量船姿态信息的变化周期来测算探测水域当前波浪的周期，根据波浪周期计算出当前条件下能够测深的极限值；

(2)根据发射时刻和接收时刻测量船的姿态信息和位置变化，通过几何运算对探测距离进行补偿，再根据超声换能器阵列所在平面与水平面的夹角对深度进行倾斜校正，得到高精度的测深值；

(3)能够根据接收时刻的测量船航向、姿态和接收换能器的分布，计算每个接收时刻的超声换能器阵列的坐标，进而根据深度和超声换能器阵列所在平面与水平面的夹角校正得到所对应实际探测点的坐标，实现单次发射，多点探测；

(4)能够根据检测波浪周期和水深大小，自适应调整信号发射时间间隔和船速快慢，提高探测效率。

附图说明

图1是本发明实施例公开的自适应波浪效应的水下单波束高精度探测系统结构图；

图2(a)是本发明区域探测示意图；

图2(b)是本发明超声换能器阵列分布示意图；

图3是本发明波浪效应下测深极值计算原理示意图；

图4是本发明波浪效应和船速延时效应下的探测距离计算原理示意图；

图5是本发明每个接收换能器所对应实际探测点的坐标计算原理示意图；

图6是本发明实施例的工作流程图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一

如图1所示，本实施例公开了一种自适应波浪效应的水下单波束高精度探测系统结构图，该系统包括前端探测模块和后端控制与计算模块。前端探测模块集成在无人测量船中，包括GPS定位仪、姿态传感器、超声换能器阵列、移动通信单元；前端探测模块中的GPS定位仪和姿态传感器实时记录测量船的位置和姿态信息，超声换能器阵列发射超声信号并采集回波数据，移动通信单元将回波数据实时上传至后端控制与计算模块。

后端控制与计算模块包括以下单元：波浪参数检测单元、测深极限值计算单元、基于波浪和船速延时效应的深度综合补偿校正单元、探测点坐标计算单元、自适应控制调整单元、水下地形反演单元。波浪参数检测单元通过姿态信息的变化规律，测算探测水域当前波浪的运动周期；测深极限值计算单元通过波浪的周期，计算出当前条件下能够测量深度的极限值，超过该极限值则认为测量结果不可靠，清除掉；基于波浪和船速延时效应的深度综合补偿校正单元根据发射时刻和接收时刻的姿态信息和位置，通过几何运算对探测距离进行补偿；探测点坐标计算单元通过发射时刻的测量船的姿态信息和位置计算每个接收时刻的超声换能器阵列的坐标，并根据超声换能器阵列所在平面与水平面的夹角和深度值计算得到实际探测点的坐标；自适应控制调整单元根据波浪周期自适应调整发射信号的时间间隔，根据当前水深情况自适应调整船速快慢，根据波浪大小自适应调整信号发射时间间隔；水下地形反演单元根据超声换能器阵列的探测点的坐标和深度值反演出水下三维地形。

其中，波浪参数检测单元的原理及工作方法阐述如下：

由于水面波浪的运动是周期性的，水面测量船随波浪的摆动也可认为是周期性的且二者的运动周期一致，这样通过安装在无人测量船的姿态传感器不断记录测量船的姿态信息的变化周期，即可测算波浪的运动周期。

其中，测深极限值计算单元的原理及工作方法阐述如下：

无人测量船在考虑波浪影响下的测深最大值，通过探测信号从发射至接收到回波的最大时间间隔和声波在水中的传播速度计算得到。探测信号从发射到接收到回波的时间间隔如果超过一个周期，则无法判断当前接收的回波是哪个发射信号对应的延时信号。因此必须在一个周期内完成探测信号发射和接收，即最大时间间隔不能超过波浪运动的一个周期。测深极限值即为声波在水中经历一个波浪运动周期所传播距离的一半；通过该极值对接收的无效数据进行过滤，即使接收回波数据也在一个波浪周期的窗口期内，以避免无效数据影响测量结果。

其中，基于波浪和船速延时效应的深度综合补偿校正单元的原理及工作方法阐述如下：

在水下探测中的船速延时效应是测量船在T₁时刻发射信号，在T₂时刻收到回波信号。在波浪效应的影响下，测量船在T₁和T₂时刻的姿态不同，同时由于船速的存在，测量船T₁和T₂时刻的位置也不一样；这样信号从发射点到障碍物的距离与从障碍物返回到接收点的距离不相等，通过几何关系可以计算得到准确距离，再根据姿态信息计算得到超声换能器阵列所在平面与水平面的夹角，对深度进行倾斜校正。

其中，探测点坐标计算单元的原理及工作方法阐述如下：

由于发射信号具有一定的波束角，在水底形成一定的探测区域，各接收换能器接收的回波信号可能来自探测区域中不同探测点的反射信号，需要根据发射时刻坐标和阵列分布计算每个接收时刻的超声换能器阵列的坐标，再根据深度、航向和超声换能器阵列所在平面与水平面的夹角计算每个接收换能器所对应实际探测点的坐标。

其中，自适应控制调整单元的原理及工作方法阐述如下：

如果检测到波浪的周期较长，则减小信号的发射时间间隔，提高探测点的密度，反之则增大发射时间间隔，避免重复探测同一区域；如果当前水深较深，则减小航行速度，避免船速过快接收不到反射信号，反之则增大航行速度，提高探测效率。

实施例二

本实施例基于上述公开的自适应波浪效应的水下单波束高精度探测系统，继续公开了一种自适应波浪效应的水下单波束高精度探测方法，步骤如下：

S1、后端控制与计算模块发送控制指令，前端探测模块启动并发射探测声波信号；

S2、超声换能器阵列接收反射回波，形成探测数据。同时姿态传感器连续采集测量船姿态信息，GPS定位仪连续记录GPS坐标，并将数据通过移动通信单元发送给后端控制与计算模块；

S3、后端控制与计算模块接收前端探测模块传来的探测数据并保存，先根据测量船发射时刻的姿态信息和坐标，计算超声换能器阵列上每个接收时刻的超声换能器阵列的坐标，然后根据超声换能器阵列接收反射回波形成的探测数据计算回波时间间隔，并将计算结果保存；

S4、通过连续的姿态信息计算当前波浪的周期，计算当前波浪影响下能够测深的极限值，并根据测深极值对步骤S3的计算结果进行过滤；

S5、对步骤S4的结果进行处理，根据发射和接收时刻的时间间隔和GPS坐标计算船的航速；根据姿态计算超声换能器阵列所在平面与水平面的夹角；结合测量船位置变化、发射和接收时刻的姿态信息计算得到信号从发射点到障碍物和从障碍物返回到接收点的精确距离；然后根据超声换能器阵列所在平面与水平面的夹角，对距离进行倾斜校正，得到准确的深度值；结合姿态传感器的偏向角和深度值进行坐标校正计算，计算得到每个接收换能器所对应实际探测点的坐标；

S6、后端控制与计算模块中自适应控制调整单元根据所计算的水深和波浪周期幅度来调整发射信号的间隔、船速快慢；检测波浪的周期长，则减小信号的发射时间间隔，提高探测点的密度，反之则增大发射时间间隔，避免重复探测同一区域；如果当前水深较深，则减小航行速度，避免船速过快接收不到反射信号，反之则增大航行速度；

S7、根据探测点的深度值和坐标反演出水下三维地形。

实施例三

如图1所示是本发明实施例公开的自适应波浪效应的水下单波束高精度探测系统结构图，包括前端探测模块和后端控制与计算模块。在实施例中，前端探测模块实例化为无人测量船，后端控制与计算模块实例化为云服务器，两者通过移动通信网络进行通信。前端探测模块主要集成超声换能器阵列、GPS定位仪、姿态传感器、移动通信单元，后端控制与计算模块主要包括波浪参数检测单元、测深极限值计算单元、基于波浪和船速延时效应的深度综合补偿校正单元、探测点坐标计算单元、水下地形反演单元。测量船在指定水域航行并记录回波、GPS坐标、姿态信息等信息，将数据通过移动通信单元上传至后端；后端负责数据处理并向测量船发送控制指令。

如图2(a)和图2(b)所示是本发明区域探测和超声换能器阵列分布示意图，假设超声换能器阵列由1个发射换能器和4个接收换能器组成，4个接收点分别位于正方形的4个顶点(分别编号为1、2、3、4)，发射点位于正方形的几何中心，保证每个接收阵点到发射点的距离相等且为r，其中r可根据实际探测情况进行调整。发射信号具有一定的波束角，在水底形成一定的探测区域，各接收换能器接收的回波信号可能来自探测区域中不同探测点的反射信号。

如图3所示是本发明波浪效应下测深极值计算原理示意图，声波在水中的传播速度c约为1500m/s，在波浪效应的影响下，信号从发射到接收的最长时间间隔为波浪的运动周期T，从而可以计算出最大测深值为：

h_max＝cT/2 (公式1)

如图4所示是本发明波浪效应和船速延时效应下的探测距离计算原理示意图，O为超声换能器阵列所在平面的中心位置即发射点的位置，α^*为发射信号时超声换能器阵列所在平面与水平面的夹角，β^*为接收回波信号时超声换能器阵列所在平面与水平面的夹角，A为回波反射点即实际探测点，O₁为接收信号时超声换能器阵列所在平面的中心位置，B为实际信号接收点。根据发射时刻与接收时刻的坐标计算二者的距离d、时间间隔为t，超声换能器阵列上发射点与接收点的距离r固定，c为声波在水中的传播速度，根据几何关系计算发射点O到反射点A的距离S₁，反射点A到接收点B的距离S₂，根据下列方程组可计算得到S₁、S₂：

实际探测点A处的水深值：

h＝S₁cosα^* (公式3)

如图5所示是本发明每个接收换能器所对应实际探测点的坐标计算原理示意图，图中坐标系为大地坐标系。O为发射点的位置，A、B、C、D分别为4个接收点，P为A点接收所到回波信号的反射点，α为超声换能器阵列所在平面与水平面的夹角，图中所标示的r为发射点与接收点之间，S为发射点到反射点的距离，H为P点的实际水深值，由姿态传感器可知测量船航向，经由坐标系转换可知实际探测点在大地坐标系xoy平面内的两个夹角，即为图中所示的β角和γ角。GPS模块所记录的是O处坐标，S_A可由前面计算得到，假设O点坐标为(x,y,z)，由计算可得实际测深点P的校正坐标为：

同理B接收点对应实际探测点的坐标校正坐标为：

C接收点对应实际探测点的坐标校正坐标为：

D接收点对应实际探测点的坐标校正坐标为：

综上所述，本发明利用测量船姿态信息的变化周期来测算探测水域当前波浪的周期，根据波浪周期计算出当前条件下能够测深的极限值；根据发射时刻和接收时刻测量船的姿态信息和位置变化，通过几何运算对探测距离进行补偿，再根据超声换能器阵列所在平面与水平面的夹角对深度进行倾斜校正，得到高精度的测深值；能够根据接收时刻的测量船航向、姿态和接收换能器的分布，计算每个接收时刻的超声换能器阵列的坐标，进而根据深度和超声换能器阵列所在平面与水平面的夹角校正得到所对应实际探测点的坐标，实现单次发射，多点探测；能够根据检测波浪周期和水深大小，自适应调整信号发射时间间隔和船速快慢，提高探测效率。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种自适应波浪效应的水下单波束高精度探测系统，其特征在于，所述的探测系统包括前端探测模块和后端控制与计算模块，其中，

所述的前端探测模块集成在无人测量船中，包括GPS定位仪、姿态传感器、超声换能器阵列、移动通信单元，所述的GPS定位仪和姿态传感器实时记录测量船的位置和姿态信息，所述的超声换能器阵列发射超声信号并采集回波数据，所述的移动通信单元将回波数据实时上传至后端控制与计算模块；

所述的后端控制与计算模块包括波浪参数检测单元、测深极限值计算单元、基于波浪和船速延时效应的深度综合补偿校正单元、探测点坐标计算单元、自适应控制调整单元、水下地形反演单元，所述的波浪参数检测单元通过测量船的姿态信息的变化规律，测算探测水域当前波浪的运动周期；所述的测深极限值计算单元通过波浪的周期，计算出当前条件下能够测量深度的极限值，超过该极限值则认为测量结果不可靠，清除掉；所述的深度综合补偿校正单元根据发射时刻和接收时刻的测量船的姿态信息和位置，通过几何运算对探测距离进行补偿；所述的探测点坐标计算单元通过发射时刻的测量船的姿态信息和位置计算每个接收时刻的超声换能器阵列的坐标，并根据超声换能器阵列所在平面与水平面的夹角和深度值计算得到实际探测点的坐标；所述的自适应控制调整单元根据波浪周期自适应调整发射信号的时间间隔，根据当前水深情况自适应调整船速快慢，根据波浪大小自适应调整信号发射时间间隔；所述的水下地形反演单元根据超声换能器阵列的探测点的坐标和深度值反演出水下三维地形。

2.根据权利要求1所述的一种自适应波浪效应的水下单波束高精度探测系统，其特征在于，所述的波浪参数检测单元通过安装在无人测量船的姿态传感器不断记录测量船的姿态信息的变化周期，测算波浪运动周期。

3.根据权利要求1所述的一种自适应波浪效应的水下单波束高精度探测系统，其特征在于，所述的测深极限值计算单元用于计算测深极限值：测量船从发射至接收到回波的最大时间间隔不能超过波浪运动的1个周期，测深极限值即为声波在水中经历1个波浪运动周期所传播距离的一半。

4.根据权利要求1所述的一种自适应波浪效应的水下单波束高精度探测系统，其特征在于，所述的深度综合补偿校正单元基于波浪和船速延时效应进行深度综合补偿校正，通过考虑波浪效应影响下发射、接收时刻测量船姿态的变化以及船速延时效应影响下发射点、接收点的位置变化，通过几何关系计算得到信号从发射点到障碍物的距离和从障碍物返回到接收点的距离，再根据姿态信息计算得到超声换能器阵列所在平面与水平面的夹角，对深度进行倾斜校正。

5.根据权利要求1所述的一种自适应波浪效应的水下单波束高精度探测系统，其特征在于，所述的探测点坐标计算单元用于探测点坐标计算，计算每个接收时刻的超声换能器阵列的坐标，进而根据深度和超声换能器阵列所在平面与水平面的夹角计算出每个接收换能器所对应探测点的坐标。

6.根据权利要求1所述的一种自适应波浪效应的水下单波束高精度探测系统，其特征在于，所述的自适应控制调整单元根据波浪周期调整信号发射时间间隔，同时，根据深度大小调整船速快慢。

7.一种自适应波浪效应的水下单波束高精度探测方法，其特征在于，所述的探测方法包括以下步骤：

S1、后端控制与计算模块发送控制指令，前端探测模块启动并发射探测声波信号；

S2、超声换能器阵列接收反射回波，形成探测数据，同时姿态传感器连续采集测量船的姿态信息，GPS定位仪连续记录GPS坐标，并将数据通过移动通信单元发送给后端控制与计算模块；

S3、后端控制与计算模块接收前端探测模块传来的探测数据并保存，先根据发射时刻测量船的姿态信息和坐标，计算超声换能器阵列上每个接收时刻的超声换能器阵列的坐标，然后根据超声换能器阵列接收反射回波形成的探测数据计算回波时间间隔，并将计算结果保存；

S4、通过连续的姿态信息计算当前波浪的周期，计算当前波浪影响下能够测深的极限值，当超声换能器阵列的探测点的深度值超过测深极值，则认为测量结果不可靠，删除该超声换能器阵列的探测点的深度值对应的超声换能器阵列的坐标和回波时间间隔，其中，超声换能器阵列的探测点的深度值根据以下计算过程得到：

设O为超声换能器阵列所在平面的中心位置即发射点的位置，α^*为发射信号时超声换能器阵列所在平面与水平面的夹角，β^*为接收回波信号时超声换能器阵列所在平面与水平面的夹角，A为回波反射点即实际探测点，O₁为接收信号时超声换能器阵列所在平面的中心位置，B为实际信号接收点， 根据发射时刻与接收时刻的坐标计算二者的距离d、时间间隔为t，超声换能器阵列上发射点与接收点的距离r固定，c为声波在水中的传播速度，根据几何关系计算发射点O到反射点A的距离S₁，反射点A到接收点B的距离S₂，根据下列方程组可计算得到S₁、S₂：

实际探测点A处的水深值：

h＝S₁cosα^*；

S5、对步骤S4的结果进行处理，根据发射和接收时刻的时间间隔和GPS坐标计算测量船的航速；根据姿态计算超声换能器阵列所在平面与水平面的夹角；结合测量船位置变化、发射和接收时刻的姿态信息计算得到信号从发射点到障碍物和从障碍物返回到接收点的精确距离；然后根据超声换能器阵列所在平面与水平面的夹角，对距离进行倾斜校正，得到准确的深度值；结合姿态传感器的偏向角和深度值进行坐标校正计算，计算得到每个接收换能器所对应实际探测点的坐标；

S6、后端控制与计算模块中自适应控制调整单元根据所计算的水深和波浪周期幅度来调整发射信号的间隔、船速快慢；检测波浪的周期长，则减小信号的发射时间间隔，提高探测点的密度，反之则增大发射时间间隔，避免重复探测同一区域；如果当前水深较深，则减小航行速度，避免船速过快接收不到反射信号，反之则增大航行速度；

S7、根据探测点的深度值和坐标反演出水下三维地形。

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