Обработка интерферометрической информации панорамных гидроакустических систем и построение 3-D изображения морского дна
Рассмотрен способ обработки интерферометрической информации ГБО, основанный на анализе матриц коэффициентов корреляции отдельных реализаций с последовательностью опорных сигналов. На основе данных корреляционной обработки проведены линии максимумов интерференции, по обработанной интерферограмме пост...
Gespeichert in:
| Veröffentlicht in: | Гідроакустичний журнал (Проблеми, методи та засоби досліджень Світового океану) |
|---|---|
| Datum: | 2005 |
| Hauptverfasser: | , , , , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Russian |
| Veröffentlicht: |
Науково-технічний центр панорамних акустичних систем НАН України
2005
|
| Online Zugang: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/19123 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Zitieren: | Обработка интерферометрической информации панорамных гидроакустических систем и построение 3-D изображения морского дна / А.И. Гончар, С.И. Донченко, Л.В. Нестеренко, Л.И. Шлычек, А.И. Шундель // Гідроакустичний журнал (Проблеми, методи та засоби досліджень Світового океану): Зб. наук. пр. — Запоріжжя: НТЦ ПАС НАН України, 2005. — № 2. — С. 92-98. — Бібліогр.: 4 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-19123 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
Гончар, А.И. Донченко, С.И. Нестеренко, Л.В. Шлычек, Л.И. Шундель, А.И. 2011-04-20T11:15:06Z 2011-04-20T11:15:06Z 2005 Обработка интерферометрической информации панорамных гидроакустических систем и построение 3-D изображения морского дна / А.И. Гончар, С.И. Донченко, Л.В. Нестеренко, Л.И. Шлычек, А.И. Шундель // Гідроакустичний журнал (Проблеми, методи та засоби досліджень Світового океану): Зб. наук. пр. — Запоріжжя: НТЦ ПАС НАН України, 2005. — № 2. — С. 92-98. — Бібліогр.: 4 назв. — рос. 1815-8277 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/19123 004; 534.213 Рассмотрен способ обработки интерферометрической информации ГБО, основанный на анализе матриц коэффициентов корреляции отдельных реализаций с последовательностью опорных сигналов. На основе данных корреляционной обработки проведены линии максимумов интерференции, по обработанной интерферограмме построено трёхмерное изображение морского дна. Розглянуто спосіб обробки інтерферометричної інформації ГБО, заснованій на аналізі матриць коефіцієнтів кореляції окремих реалізацій з послідовністю опорних сигналів. На основі даних кореляційної обробки проведені лінії максимумів інтерференції, по обробленій інтерферограмі побудовано трьохвимірне зображення морського дна. The way of the interferometric information processing of side scan sonar, based on the analysis of correlation coefficient matrixes of separate realizations with a sequence of basic signals is considered. On the basis of correlation processing data the lines of maxima interference are drawn, on processed interferogram 3D image of sea bottom is built. ru Науково-технічний центр панорамних акустичних систем НАН України Гідроакустичний журнал (Проблеми, методи та засоби досліджень Світового океану) Обработка интерферометрической информации панорамных гидроакустических систем и построение 3-D изображения морского дна Обробка інтерферометричної інформації панорамних гідроакустичних систем і побудова 3-D зображення морського дна Article published earlier |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| title |
Обработка интерферометрической информации панорамных гидроакустических систем и построение 3-D изображения морского дна |
| spellingShingle |
Обработка интерферометрической информации панорамных гидроакустических систем и построение 3-D изображения морского дна Гончар, А.И. Донченко, С.И. Нестеренко, Л.В. Шлычек, Л.И. Шундель, А.И. |
| title_short |
Обработка интерферометрической информации панорамных гидроакустических систем и построение 3-D изображения морского дна |
| title_full |
Обработка интерферометрической информации панорамных гидроакустических систем и построение 3-D изображения морского дна |
| title_fullStr |
Обработка интерферометрической информации панорамных гидроакустических систем и построение 3-D изображения морского дна |
| title_full_unstemmed |
Обработка интерферометрической информации панорамных гидроакустических систем и построение 3-D изображения морского дна |
| title_sort |
обработка интерферометрической информации панорамных гидроакустических систем и построение 3-d изображения морского дна |
| author |
Гончар, А.И. Донченко, С.И. Нестеренко, Л.В. Шлычек, Л.И. Шундель, А.И. |
| author_facet |
Гончар, А.И. Донченко, С.И. Нестеренко, Л.В. Шлычек, Л.И. Шундель, А.И. |
| publishDate |
2005 |
| language |
Russian |
| container_title |
Гідроакустичний журнал (Проблеми, методи та засоби досліджень Світового океану) |
| publisher |
Науково-технічний центр панорамних акустичних систем НАН України |
| format |
Article |
| title_alt |
Обробка інтерферометричної інформації панорамних гідроакустичних систем і побудова 3-D зображення морського дна |
| description |
Рассмотрен способ обработки интерферометрической информации ГБО, основанный на анализе матриц коэффициентов корреляции отдельных реализаций с последовательностью опорных сигналов. На основе данных корреляционной обработки проведены линии максимумов интерференции, по обработанной интерферограмме построено трёхмерное изображение морского дна.
Розглянуто спосіб обробки інтерферометричної інформації ГБО, заснованій на аналізі матриць коефіцієнтів кореляції окремих реалізацій з послідовністю опорних сигналів. На основі даних кореляційної обробки проведені лінії максимумів інтерференції, по обробленій інтерферограмі побудовано трьохвимірне зображення морського дна.
The way of the interferometric information processing of side scan sonar, based on the analysis of correlation coefficient matrixes of separate realizations with a sequence of basic signals is considered. On the basis of correlation processing data the lines of maxima interference are drawn, on processed interferogram 3D image of sea bottom is built.
|
| issn |
1815-8277 |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/19123 |
| citation_txt |
Обработка интерферометрической информации панорамных гидроакустических систем и построение 3-D изображения морского дна / А.И. Гончар, С.И. Донченко, Л.В. Нестеренко, Л.И. Шлычек, А.И. Шундель // Гідроакустичний журнал (Проблеми, методи та засоби досліджень Світового океану): Зб. наук. пр. — Запоріжжя: НТЦ ПАС НАН України, 2005. — № 2. — С. 92-98. — Бібліогр.: 4 назв. — рос. |
| work_keys_str_mv |
AT gončarai obrabotkainterferometričeskoiinformaciipanoramnyhgidroakustičeskihsistemipostroenie3dizobraženiâmorskogodna AT dončenkosi obrabotkainterferometričeskoiinformaciipanoramnyhgidroakustičeskihsistemipostroenie3dizobraženiâmorskogodna AT nesterenkolv obrabotkainterferometričeskoiinformaciipanoramnyhgidroakustičeskihsistemipostroenie3dizobraženiâmorskogodna AT šlyčekli obrabotkainterferometričeskoiinformaciipanoramnyhgidroakustičeskihsistemipostroenie3dizobraženiâmorskogodna AT šundelʹai obrabotkainterferometričeskoiinformaciipanoramnyhgidroakustičeskihsistemipostroenie3dizobraženiâmorskogodna AT gončarai obrobkaínterferometričnoíínformacíípanoramnihgídroakustičnihsistemípobudova3dzobražennâmorsʹkogodna AT dončenkosi obrobkaínterferometričnoíínformacíípanoramnihgídroakustičnihsistemípobudova3dzobražennâmorsʹkogodna AT nesterenkolv obrobkaínterferometričnoíínformacíípanoramnihgídroakustičnihsistemípobudova3dzobražennâmorsʹkogodna AT šlyčekli obrobkaínterferometričnoíínformacíípanoramnihgídroakustičnihsistemípobudova3dzobražennâmorsʹkogodna AT šundelʹai obrobkaínterferometričnoíínformacíípanoramnihgídroakustičnihsistemípobudova3dzobražennâmorsʹkogodna |
| first_indexed |
2025-11-26T23:57:00Z |
| last_indexed |
2025-11-26T23:57:00Z |
| _version_ |
1850786601041395712 |
| fulltext |
Гідроакустичний журнал (Проблеми, методи та засоби досліджень Світового океану), 2005 (№2)
92
УДК 004; 534.213
ОБРАБОТКА ИНТЕРФЕРОМЕТРИЧЕСКОЙ ИНФОРМАЦИИ
ПАНОРАМНЫХ ГИДРОАКУСТИЧЕСКИХ СИСТЕМ
И ПОСТРОЕНИЕ 3-D ИЗОБРАЖЕНИЯ МОРСКОГО ДНА
© А.И. Гончар, С.И. Донченко, Л.В. Нестеренко, Л.И. Шлычек, А.И. Шундель, 2005
Научно-технический центр панорамных акустических систем НАН Украины, г. Запорожье
Розглянуто спосіб обробки інтерферометричної інформації ГБО, заснованій на аналізі матриць
коефіцієнтів кореляції окремих реалізацій з послідовністю опорних сигналів. На основі даних кореляційної
обробки проведені лінії максимумів інтерференції, по обробленій інтерферограмі побудовано трьохвимірне
зображення морського дна.
Рассмотрен способ обработки интерферометрической информации ГБО, основанный на анализе
матриц коэффициентов корреляции отдельных реализаций с последовательностью опорных сигналов. На
основе данных корреляционной обработки проведены линии максимумов интерференции, по обработанной
интерферограмме построено трёхмерное изображение морского дна.
The way of the interferometric information processing of side scan sonar, based on the analysis of correlation
coefficient matrixes of separate realizations with a sequence of basic signals is considered. On the basis of correlation
processing data the lines of maxima interference are drawn, on processed interferogram 3D image of sea bottom is built.
Задача повышения эффективности картографирования рельефа дна, с использованием
фазовых ГБО с большой базой, требует развития существующих и создания новых
аналитико-численных методов обработки интерферометрической гидролокационной
информации [1, 2]. Одним из основных инструментов отладки разрабатываемых алгоритмов
обработки интерферограмм в последнее время становится построение адекватных практике
математических моделей панорамной съемки [3].
Преимущество использования моделей состоит в возможности получения быстрой и
точной оценки эффективности алгоритмов обработки исходной информации в достаточно
широком диапазоне параметров съемки [4]. Это позволяет обоснованно выбирать
направления модификации алгоритмов, что повышает скорость их разработки и, в отдельных
случаях, существенно увеличивает их эффективность.
Характерным примером использования такого подхода является моделирование
панорамной съемки ГБО с фазометрическими каналами при движении в сложных
навигационных условиях над заданным виртуальным полигоном. Синтезируемые в модели
интерферометрические изображения представляют собой исходный материал, необходимый
для отладки и верификации алгоритмов корреляционной обработки. Рассмотрим в этом
контексте основные этапы анализа интерферометрической информации.
Основной задачей анализа интерферометрических изображений является
совершенствование алгоритмов устойчивого выделения линий интерференционных
максимумов и устранения неоднозначности определения их номеров.
Для первичной обработки интерферограмм используются корреляционные методы
анализа. Вид одной из реализаций u(t) интерферограммы представлен на рис. 1а. Реализация
u(t), изображённая на рис. 1а, является первой реализацией снизу интерферограммы на
Гідроакустичний журнал (Проблеми, методи та засоби досліджень Світового океану), 2005 (№2)
93
рис. 2. Элементы корреляционной матрицы C, относящейся к реализации u(t), определяются
как коэффициенты
c( ,σ)=corr[u(t),U(t, ,σ)]υ υ
взаимной корреляции между реализацией u(t) и опорным сигналом
-2 2U(t, ,σ)=exp[-σ (t- ) /2]υ υ , [0,T]υ ∈ ,
где T - длительность реализации (рис. 1б).
Далее проводится оценка Pcorr линий корреляционных максимумов (рис. 1в),
наблюдаемых в матрице C, на основе которой выбираются λ= dN (d - база антенной пары
интерферометра, работающего на длине волны λ ) наиболее коррелирующих выборок
(рис. 1г). Корреляционная фильтрация связана с Wavelet-теорией обработки сигнала.
Вторичная обработка заключается в исключении выборок, не образующих линий
интерференционных максимумов, и в устранении областей разрывов линий,
соответствующих зонам тени, путем интерполяции. Первой линией является линия глубины.
Для всех остальных линий находится множество {∆rn} – расстояния от n-ой линии до всех
гипотетических точек реализации. Точку, которая относится к n-ой реализации, находим
путём минимизации множества {∆rn}.
Реализации алгоритмов обработки по изложенной методике показывают свою
высокую эффективность в решении задачи анализа сложных интерферометрических
изображений (рис. 2 – 5), однако пока не могут быть использованы для обработки в режиме
реального времени из-за большой трудоемкости расчетов.
Использование рассмотренных способов анализа интерферометрических изображений
требует регистрации последовательностей мгновенных значений {α,β,γ} с помощью
датчиков углов крена, дифферента, курса, а также точной привязки антенной пары к
географическим координатам с помощью DGPS. Поэтому аппаратно-программная
интеграция интерферометрических ГБО (равно как и других панорамных гидроакустических
средств) с источниками навигационных данных становится одним из основных условий
повышения качества определения и картографирования глубин акватории. Для решения этой
задачи на программном уровне целесообразно использовать событийно-ориентированные
информационные модели, оптимизированные для разработки гидроакустических комплексов
[4].
Гідроакустичний журнал (Проблеми, методи та засоби досліджень Світового океану), 2005 (№2)
94
а) исходная реализация с шумом
б) корреляционная матрица реализации
в) оценка корреляционных максимумов
г) реализация после первичной обработки
Рис. 1. Первичная корреляционная обработка
отдельной реализации интерференционного сигнала
Гідроакустичний журнал (Проблеми, методи та засоби досліджень Світового океану), 2005 (№2)
95
Рис. 2. Исходная интерферограмма
Часть интерферограммы, изображённая на рис. 2, получена в ходе проведения
натурных испытаний с помощью ГКБО-5000 в Чёрном море.
Выделив линии интерференционных максимумов (рис. 3) и присвоив им номера,
глубины на линиях максимумов определяются формулой:
( )
d2
dnn2
Z
n
22
n
nn ρ
+λ−λρρ= ,
где n – номер линии;
ρn – наклонная дальность до n-ой линии;
λ – длина волны;
d – база.
Имея в качестве исходных данных координаты точек и их глубины, используя
бигармоническую сплайн-интерполяцию, получаем трёхмерное изображение рельефа
морского дна (рис. 4 - 5).
Изобаты на рис. 4 проведены через 10 м, а подписи к ним через 20 м.
Изобаты на рис. 5 проведены через 2 м, а подписи к ним через 4 м. Рис. 5 является
увеличенной частью рис. 4.
На рис. 6 изображена зависимость погрешности определения наклонной дальности.
Разброс точек обусловлен дестабилизирующими факторами (качкой).
Гідроакустичний журнал (Проблеми, методи та засоби досліджень Світового океану), 2005 (№2)
96
Рис.3. Линии интерференционных максимумов
после первичной и вторичной обработки
Рис. 4. Трёхмерное изображение рельефа дна после обработки интерферограммы
Гідроакустичний журнал (Проблеми, методи та засоби досліджень Світового океану), 2005 (№2)
97
Рис. 5. Увеличенная часть донного рельефа
Рис. 6. Зависимость погрешности определения расстояния
Гідроакустичний журнал (Проблеми, методи та засоби досліджень Світового океану), 2005 (№2)
98
Таким образом, проблема эффективной обработки сложных интерферометрических
изображений дна требует создания развитых математических моделей процесса панорамной
съемки, в рамках которых решаются задачи комплексного синтеза и анализа данных. Задача
построения устойчивого алгоритма обработки интерферограмм в этом контексте может быть
сведена к более общей проблеме адаптации к изменяющимся условиям подводного
наблюдения за счет компенсации дестабилизирующих факторов панорамной съемки.
Литература
1. Теоретические основы создания панорамных гидроакустических систем / А.И. Гончар, О.С. Голод,
Ю.А. Клочан, Л.И. Шлычек / Под ред. А.И.Гончара. – Запорожье: НТЦ ПАС НАН Украины, 1999. -
290 с.
2. Проблемы, методы и средства исследований Мирового океана: Сб. научн. тр. – Запорожье: НТЦ ПАС
НАН Украины, 2003. - 238 с.
3. Гончар А.И., Шлычек Л.И., Гончар Ю.А., Писанко И.Н. Использование математических моделей при
разработке панорамных гидроакустических систем // Труды международной конференции
«Современное состояние, проблемы навигации и океанографии» (НО-2004). – Том 2. СПб: ГНИНГИ
МО РФ. - 2004. – С. 87-91
4. Гончар А.И., Шлычек Л.И., Донченко С.И., Писанко И.Н. Исследование информационных потоков в
реализациях панорамных гидроакустических систем // Труды международной конференции
«Современное состояние, проблемы навигации и океанографии» (НО-2004). – Том 2. СПб: ГНИНГИ
МО РФ. - 2004. – С. 91-93
|