用于多波束测深系统的底检测方法及装置

技术领域

本申请涉及水域探测技术领域，尤其涉及一种用于多波束测深系统的底检测方法及装置。

背景技术

多波束测深系统的底检测技术是对波束脚印（即发射波束与接收波束在海底的交叉波束）内的后向散射回波信号进行波达时间（Time of Arrival，TOA）和波达角度（Direction of Arrival，DOA）估计，在声速已知的条件下，根据三角形定理得到深度值。

多波束测深系统在底检测之前需要确定波束脚印，即设置合理的底检测跟踪门限，波束脚印的确定对底检测精度以及运算量都有很大的影响。目前的底检测技术中通常采用两种方式确定波束脚印：第一种方式根据前几帧底检测结果预估本帧波束的跟踪门限，依据该门限得到本帧中间波束的底检测结果，然后根据中间波束的底检测结果，由中间波束向边缘波束递推的方式实现当前帧的自适应底检测结果；第二种方式则是在前几帧的深度检测结果的基础上采用地形跟踪方法，生成本帧初级检测的浅门限和深门限，进而在浅门限和深门限的基础上得到本帧的底检测结果。

然而，上述第一种方式的抗干扰能力差，当前波束的底检测结果依赖上一相邻波束的底检测结果，一旦出现强干扰导致某一波束底检测结果出现错误，则会影响后续波束的底检测结果，甚至连续多个帧都出现底检测结果错误的情况。而上述第二种方式中，初级门限的预估方法缺少对当前帧的信息的使用，在地形复杂起伏较大、地形连续性不佳的情况下，容易出现底检测跟踪丢失的情况，且当前帧底检测结果也会影响后续帧的底检测结果，因而在复杂地形条件下的底检测结果精度较差。

发明内容

本申请实施例的目的提供一种用于多波束测深系统的底检测方法及装置，用于提高底检测结果的抗干扰性、增加底检测适用范围，从而提高底检测结果的精度。

为了实现上述目的，本申请实施例采用下述技术方案：

第一方面，本申请实施例提供一种用于多波束测深系统的底检测方法，包括：

基于当前帧中目标回波波束的波束数据，确定所述目标回波波束对应的初始深度值和波达角度，其中，所述目标回波波束为多波束测深系统在当前帧接收的多个回波波束中的任一个，所述目标回波波束为所述多波束测深系统在当前帧向目标水域发射的多波束测深信号经所述目标水域反射后形成；

基于所述目标回波波束对应的初始深度值和波达角度，确定所述目标回波波束对应的波束脚印；

基于所述目标回波波束对应的波束脚印，确定所述目标回波波束对应的波达时刻；

基于所述多波束测深系统接收的多个回波波束各自对应的波达时刻，确定所述目标水域在当前帧对应的底检测结果。

第二方面，本申请实施例提供一种用于多波束测深系统的底检测装置，包括：

初步底检测单元，用于基于当前帧中目标回波波束的波束数据，确定所述目标回波波束对应的初始深度值和波达角度，其中，所述目标回波波束为多波束测深系统在当前帧接收的多个回波波束中的任一个，所述目标回波波束为所述多波束测深系统在当前帧向目标水域发射的多波束测深信号经所述目标水域反射后形成；

波束脚印计算单元，用于基于所述目标回波波束对应的初始深度值和波达角度，确定所述目标回波波束对应的波束脚印；

底检测单元，用于基于所述目标回波波束对应的波束脚印，确定所述目标回波波束对应的波达时刻；

所述底检测单元，还用于基于所述多波束测深系统接收的多个回波波束各自的波达时刻，确定所述目标水域在当前帧对应的底检测结果。

本申请实施例采用的上述至少一个技术方案能够达到以下有益效果：

针对当前帧中的每个回波波束，基于该回波波束的波束数据，确定该回波波束对应的初始深度值和波达角度，以初始深度值和波达角度为基础确定该回波波束对应的波束脚印，进一步在波束脚印的基础上完成对该回波波束的底检测，由此得到当前帧各波束的精确底检测结果；可见，各回波波束底检测之间是相互独立的，不依赖前一帧或前几帧历史帧的底检测结果，且当前帧内各回波波束的底检测只使用各回波波束的波束数据，与其他回波波束的底检测结果无关，因而对复杂地形具有较好的检测精度和灵敏度，且具有一定的抗干扰能力；另外，本申请实施例提供的底检测方法适用于对当前帧内的各回波波束的并行底检测，对单个回波波束进行底检测时，不同回波波束之间互不影响，当对多个回波波束同时进行底检测时，可以进行并行优化，在多核硬件平台上（如DSP、x86 CPU及FPGA等）运行时能够充分利用多个核心的运算处理能力，提高计算速度和实时性，同时可以降低存储空间的使用需求。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1为本申请的一个实施例提供的一种用于多波束测深系统的底检测方法的流程示意图；

图2为本申请的一个实施例提供的一种波束脚印确定方法的流程示意图；

图3为本申请的一个实施例提供的一种回波波束对应的线性相位区间的确定方法的流程示意图；

图4为本申请的一个实施例提供的一种波达时刻的确定方法的流程示意图；

图5为本申请的一个实施例提供的一种底检测结果的确定方法的流程示意图；

图6为本申请的一个实施例提供的一种基于深度值和波达角度的插值示意图；

图7为本申请的一个实施例提供的一种用于多波束测深系统的底检测装置的结构示意图；

图8为本申请的一个实施例提供的一种电子设备的结构示意图。

具体实施方式

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请具体实施例及相应的附图对本申请技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。

本说明书和权利要求书中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不用于描述特定的顺序或先后次序。应理解，这样使用的数据在适当的情况下可以互换，以便本申请实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，本说明书和权利要求书中“和/或”表示所连接对象的至少其中之一，字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

应理解，本申请实施例提出的用于多波束测深系统的底检测方法，可以由多波束测深系统，具体可以由多波束测深系统中的数据处理装置执行。

以下结合附图，详细说明本申请各实施例提供的技术方案。

请参见图1，为本申请的一个实施例提供的一种用于多波束测深系统的底检测方法的流程示意图，该方法可以包括如下步骤：

S102，基于当前帧中目标回波波束的波束数据，确定目标回波波束对应的初始深度值和波达角度。

其中，目标回波波束为多波束测深系统在当前帧接收的多个回波波束中的任一个，目标回波波束为多波束测深系统在当前帧向目标水域发射的多波束测深信号经目标水域反射后形成。目标回波波束的波束数据可以例如包括但不限于目标回波波束的幅度数据和相位数据等，其中，幅度数据包括目标回波波束上多个点各自的幅度，相位数据包括目标回波波束上多个点各自的相位。

在上述S102中，可基于目标回波波束的幅度数据，确定目标回波波束的幅度最大值，将该幅度最大值对应的时刻确定为目标回波波束对应的初始波达时刻，以及将该幅度最大值对应的角度确定为目标回波波束对应的波达方向，进而在声速已知的条件下，根据三角定理、目标回波波束的初始波达时刻和初始波达角度，确定目标回波波束对应的初始深度值。之后，以目标回波波束的初始深度值为基础，确定目标回波波束的波束脚印，可以大大减少计算量，再通过对波束脚印的相对过零点的估计，可以结算出目标回波波束对应的精确深度值。

可选地，在上述S102之后，本申请实施例提供的底检测方法还可以包括：对当前帧中各回波波束对应的初始深度值进行连续性判断和野值剔除，去掉明显的飞点，从而提高后续底检测的精度。具体地，可首先对当前帧中各回波波束对应的初始深度值的有效性进行判断，确定各波波束对应的初始深度值的类型，其中，初始深度值的类型包括完全有效、插值有效以及无效等；然后，对插值有效的初始深度值进行插值处理，以及对无效的初始深度值进行剔除。

更为具体地，对当前帧中各回波波束对应的初始深度值的有效性进行判断，确定各波波束对应的初始深度值的类型，包括：基于当前帧中多个回波波束各自对应的初始深度值，确定深度值均值和深度值标准差；然后，基于深度值均值、深度值标准差以及目标回波波束对应的初始值，确定目标回波波束对应的初始深度值的类型。

示例地，若目标回波波束对应的初始深度值与深度值均值之间的差值小于深度值标准差的两倍，则可确定目标回波波束对应的初始深度值的类型为完全有效；若目标回波波束对应的初始深度值与深度值均值之间的差值大于或等于深度值标准差的两倍、且目标回波波束相邻两侧的回波波束的初始深度值的类型为完全有效，则可确定目标回波波束对应的初始深度值的类型为插值有效；若目标回波波束位于边缘位置、且目标回波波束相邻两侧的回波波束的初始深度值的类型不是完全有效，则可确定目标回波波束对应的初始深度值的类型为无效。

更为具体地，对插值有效的初始深度值进行插值处理，包括：若目标回波波束对应的初始深度值的类型为插值有效，则可基于目标回波波束相邻两侧的回波波束的初始深度值进行插值处理，并将目标回波波束对应的初始深度值修正为插值结果。

可选地，为提高当前帧中各回波波束对应的初始深度值的准确性，在上述S102之前，本申请实施例提供的底检测方法还可以包括：对目标回波波束的波束数据进行低通滤波。由此，可以去除波束数据中的毛刺等干扰，有利于提高目标回波波束对应的初始深度值的准确性。

其中，对目标回波波束的波束数据进行低通滤波可采用频域滤波的方式实现。具体地，可对目标回波波束的波束数据进行快速傅里叶变换（Fast Fourier Transform，FFT），然后基于目标回波波束的波束号计算保留的频点数，并对其余的频点对应的波束数据置零，即可完成对目标回波波束的波束数据的低通滤波。示例地，保留的频点数可通过如下公式（1）计算得到：

（1）

其中，floor表示取整函数；BeamCnt表示多波束测深系统在当前帧接收到的回波波束的个数；abs表示取绝对值函数；BeamNum表示目标回波波束的波束号；stp表示保留系数，其可根据FFT点数进行设置，比如FFT点数为2048时，stp的取值为8等。以多波束测深系统在当前帧接收到的回波波束的个数为512为例，0号数和511号波束为两侧边缘波束，255号波束和256号波束为中央波束，相应地，BeamNum的取值范围为[0, 511]。

可以理解的是，上述低通滤波方式对不同区域的波束滤波带宽不同，从而可以尽量保留有利于波束脚印的有效信息，去除不需要的干扰；而对于边缘波束使用截止频率较低的低通滤波器，可以保留较宽的相位区间和散射回波脉冲，对于中央波束则使用截止频率较高的低通滤波器，可以使用较窄的相位区间和散射回波脉冲。

可选地，为进一步提高当前帧中各回波波束对应的初始深度值的准确性，在上述对目标回波波束的波束数据进行低通滤波之前，本申请实施例提供底检测方法还可以包括：对当前帧中各回波波束进行旁瓣抑制。具体地，可通过对当前帧中不同回波波束在同一时刻的波束数据进行比较，通过置零方式剔除掉幅度较小的波束数据，从而达到对各波束的旁瓣抑制的效果。

S104，基于目标回波波束对应的初始深度值和波达角度，确定目标回波波束对应的波束脚印。

发明人通过大量研究发现，波束脚印通常对应回波波束的线性相位区间，非镜像区域边缘回波波束的线性相位较为明显而能量脉冲峰值发散，而镜像区域中央波束的脉冲幅度信号信噪比比较高，信号幅度峰值非常窄，而线性相位区间淹没在随机的相位噪声中，这是两种非常典型的情况。由此，可基于上述两种典型情况，结合目标回波波束的幅度数据和相位数据，确定目标回波波束对应的波束脚印。

在一种可选的实现方式中，为提高确定出的波束脚印的准确性，以提高后续底检测精度以及适当较少运算量，如图2所示，上述S104可以包括如下步骤：

S141，基于目标回波波束对应的初始深度值和波达角度，确定目标回波波束对应的波束脚印搜索区间。

目标回波波束对应的波束脚印搜索区间是指用于搜索目标回波波束的波束脚印的区间。具体地，可利用目标回波波束对应的初始深度值和波达角度（DOA），确定目标回波波束对应的初始波达时刻（即初始TOA）；进一步，以初始波达时刻为中心点进行扩展，得到目标回波波束对应的波束脚印搜索区间。

示例地，可利用三角函数定理，基于目标回波波束对应的初始深度值和DOA，计算目标回波波束对应的初始TOA，不再赘述。

在确定出初始TOA之后，可按照一定比例，以初始TOA为中心点向两侧扩展，进而得到目标回波波束对应的波束脚印搜索区间。示例地，若目标回波波束对应的初始深度值的类型为完全有效或插值有效，则以初始波达时刻为中心点，基于与目标回波波束对应的初始深度值的类型相匹配的预设比例向中心点的两侧扩展，得到目标回波波束对应的波束脚印搜索区间。

例如，在目标回波波束对应的初始深度值的类型为完全有效时，理论回波区间=回波的脉冲宽度×带宽× 展宽系数，基于此，为方便计算，可将目标回波波束对应的初始波达时刻的0.9~1.1倍区间，作为目标回波波束对应的波束脚印搜索区间；在目标回波波束对应的初始深度值的类型为插值有效时，由于目标回波波束的初始深度值是经过插值处理后修正得到，此情况下由于插值点可能与实际回波点不一致，因而可适当扩大搜索区间，则将目标回波波束对应的初始波达时刻的0.8~1.2倍区间，作为目标回波波束对应的波束脚印搜索区间。

若目标回波波束对应的初始深度值的类型为无效，则从目标回波波束以外的其他回波波束中选取初始深度值最大的第一回波波束和初始深度值最小的第二回波波束，以及基于第一回波波束对应的初始波达时刻和第二回波波束对应的初始波达时刻，确定目标回波波束对应的波束脚印搜索区间。例如，可将第一回波波束对应的初始波达时刻与第二回波波束对应的初始波达时刻之间的区间，确定为目标回波波束对应的波束脚印搜索区间。

S142，在波束脚印搜索区间内搜索目标回波波束的幅度峰值。

具体地，可采用本领域常用的各种峰值搜索方法，基于目标回波波束在波束脚印搜索区间内的幅度数据进行搜索，找出幅度峰值。

S143，基于搜索到的幅度峰值确定目标回波波束对应的目标幅度区间和目标相位区间。

具体地，可从搜索到的幅度峰值中确定目标幅度峰值；进一步，基于目标幅度峰值在目标回波波束的相位数据中搜索相位极大值和相位极小值，以及基于相位极大值和相位极小值，确定目标相位区间；基于目标幅度峰值两侧超过预设门限的幅度，确定目标幅度区间。目标幅度区间和目标相位区间的确定是后续底检测的基础。

更为具体地，从搜索到的幅度峰值中确定目标幅度峰值，包括：若搜索到的幅度峰值为一个，则将该幅度峰值作为目标幅度峰值；若搜索到的幅度峰值为多个、且目标回波波束对应的初始深度值的类型为完全有效或插值有效，则从搜索到的多个幅度峰值中选取所属时刻最接近初始TOA的幅度峰值，作为目标幅度峰值；若搜索到的幅度峰值为多个、且目标回波波束对应的初始深度值的类型为无效，则从搜索到的多个幅度峰值中选取幅度最大的幅度峰值，作为目标幅度峰值。

在确定出目标幅度峰值后，可以以目标幅度峰值对应的点为起始点，在目标回波波束的相位数据内向该起始点的两侧搜索相位极大值和相位极小值；然后，将相位极小值对应的点作为目标相位区间的起始点，将相位极大值对应的点作为目标相位区间的截止点，该起始点与该截止点之间的区间即为目标相位区间。

在确定出目标幅度峰值后，还以目标幅度峰值对应的点为起始点，在目标回波波束的幅度数据内，向该起始点的两侧搜索幅度超过预设门限的幅度；将左侧幅度超过预设门限的所有幅度中距离起始点最近的幅度对应的点，作为目标幅度区间的起始点，并将右侧幅度超过预设门限的所有幅度中距离起始点最近的幅度对应的点作为目标幅度区间的截止点，进而该起始点与该截止点之间的区间即为目标幅度区间。

S144，基于目标幅度区间和目标相位区间，确定目标回波波束对应的线性相位区间，作为目标回波波束对应的波束脚印。

考虑到中央区域范围内的回波波束具有幅度峰值脉冲较窄的特点，而边缘区域的回波波束对应的线性相位较为明显，基于此，为准确确定波束脚印，上述S144可具体实现为：确定目标回波波束的幅度最大值与幅度平均值之间的比值，作为目标回波波束的幅度比值；比较幅度比值分别与预设幅度检测门限及预设相位检测门限之间的大小关系；基于与比较结果匹配的线性区间检测算法、目标幅度区间和目标相位区间，确定目标回波波束对应的线性相位区间。

更为具体地，如图3所示，目标回波波束对应的线性相位区间可以通过如下方式确定：

若目标回波波束的幅度比值大于或等于预设幅度检测门限，则基于目标幅度区间和第一线性区间检测算法，确定目标回波波束对应的线性相位区间，其中，第一线性区间检测算法包括：将目标幅度区间对应的相位区间确定为第一候选线性相位区间，以及将第一候选线性相位区间内的相位极大值点与相位极小值点之间的相位区间，确定为目标回波波束对应的线性相位区间。

若目标回波波束的幅度比值小于预设相位检测门限，则基于目标相位区间和第二线性区间检测算法，确定目标回波波束对应的线性相位区间，其中，第二线性区间检测算法包括：对目标相位区间进行低通滤波，得到第二候选线性相位区间，在第一候选线性相位区间对应的幅度区间内搜索目标回波波束的幅度最大值，以及基于搜索到的幅度最大值确定目标回波波束对应的线性相位区间。

若目标回波波束的幅度比值大于或等于预设相位检测门限、且小于预设幅度检测门限，则基于目标幅度区间和第一线性相位检测算法，确定第一线性相位区间，基于目标相位区间和第二线性区间检测算法，确定第二线性相位区间，以及基于第一线性相位区间和第二线性相位区间，确定目标回波波束对应的线性相位区间。

示例地， 若第一线性相位区间和第二线性相位区间部分重合，则将两者之间的重合区间确定为目标回波波束对应的线性相位区间；若第一线性相位区间和第二线性相位区间不重合，则可通过比较两者的幅度大小、递增递减以及拟合优度等指标，选取指标较优的一者作为目标回波波束对应的线性相位区间。值得说明的是，对第一线性相位区间和第二线性相位区间中任一者的幅度大小、递增递减以及拟合优度等指标的评价，可以采用本领域常用的各种技术手段实现，不再赘述。

可以理解的是，在目标回波波束的幅度比值大于或等于预设幅度检测门限的情况下，基于目标幅度区间和第一线性区间检测算法确定线性相位区间，相当于是以幅度检测为主、以相位检测为辅，可以充分利用中央区域范围内的回波波束具有幅度峰值脉冲较窄的特点，有利于提高线性相位区间的估计精度；在目标回波波束的幅度比值小于预设相位检测门限的情况下，基于目标相位区间和第二线性区间检测算法确定线性相位区间，相当于是以相位检测为主、以幅度检测为辅，可以充分利用边缘区域的回波波束对应的线性相位较为明显的特点，有利于提高线性相位区间的估计精度；在目标回波波束的幅度比值大于或等于预设相位检测门限、且小于预设幅度检测门限，结合幅度检测和相位检测确定线性相位区间，可以充分结合中央区域范围内的回波波束具有幅度峰值脉冲较窄的特点以及边缘区域的回波波束对应的线性相位较为明显的特点，有针对性地进行线性相位区间的估计，进而有利于提高线性相位区间的估计精度。

本申请实施例在此示出了上述S104的一种具体实现方式。当然，应理解，上述S104还可以通过其他本领域常用的方式实现，本申请实施例对此不作限制。

S106，基于目标回波波束对应的波束脚印，确定目标回波波束对应的波达时刻。

其中，目标回波波束对应的波束脚印为目标回波波束对应的线性相位区间。

在一种可选的实现方式中，在确定出线性相位区间之后，可通过对线性相位区间进行拟合处理，得到相位过零点，进而将相位过零点对应的时刻作为目标回波波束对应的波达时刻。

在另一种可选的实现方式中，为了提高底检测精度，可结合相位检测法和幅度检测法确定目标回波波束对应的波达时刻。进一步，考虑到相位检测法和幅度检测法具有不同的检测精度，最终的底检测结果则会出现明显的台阶状“分界”现象，在同一条测线中出现两种不同的检测条带，降低了整体的检测精度，也增加了后处理的难度和工作量，有鉴于此，针对相位检测法和幅度检测法“分界”现象，可在中央波束区域相位区间（如小于10°入射角的区域）较窄不易检测相位线性区间的情况下，本发明采用以幅度检测法为基础，对相位区间逐步进行收缩的方法，完成中央波束区域的相位法检测。具体地，如图4所示，上述S106可以包括如下步骤：

S161，确定线性相位区间的长度和目标回波波束的幅度峰值宽度。

S162，若线性相位区间的长度大于或等于预设长度阈值，则基于相位检测法和线性相位区间，确定目标回波波束对应的波达时刻。

其中，相位检测法可以采用本领域常用的各种相位检测法，例如包括但不限于如下相位检测法中的一种或多种的组合：分裂子阵相位检测法、多子阵相位检测法等。相位检测法估计目标回波波束对应的TOA，是通过寻找相位差时间序列过零点的位置实现，具体估计过程不再赘述。

S163，若线性相位区间的长度小于预设长度阈值或者目标回波波束的幅度峰值宽度小于预设宽度阈值，则基于幅度检测法和目标回波波束的幅度数据，估计目标回波波束的候选波达时刻，基于候选波达时刻确定目标线性相位区间，以及基于相位检测法和目标线性相位区间，确定目标回波波束对应的波达时刻。

其中，幅度检测法可采用本领域常用的各种幅度检测法，例如包括但不限于如下幅度检测法中的一种或多种的组合：幅度极大值法、幅度加权时间平均法、快速能量中心收敛法以及特征参量相关检测法等。幅度检测法估计目标回波波束对应的TOA，利用的是回波波束输出时间序列的幅度能量信息，具体估计过程不再赘述。

在基于幅度检测法估计出候选波达时刻之后，可在候选波达时刻附近，根据相位特性确定极窄的“线性相位区间”，最后使用相位检测法完成波达时刻的计算。

可以理解的是，在上述第二种实现方式中，以幅度检测法为基础，对相位区间逐步进行收缩的方法，完成中央波束区域的相位法检测，既通过幅度检测法保证了检测结果的有效性，又通过相位检测法输出最终的底检测结果。并且，上述实现方式可以对所有回波波束的底检测结果均以相位检测法为最后的输出步骤，从而保证了同一帧内底检测的精度一致性，避免了由于检测方法不同导致检测精度不一致而出现检测条带台阶状分界的现象。

S108，基于多波束测深系统接收的多个回波波束各自对应的波达时刻，确定目标水域在当前帧对应的底检测结果。

在一种可选的实现方式中，可利用三角函数定理，基于各个回波波束各自对应的波达时刻（TOA）和波达角度（DOA），确定各个回波波束对应的深度值；进一步，将当前帧中所有回波波束各自对应的深度值，确定为目标水域在当前帧对应的底检测结果。

在另一种可选的实现方式中，考虑到部分回波波束的波达时刻可能因干扰存在较大的误差或检测错误，为此，如图5所示，上述S108可以包括如下步骤：

S181，基于多个回波波束各自对应的波达时刻进行野值剔除处理，得到候选回波波束集合。

具体地，可利用三角函数定理，基于各个回波波束各自对应的波达时刻（TOA）和波达角度（DOA），确定各个回波波束对应的深度值，进而得到不同回波波束对应的深度值之间的差值绝对值，以及差值绝对值的标准差，根据同一帧内的区域连续性，判断哪些回波波束对应的深度值是错误的（即野值）并进行剔除，以剔除野值后的深度值和波达角度作为输入参数，对野值对应的波束点进行插值，并视精度和野值个数判断是否需要重检。

示例地，可从当前帧的多个回波波束各自对应的TOA中，挑选对应的线性相位区间较大且拟合优度较高的TOA作为插值的基准TOA，对于初步判定野值较多的斑块区域，则进一步通过连续性和相邻回波波束的深度值起伏程度来进行判断该斑块区域是真值还是野值。

将所对应的深度值为野值的回波波束剔除后，得到的候选回波波束集合即包含了所对应的深度值为真值的回波波束。

S182，基于候选回波波束集合中各回波波束对应的波达时刻和波达角度，计算各回波波束对应的测点的位置坐标和深度值。

S183，基于候选回波波束集合中各回波波束对应的测点的位置坐标和深度值进行插值处理，得到插值点的位置坐标和深度值。

完成基准TOA的确定后，通过计算差值绝对值和差值绝对值的标准差，进一步剔除偏差较大的野值，利用剔除野值后的TOA及对应的DOA解算出该点的深度值，以该深度值作为纵坐标，对应的DOA作为输入参数，通过线性插值和所有DOA已知的条件，列出二元方程组，求得插值点的横坐标（水平距离）和纵坐标（深度）。示例地，如图6所示，以常规的线性插值为例，A点的深度值为Ha，A点对应的波达角度为a，B点的深度值为Hb，B点对应的波达角度为b，若回波波束形成的方式为等角形式，当在AB之间以常规方式进行插值时，得到的插值点横坐标为(a+b)/2，纵坐标即为插值深度Hc：

（2）

即图6中的C点，该点的纵坐标为线段AB的中点的纵坐标，再以该点的深度值计算对应的水平距离，即如下公式（3）所示，其中，d表示D点的波达角度：

（3）

以公式(2)和公式(3)得到的插值坐标与实际的水底坐标是存在一定误差的，即使是较为平缓的地形，对边缘波束区域的插值，得到的地形图与实际地形差别较大，效果较差。而以实际的水底坐标进行插值则可以避免上述问题。A点的深度为Ha对应的角度为a，则对应的水底位置的横坐标即：Ha×tan(a)，B点的深度为Hb，B点对应的波达角度为b，B点对应的水底位置的横坐标即：Hb×tan(b)。若回波波束形成的方式为等角形式，以水底位置点的水平距离和深度为坐标信息，则AB之间的斜率为：

(4)

设插值点D的坐标为(Xd，Hd)，满足如下关系：

(5)

同时已知D点的波达角度（DOA）为d，则：

(6)

由公式(2)、公式(3)和公式(4)可以得到插值点D的坐标信息，插值点D为∠AOB的角等分线与AB的交点。

进一步，通过插值的方法解算某些“干扰”较多的波回波束的TOA时刻，当插值点较多时或有必要重新搜索时，在该TOA时刻附近重新搜索相位区间和能量峰值，通过相位区间的拟合优度和峰值大小以及峰值脉宽从而重新计算出新的TOA。相比于常规的插值方法该方法插值精度较高，消除了因常规插值方式横纵坐标不对应引起的误差。

S184，基于候选回波波束集合中各回波波束对应的测点的位置坐标和深度值以及插值点的位置坐标和深度值，确定目标水域在当前帧对应的底检测结果。

具体地，可将候选回波波束集合中所有回波波束对应的测点的位置坐标和深度值以及插值点的位置坐标和深度值，作为目标水域在当前帧对应的底检测结果。

可以理解的是，在上述第二种实现方式中，通过增加野值剔除、插值拟合以及波束重检的后处理过程，可以提高底检测精度，减少飞点，以及提高底检测效率；另外，在具体的处理过程中，在单个波束检测结果的基础上，通过同一帧及不同帧内相邻回波波束连续性变化之间的关系，对存在的单个或斑块的野值进行了判断和剔除，剔除后通过插值拟合重新确定检测区间进行重检，提高了检测精度，降低野值飞点个数和边缘波束区域的抖动。

本申请实施例提供的用于多波束测深系统的底检测方法，针对当前帧中的每个回波波束，基于该回波波束的波束数据，确定该回波波束对应的初始深度值和波达角度，以初始深度值和波达角度为基础确定该回波波束对应的波束脚印，进一步在波束脚印的基础上完成对该回波波束的底检测，由此得到当前帧各波束的精确底检测结果；可见，各回波波束底检测之间是相互独立的，不依赖前一帧或前几帧历史帧的底检测结果，且当前帧内各回波波束的底检测只使用各回波波束的波束数据，与其他回波波束的底检测结果无关，因而对复杂地形具有较好的检测精度和灵敏度，且具有一定的抗干扰能力；另外，本申请实施例提供的底检测方法适用于对当前帧内的各回波波束的并行底检测，对单个回波波束进行底检测时，不同回波波束之间互不影响，当对多个回波波束同时进行底检测时，可以进行并行优化，在多核硬件平台上（如DSP、x86 CPU及FPGA等）运行时能够充分利用多个核心的运算处理能力，提高计算速度和实时性，同时可以降低存储空间的使用需求。

上述对本说明书特定实施例进行了描述。其它实施例在所附权利要求书的范围内。在一些情况下，在权利要求书中记载的动作或步骤可以按照不同于实施例中的顺序来执行并且仍然可以实现期望的结果。另外，在附图中描绘的过程不一定要求示出的特定顺序或者连续顺序才能实现期望的结果。在某些实施方式中，多任务处理和并行处理也是可以的或者可能是有利的。

此外，与上述图1所示的用于多波束测深系统的底检测方法相对应地，本申请实施例还提出一种用于多波束测深系统的底检测装置。请参见图7，为本申请的一个实施例提供的一种用于多波束测深系统的底检测装置700的结构示意图，该装置700可以包括：

初步底检测单元710，用于基于当前帧中目标回波波束的波束数据，确定所述目标回波波束对应的初始深度值和波达角度，其中，所述目标回波波束为多波束测深系统在当前帧接收的多个回波波束中的任一个，所述目标回波波束为所述多波束测深系统在当前帧向目标水域发射的多波束测深信号经所述目标水域反射后形成；

波束脚印计算单元720，用于基于所述目标回波波束对应的初始深度值和波达角度，确定所述目标回波波束对应的波束脚印；

底检测单元730，用于基于所述目标回波波束对应的波束脚印，确定所述目标回波波束对应的波达时刻；

所述底检测单元730，还用于基于所述多波束测深系统接收的多个回波波束各自的波达时刻，确定所述目标水域在当前帧对应的底检测结果。

可选地，所述波束脚印计算单元720具体用于：

基于所述目标回波波束对应的初始深度值和波达角度，确定所述目标回波波束对应的波束脚印搜索区间；

在所述波束脚印搜索区间内搜索所述目标回波波束的幅度峰值；

基于搜索到的幅度峰值确定所述目标回波波束对应的目标幅度区间和目标相位区间；

基于所述目标幅度区间和目标相位区间，确定所述目标回波波束对应的线性相位区间，作为所述目标回波波束对应的波束脚印。

可选地，所述波束脚印计算单元720在基于所述目标回波波束对应的初始深度值和波达角度，确定所述目标回波波束对应的波束脚印搜索区间时，执行如下步骤：基于所述目标回波波束对应的初始深度值和波达角度，计算所述目标回波波束对应的初始波达时刻；以所述初始波达时刻为中心点进行扩展，得到所述目标回波波束对应的波束脚印搜索区间。

可选地，所述波束脚印计算单元720还用于：

在以所述初始波达时刻为中心点进行扩展，得到所述目标回波波束对应的波束脚印搜索区间之前，基于所述多个回波波束各自对应的初始深度值，确定深度值均值和深度值标准差；

基于所述目标回波波束对应的初始深度值、所述深度值均值和所述深度值标准差，确定所述目标回波波束对应的初始深度值的类型，所述类型包括完全有效、插值有效以及无效；

所述波束脚印计算单元720在以所述初始波达时刻为中心点进行扩展，得到所述目标回波波束对应的波束脚印搜索区间时，执行如下步骤：若所述目标回波波束对应的初始深度值的类型为完全有效或插值有效，则以所述初始波达时刻为中心点，基于与所述目标回波波束对应的初始深度值的类型相匹配的预设比例向所述中心点的两侧扩展，得到所述目标回波波束对应的波束脚印搜索区间；或者，若所述目标回波波束对应的初始深度值的类型为无效，则从除所述目标回波波束以外的其他回波波束中选取初始深度值最大的第一回波波束及初始深度值最小的第二回波波束，以及基于所述第一回波波束对应的初始波达时刻和所述第二回波波束对应的初始波达时刻，确定所述目标回波波束对应的波束脚印搜索区间。

可选地，所述波束脚印计算单元720在基于搜索到的幅度峰值确定所述目标回波波束对应的目标幅度区间和目标相位区间时，执行如下步骤：

从搜索到的幅度峰值中确定目标幅度峰值；

基于所述目标幅度峰值在所述目标回波波束的相位数据中搜索相位极大值和相位极小值，以及基于所述相位极大值和相位极小值，确定所述目标相位区间；

基于所述目标幅度峰值两侧超过预设门限的幅度，确定所述目标幅度区间。

可选地，所述波束脚印计算单元720在基于所述目标幅度区间和目标相位区间，确定所述目标回波波束对应的线性相位区间时，执行如下步骤：

确定所述目标回波波束的幅度最大值与幅度平均值之间的比值，作为所述目标回波波束的幅度比值；

比较所述幅度比值分别与预设幅度检测门限及预设相位检测门限之间的大小关系；

基于与比较结果匹配的线性区间检测算法、所述目标幅度区间和所述目标相位区间，确定所述目标回波波束对应的线性相位区间。

可选地，所述波束脚印计算单元720在基于与比较结果匹配的线性区间检测算法、所述目标幅度区间和所述目标相位区间，确定所述目标回波波束对应的线性相位区间时，执行如下步骤：

若所述幅度比值大于或等于所述预设幅度检测门限，则基于所述目标幅度区间和第一线性区间检测算法，确定所述目标回波波束对应的线性相位区间，其中，所述第一线性区间检测算法包括：将所述目标幅度区间对应的相位区间确定为第一候选线性相位区间，以及将所述第一候选线性相位区间内的相位极大值点与相位极小值点之间的相位区间，确定为所述目标回波波束对应的线性相位区间；或者，

若所述幅度比值小于所述预设相位检测门限，则基于所述目标相位区间和第二线性区间检测算法，确定所述目标回波波束对应的线性相位区间，其中，所述第二线性区间检测算法包括：对所述目标相位区间进行低通滤波，得到第二候选线性相位区间，在所述第一候选线性相位区间对应的幅度区间内搜索所述目标回波波束的幅度最大值，以及基于搜索到的幅度最大值确定所述目标回波波束对应的线性相位区间；或者，

若所述幅度比值大于或等于所述预设相位检测门限且小于所述预设幅度检测门限，则基于所述目标幅度区间和所述第一线性区间检测算法，确定第一线性相位区间，基于所述目标相位区间和所述第二线性区间检测算法，确定第二线性相位区间，以及基于所述第一线性相位区间和所述第二线性相位区间，确定所述目标回波波束对应的线性相位区间。

可选地，所述目标回波波束对应的波束脚印为所述目标回波波束对应的线性相位区间；

所述底检测单元730在基于所述目标回波波束对应的波束脚印，确定所述目标回波波束对应的波达时刻时，执行如下步骤：

若所述线性相位区间的长度大于或等于预设长度阈值，则基于相位检测法和所述线性相位区间，确定所述目标回波波束对应的波达时刻；或者，

若所述线性相位区间的长度小于所述预设长度阈值或者所述目标回波波束的幅度峰值宽度小于预设宽度阈值，则基于幅度检测法和所述目标回波波束的幅度数据，估计所述目标回波波束的候选波达时刻，基于所述候选波达时刻确定目标线性相位区间，以及基于所述相位检测法和所述目标线性相位区间，确定所述目标回波波束对应的波达时刻。

可选地，所述底检测单元730在基于所述多波束测深系统接收的多个回波波束各自对应的波达时刻，确定所述目标水域在当前帧对应的底检测结果时，执行如下步骤：

基于所述多个回波波束各自对应的波达时刻进行野值剔除处理，得到候选回波波束集合；

基于所述候选回波波束集合中各回波波束对应的波达时刻和波达角度，计算各回波波束对应的测点的位置坐标和深度值；

基于所述候选回波波束集合中各回波波束对应的测点的位置坐标和深度值进行插值处理，得到插值点的位置坐标和深度值；

基于所述候选回波波束集合中各回波波束对应的测点的位置坐标和深度值以及所述插值点的位置坐标和深度值，确定所述目标水域在当前帧对应的底检测结果。

可选地，所述装置700还可以包括但不限于波束形成单元、高速数据接口，大容量波束数据接收存储单元，高速数据缓存单元等。实际应用中，以TMS320C6678平台为例，TMS320C6678是一款8核浮点DSP，内部有4MBMSMC RAM和4MB的L2 SRAM的高速缓存，并包含DDR2、SRIO及Ethernet等高速数据接口。底检测装置可利用SRIO作为高速数据接口，用于接收波束形成单元发送的各回波波束的波束数据，并将接收到的波束数据存储到DDR2 RAM中，DDR2 RAM用作大容量波束数据接收存储单元，DSP的8个CPU利用EDMA从DDR2中搬移波束数据到本地的L2 SRAM中（高速数据缓存单元），并在L2 SRAM中完成初步底检测处理、波束脚印检测分类、波束脚印计算、波束底检测，完成所有波束的底检测后，底检测结果暂时存储在MSMC RAM中，并在MSMC RAM中由DSP的一个主核完成野值剔除，并将最终的底检测结果通过SRIO接口或Ethernet接口发送到主机显控单元。

当然，应理解，上述用于多波束测深系统的底检测装置也可以在通用计算机或其他嵌入式处理平台上进行实现。

图8是本申请的一个实施例电子设备的结构示意图。请参考图8，在硬件层面，该电子设备包括处理器，可选地还包括内部总线、网络接口、存储器。其中，存储器可能包含内存，例如高速随机存取存储器(Random-Access Memory，RAM)，也可能还包括非易失性存储器（non-volatile memory），例如至少1个磁盘存储器等。当然，该电子设备还可能包括其他业务所需要的硬件。

处理器、网络接口和存储器可以通过内部总线相互连接，该内部总线可以是ISA(Industry Standard Architecture，工业标准体系结构）总线、PCI(PeripheralComponent Interconnect，外设部件互连标准)总线或EISA(Extended Industry StandardArchitecture，扩展工业标准结构）总线等。所述总线可以分为地址总线、数据总线、控制总线等。为便于表示，图8中仅用一个双向箭头表示，但并不表示仅有一根总线或一种类型的总线。

存储器，用于存放程序。具体地，程序可以包括程序代码，所述程序代码包括计算机操作指令。存储器可以包括内存和非易失性存储器，并向处理器提供指令和数据。

处理器从非易失性存储器中读取对应的计算机程序到内存中然后运行，在逻辑层面上形成用于多波束测深系统的底检测装置。处理器，执行存储器所存放的程序，并具体用于执行以下操作：

基于当前帧中目标回波波束的波束数据，确定所述目标回波波束对应的初始深度值和波达角度，其中，所述目标回波波束为多波束测深系统在当前帧接收的多个回波波束中的任一个，所述目标回波波束为所述多波束测深系统在当前帧向目标水域发射的多波束测深信号经所述目标水域反射后形成；

基于所述目标回波波束对应的初始深度值和波达角度，确定所述目标回波波束对应的波束脚印；

基于所述目标回波波束对应的波束脚印，确定所述目标回波波束对应的波达时刻；

基于所述多波束测深系统接收的多个回波波束各自对应的波达时刻，确定所述目标水域在当前帧对应的底检测结果。

上述如本申请图1所示实施例揭示的用于多波束测深系统的底检测装置执行的方法可以应用于处理器中，或者由处理器实现。处理器可能是一种集成电路芯片，具有信号的处理能力。在实现过程中，上述方法的各步骤可以通过处理器中的硬件的集成逻辑电路或者软件形式的指令完成。上述的处理器可以是通用处理器，包括中央处理器（CentralProcessing Unit，CPU）、网络处理器（Network Processor，NP）等；还可以是数字信号处理器（Digital Signal Processor，DSP）、专用集成电路（Application Specific IntegratedCircuit，ASIC）、现场可编程门阵列（Field－Programmable Gate Array，FPGA）或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。可以实现或者执行本申请实施例中的公开的各方法、步骤及逻辑框图。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。结合本申请实施例所公开的方法的步骤可以直接体现为硬件译码处理器执行完成，或者用译码处理器中的硬件及软件模块组合执行完成。软件模块可以位于随机存储器，闪存、只读存储器，可编程只读存储器或者电可擦写可编程存储器、寄存器等本领域成熟的存储介质中。该存储介质位于存储器，处理器读取存储器中的信息，结合其硬件完成上述方法的步骤。

该电子设备还可执行图1的方法，并实现用于多波束测深系统的底检测装置在图1至图6所示实施例的功能，本申请实施例在此不再赘述。

当然，除了软件实现方式之外，本申请的电子设备并不排除其他实现方式，比如逻辑器件抑或软硬件结合的方式等等，也就是说以下处理流程的执行主体并不限定于各个逻辑单元，也可以是硬件或逻辑器件。

本申请实施例还提出了一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质存储一个或多个程序，该一个或多个程序包括指令，该指令当被包括多个应用程序的便携式电子设备执行时，能够使该便携式电子设备执行图1所示实施例的方法，并具体用于执行以下操作：

基于当前帧中目标回波波束的波束数据，确定所述目标回波波束对应的初始深度值和波达角度，其中，所述目标回波波束为多波束测深系统在当前帧接收的多个回波波束中的任一个，所述目标回波波束为所述多波束测深系统在当前帧向目标水域发射的多波束测深信号经所述目标水域反射后形成；

基于所述目标回波波束对应的初始深度值和波达角度，确定所述目标回波波束对应的波束脚印；

基于所述目标回波波束对应的波束脚印，确定所述目标回波波束对应的波达时刻；

基于所述多波束测深系统接收的多个回波波束各自对应的波达时刻，确定所述目标水域在当前帧对应的底检测结果。

总之，以上所述仅为本申请的较佳实施例而已，并非用于限定本申请的保护范围。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

上述实施例阐明的系统、装置、模块或单元，具体可以由计算机芯片或实体实现，或者由具有某种功能的产品来实现。一种典型的实现设备为计算机。具体的，计算机例如可以为个人计算机、膝上型计算机、蜂窝电话、相机电话、智能电话、个人数字助理、媒体播放器、导航设备、电子邮件设备、游戏控制台、平板计算机、可穿戴设备或者这些设备中的任何设备的组合。

计算机可读介质包括永久性和非永久性、可移动和非可移动媒体可以由任何方法或技术来实现信息存储。信息可以是计算机可读指令、数据结构、程序的模块或其他数据。计算机的存储介质的例子包括，但不限于相变内存(PRAM)、静态随机存取存储器(SRAM)、动态随机存取存储器(DRAM)、其他类型的随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、快闪记忆体或其他内存技术、只读光盘只读存储器(CD-ROM)、数字多功能光盘(DVD)或其他光学存储、磁盒式磁带，磁带磁盘存储或其他磁性存储设备或任何其他非传输介质，可用于存储可以被计算设备访问的信息。按照本文中的界定，计算机可读介质不包括暂存电脑可读媒体(transitory media)，如调制的数据信号和载波。

还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。