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在陆地资源日益紧缺、资源需求又日益增长的背景下,海洋资源的开发和利用发挥着极其重要的作用,而海底地形地貌作为基础性背景数据对海底资源的精确勘探扮演着不可或缺的重要角色。多波束回声测深系统(Multibeam Echo Sounder,MBES)作为水下探测的代表仪器之一,不仅能快速获取海底大面积的高密度水深数据,而且还能采集海底底质的反向散射强度信息(Backscatter Strength,BS)。通过对水深、反向散射强度数据的精细处理,可获得海底高精度高分辨率的地形地貌(Seabed Topography and Geomorphology)图像,从而为海底资源的精确勘探提供基础性的保障。但不可否认,目前的多波束反向散射强度数据及其图像镶嵌(Sonar Image Mosaic)仍存在诸多问题,给海底精确勘探造成众多误差。为此,本文从多波束的工作原理入手,重点开展了多波束数据处理及图像镶嵌研究,完善了现有声学探测理论和方法,实现了海底地形地貌高可靠度成像,为海底资源精确勘探提供可靠的数据保障。本文的主要工作及贡献如下:(1)分析并总结了多波束测深数据和反向散射强度数据处理的研究进展,以及多波束声呐图像镶嵌的研究现状,阐明了本文的研究意义、目的和主要内容。(2)介绍了多波束回声测深系统的声学原理、系统组成、工作原理及相关性能指标。针对多波束数据处理的各个环节开展了深入研究,给出了一套多波束数据精处理的方法,具体包括:原始数据解译、声线跟踪、空间归位、波束脚印内采样点提取、反向散射强度数据补偿、声呐图像预处理等。通过以上各个环节的处理,获得仅受角度响应影响的高分辨率多波束声呐图像。(3)针对反向散射强度数据受到角度响应(Angular Response,AR)影响较为严重且现有改正模型自适应性较差的问题,提出了两种反向散射强度数据角度响应改正的方法,分别为顾及高入射角的角度响应改正方法以及基于高斯拟合(Gauss Fitting)的角度响应改正法。前后两者分别根据声波的真实散射规律和基于反向散射数据本身的变化规律,构建了两者相应的角度响应改正模型。通过以上两种角度响应改正方法,极大地削弱了角度响应对反向散射强度数据的影响,最终可获得高分辨率、高可靠性的多波束声呐图像。(4)针对多波束声呐图像中存在的残余误差对图像镶嵌造成影响的问题,借助SURF(Speeded Up Robust Features)算法,给出了一种基于特征匹配的多波束声呐图像镶嵌方法。并在图像精匹配之前给出了一种坐标粗匹配的条件限制方法,有效消除了明显的误匹配点对,较大幅度地增加了正确匹配点对的数量,获得镶嵌后共视目标轮廓清晰、目标无错位的大区域多波束声呐图像。