声学多普勒海流剖面仪误差源分析

介绍了声学多普勒海流剖面仪的测速原理,推导了多普勒海流剖面仪的速度解算方法,同时指出测量中存在的误差源并对其进行分析,研究了消除或减小误差的方法,为提高多普勒海流剖面仪的测量精度提供了理论依据和可行的方法。

声学多普勒海流剖面仪

本文介绍ＡＤＣＰ发展概况、测量原理、系统设计、系统组成、信号处理方法及误差分析等。

国产宽带相控阵声学多普勒海流剖面仪

自从提出用多普勒技术测量海流的原理后，海洋科学工作者一直把它作为高新技术进行研究。声学多普勒海流剖面仪的问世被认为是海洋测流技术的重大突破。本文介绍了我国自行研制的宽带相控阵声学多普勒海流剖面仪（BBPAADCP）的测流原理、组成和目前取得的效果。

声学多普勒海流剖面仪（ADCP）微机软件系统设计

本文介绍了声学多普勒海流剖面仪的微机软件系统，包括人机界面、数据处理、数据通信、计算、存储、回放等技术，该系统用Ｃ语言编制，１６点阵和２４点阵全汉字菜单，具有速度快。

相控阵声学多普勒海流剖面仪的增益控制

根据多普勒海流剖面仪回波信号的变化规律，提出在工程上易实现的时间增益控制方法，并在自制 PAADCP 中得到应用。

宽带声学多普勒流量剖面仪的系统仿真

90年代初发展起来的宽带声学多普勒流量剖面仪克服了传统窄带ADCP存在距离分辨力与速度分辨力之间的矛盾,从而解决了低速浅水河流流量(流速)精确测量的问题,是一种有着广泛应用前景的先进水文遥测仪器。文章中着重分析了BBADCP(宽带声学多普勒流量剖面仪)如何通过时间选通采样从河流不同深度返回的后向散射回波,实现测距离的目的;如何测量回波的多普勒频移,实现测流速的目的。文中从二维信号矢量的角度分析了多普勒频移调制和解调的过程,推导出提取速度信息的信号处理方法。文中最后采取等效基带仿真方法,运用匹配滤波器理论设计了一个BBADCP系统模型,通过仿真手段验证了文中对BBADCP的分析结果。

复自相关技术在声学多普勒流速剖面仪中的应用及其定点DSP实现

声学多普勒流速剖面仪(ADCP)[1]技术是目前观测海流剖面的最有效方法,其基本原理是测定声波入射到海水中微颗粒后向散射造成的多普勒频移。文章详细剖析了复自相关技术进行流速测量的方法,给出了评判参数C-SNR,论证了C-SNR与信噪比(SNR)之间的必然关系,作为取舍数据的评判标准。海量实验数据证明,当C-SNR对应的值大于0.43时,频偏属于测频范围-21τ,21τ内时,对应的数据是鲁棒的。详细地的介绍在定点DSP-TMS320VC5410中实现该算法的过程,并和传统最小二乘算法(LMS)[2]在DSP中的运行时间进行了比较,结果表明复自相关算法在提高计算精度的过程中能够保持更高的运算速度,随样本比例增加,耗时比约为2.1∶1.

声学多普勒流速剖面仪原理及其在长江中下游的应用

介绍了声学多普勒流速剖面仪(ADP)的原理及2002年5～6月在长江中下游的应用。测量采用走航方式 ,获得了重庆至江阴水域和徐六泾段流速剖面大范围观测资料,对测量结果和数据处理方法做了探讨,给在复杂地形的水文条件下使用ADP技术提供了应用前景。

声学多普勒剖面仪对悬浮沉积物浓度的测量研究

为探讨声学多普勒剖面仪（PCADP）测量悬浮沉积物浓度（SSC）的可行性，将PCADP测量输出的声学后散射强度经衰减修正后，通过光学浊度计（OBS）标定转变为SSC。结果表明，SSC与后散射强度之间具有较好的相关性（R=0.74），用后散射强度测得的SSC平均相对误差为22.4%。为排除粒径变化对声学测量误差的影响，又对粒径变化不是很大的时段进行了分析，结果相关性有了较大提高（R=0.81），平均相对误差减小为18.9%。由此可见，PCADP能够达到专业SSC测量仪器的精度（20%～50%），满足沉积动力学研究的需要。

国产自容式声学多普勒流速剖面仪(ADCP)的适用性评估方法及其应用分析

中国科学院声学所研制的自容式声学多普勒流速剖面仪(ADCP)在实验室中已完成较为严苛的环境试验,但在真实海洋环境条件下的海流测量能力还需要进行测试评估.在2013—2014年,通过潜标比测试验和潜标一致性检验试验,对中国科学院声学所150和300kHz自容式ADCP(简称IOA150和IOA300)的工作稳定性、剖面范围、产品一致性、测流性能进行适用性评估.潜标比测试验中选择世界上使用较多的美国RDI(Teledyne RD Instruments)的自容式ADCP作为标准设备.结果表明:中国科学院声学所研制的自容式ADCP工作可靠,测流持续稳定,测流误差、剖面范围与同频率RDI自容式ADCP相当,可满足长期观测需要.

宽带声学多普勒流速剖面仪球面散射回波模型研究

宽带声学多普勒流速剖面仪通过处理水下体积回波信号进行流速估计，回波模型的准确度决定了理论仿真的正确性。针对回波的散射特性，通过分析水层回波信号的时空关系，提出一种球面散射水层回波模型，并利用坐标旋转方法推导出该水层回波解析式。相比其他方法，该模型解析式充分体现了散射体模型形状对回波的作用，更加接近实际情况。对该模型下回波信号进行频谱和自相关特性分析，采用复相关算法估算流速。通过与实测数据进行对比，结果证明了该回波信号模型与解析式的正确性。

声学多普勒流速剖面仪近底有效流速数据处理初步研究

通过分析声学多普勒流速剖面仪(Acoustic Doppler Current Profiler,ADCP)的声强垂向剖面分布特征,利用数学极值定理,确定床面边界位置,进而确定出ADCP记录的所有在水中的流速单元,将ADCP处理软件"丢弃"的部分近底流速数据或由于底跟踪丢失而损失的流速数据确定出来。利用"六点法"同时、同高度的电磁海流计流速数据对提取出来的ADCP近底流速数据进行验证。验证结果表明,提取出来的ADCP近底流速数据可信、可用。

声学多普勒流速剖面仪原理及其在黄河沙坡头河段中的应用

介绍声学多普勒流速剖面仪(ADP)的原理及其于2009年7月16～18日在黄河宁夏沙坡头河段中的应用。采用走航方式测量了该河段中的12个断面,获得了各断面上水深、流速、流量等大范围的断面观测资料,并探讨了数据处理方法。该研究为在复杂地形水文条件下使用ADP技术提供了理论参考。

声学多普勒流速剖面仪设计中的一个首要问题:如何选层

实际使用中,声学多普勒流速剖面仪(ADCP)常常处于倾斜状态。为了ADCP能用于各种场合,设计时必须解决一个首要问题:如何判断四个波束上同一水层对应的回波。通过坐标变换推导了该判断公式,该公式利用ADCP的姿态角确定不同回波的到达时间。在此基础上通过矢量分解推导了流速的解算公式,该公式利用四个波束中测得的相应的速度值和ADCP的姿态角确定流速。根据该方法设计的ADCP既可用于竖直布放也可用于非竖直布放,具有更大的适用范围。

宽带声学多普勒流速剖面仪的中频正交采样算法

宽带声学多普勒流速剖面仪(Broadband Acoustic Doppler Current Profile,BBADCP)发射由伪随机编码调制的正弦信号,信号带宽在频域上产生展宽,成为带通信号。宽带回波信号的处理多采用正交解调的方法,但此方法对采样率的要求较高,硬件较难实现。利用数字中频正交采样法来实现,大大降低了采样频率,并且针对BBADCP解模糊速度的要求,进行了宽带回波信号的仿真试验,结果证明插值的数字中频正交采样法适合于BBADCP的信号处理。

宽带声学多普勒流速剖面仪回波信号模型分析

宽带声学多普勒流速剖面仪(Broadband Acoustic Doppler Current Profile,BBADCP)通过接收海洋体积混响信号进行频偏估计,体积散射模型的准确性决定了理论仿真的正确性。针对BBADCP的信号模型特点,建立了散射体单元散射叠加效应的海洋体积回波时空特性及散射模型,推导了叠加噪声后散射回波的具体表达式。通过散射回波的离散化,把各参数(幅度、频率、调制)分离开来,单独考虑各参数对测速精度的影响。利用复协方差算法对水流流速进行估计,分析了信噪比、水流流速、紊流效应等因素对BBADCP流速估计的影响,验证了体积散射模型的正确性。

声学多普勒流速剖面仪关键测量性能海上比对试验及结果分析

本文介绍了在我国南海三沙海域开展的ADCP海上比对试验,选择国内较为成熟且具备产品化条件的ADCP,根据GPS比测和同类型仪器比测等方法,制定比对试验方案和数据处理方法,结合国内外同类型仪器试验经验加入了质量控制和标定试验等环节,完成对ADCP关键测量性能,特别是底跟踪测速精度和流速测量精度的评估和趋势性分析,为进一步规范和提升我国自主研发海洋环境监测设备的检验验证能力、丰富相关技术手段和理论依据提供实践经验。

GPS与声学多普勒流速剖面仪在“动底”测流中的应用研究

在高水期和含沙量较大的情况下,用声学多普勒流速剖面仪ADCP(Acoustic Doppler CurrentProfilers)在进行底跟踪测量时会发生偏差。本文引入全球定位系统的定位技术,将两者有机地结合起来,并进行GPS跟踪方式的方向改正,用于"动底"长江流量测验,降低ADCP的底跟踪模式下的测量偏差。

声学多普勒流速剖面仪(ADCP)国内外进展

ADCP是目前最主要的流速测量手段之一,自研发成功以后就在国内外得到了广泛的应用。本文介绍了ADCP的基本原理、主要类别和国际上ADCP的发展历程,并着重介绍了近年来我国在ADCP领域的研究进展情况,以及国产ADCP在海洋观测和水文测验等领域的应用情况。随着我国科研水平的提升和国产ADCP的广泛应用,我国将会在ADCP领域取得更加显著的进步。