声学多普勒流速剖面仪海上比测试验研究

针对平台和试验条件对声学多普勒流速剖面测量仪(Acoustic Doppler Current Profiler,ADCP)海上比测试验的影响,本文开展了基于坐底平台和浮平台的ADCP海上比测试验。本文统计了不同测量时间段、不同剖面深度比测ADCP所测流速、流向数据的相关系数和均方根误差,完成了基于坐底平台、浮平台开展ADCP海上比测试验总体效果分析,并研究分析了采样时间、海况等试验条件对浮平台试验结果的影响。研究结果表明:浮平台相较于坐底平台更适合开展ADCP海上比测试验,采样时间段不同、海况等级不同都会影响海上比测试验结果。本文研究成果可为进一步优化海上比测试验结果提供方向,为规范国产ADCP的检验验证手段提供理论基础和实践依据。

M9型声学多普勒流速剖面仪冰期流量测验应用分析

M9型声学多普勒流速剖面仪作为先进的河道流量实时测量设备,在黑龙江干流畅流期水文监测中已应用多年。为加强水文新技术应用,提高冰期水文测验自动化水平,提高工作效率,文中针对在黑龙江干流水文站开展与普通流速仪法的同步比测进行论述,分析M9型声学多普勒流速剖面仪冰期流量测验精度,探讨其应用于北方河流冰期流量测验可行性。

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.

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.

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。

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。

水平声学多普勒流速剖面仪在河道流量测验中的运用分析

水平声学多普勒流速剖面仪简称H-ADCP,通常安装在岸壁或桥墩上,其流速测验声束指向水平方向,可使用较小的单元,在较短时间步长内获得精确的流速数据。通过对阜宁(射)水文站H-ADCP代表流速与缆道流速仪法测量的断面平均流速进行比测,分析其在平原水网河道中运用的可行性。

三次样条函数在声学多普勒流速剖面仪数据处理中的应用

在使用ADCP观测的海流资料时,需要知道两个观测值之间未经测定的一些数据,首先要将已测点资料点于方格纸上,再以一条光滑曲线将这些测点连接起来,然后从曲线上摘取需要的数据,其效率低,容易出错。阐述了在计算机上如何用三次样条函数绘制曲线,并计算待求层的数据。

声学多普勒流速剖面仪在水文站中的应用

文章介绍了声学多普勒流速剖面仪流量测验原理。通过其在吉林水文站中的实际应用,总结了该仪器在使用中及维护保养中需注意的事项。通过该方法与流速仪法比测,得出该方法在实际工作中的优越性能。

声学多普勒流速剖面评价方法介绍与探讨

声学多普勒流速剖面仪是20世纪80年代初发展起来的一种新型测流设备，目前被广泛用于流速和流量测验。介绍了美国地质调查局（简称USGS）对声学多普勒流速剖面仪的评价方法，并探讨利用国内现有流速仪检定水槽评价多普勒流速剖面仪的方法。通过USGS的大量实践和我国水文工作者的工作，通过设备比测、底跟踪基线比测、断面流量比测、检定水槽等方法可有效评价声学多普勒流速剖面仪的流速性能。

声学多普勒流速剖面仪计量测试系统设计

为实现声学多普勒流速剖面仪(简称ADCP)流速量值的溯源与传递,提出了一种以深水航道和无人船为技术平台的ADCP流速计量测试方法。通过无人船搭载ADCP沿规划航线匀速运动,采用高速摄像机和全站仪作为时间和长度测量的主标准器,计量ADCP在测量段内的平均速度,作为流速参考标准值,与ADCP流速示值比较,计算不同流速示值误差。采用实时差分动态定位技术(简称GPS-RTK)测绘无人船运动轨迹和偏航误差,核查无人船的瞬时速度稳定性。试验结果表明,在无人船设定航速1 m/s的条件下,被检ADCP流速示值误差为-0.029 m/s,建立数学模型,评定测试系统的扩展不确定度U=0.071 m/s,k=2。

基于FPGA声学多普勒流速剖面仪的信号处理机设计

针对声学多普勒流速剖面仪的高速信号采集和处理对运算实时性与易升级的需求,提出一种基于现场可编程门阵列(FPGA)的软硬件协同设计方法。阐述声学多普勒剖面仪的测流原理,选择FPGA作为单一的信号处理器,使用Verilog HDL语言描述易于用硬件实现的模块,如同步采集、低通滤波及复数相关运算等计算量大的模块。采用FPGA内部的MicroBlaze软核作为系统的中央处理器,进行流程控制、分支判断以及调用硬件模块来控制系统回波信号的采集、处理和存储。实验结果表明,FPGA信号处理的实时性满足系统要求,且具有较高的精确性。