国内相控阵ADCP技术的开发研究

声学多普勒海流剖面仪（ADCP）是海洋勘测领域的一项高新技术,ADCP的相控阵技术在换能器阵体积重量不增大的条件下进一步提高了测量范围和测速精度。本文着重介绍我们开发相控阵ADCP的情况及实时处理的湖上试验结果。试验表明相控阵ADCP测流原理是可行的,测量精度可达到1cm/s。     

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。     

ADP和S4海流计测量结果比较分析

声学多普勒海流剖面仪（以下简称ADP）和S4海流计是靶场水文测量的重要设备。根据某型试验任务水文测量的实际,简要介绍设备工作原理和测量方法,通过流速测量结果,验证了两型设备的测流性能,并从设备载体、安装条件等方面分析了造成测量误差的原因。     

相控阵声学海流剖面仪性能指标考核方法探讨

本文由相控阵声学海流剖面仪(PAADCP)的测流原理入手，重点针对我国自行研制的PAADCP的测流(或底跟踪)精度、测向范围和精度、最大海水剖面深度等技术指标的湖、海试验比测／考核方法进行了初步探讨．     

相控阵声多普勒海流剖面仪的发射信号产生

相控阵声多普勒海流剖面仪(PAADCP)是应用多普勒效应进行海流测速的。本文主要介绍测流时发射声脉冲信号的组成要求以及产生机理，并说明了采用开关管发射机的优点及其发射信号脉冲串产生的方法。     

ADCP的数据采集及同步实现技术

声学多普勒海流剖面仪(ADCP)是目前国际上最先进的海流测量设备．本文简单介绍了自行研制的ADCP信号处理机的组成，详细描述PMC-ADADIO采集板在高速处理器ADSP-21160上的应用技术及如何解决两台计算机间的同步采集问题．     

相控阵ADCP编码信号相移波束形成

相对于活塞式声学多普勒流速剖面仪,相控阵声学多普勒流速剖面仪的换能器体积大大缩小,并且依托相控阵本身的物理特性,无需进行声速补偿。利用窄带相控阵声学多普勒流速剖面仪系统进行编码信号的发射与接收,从而提高相控阵声学多普勒流速剖面仪的设备性能。首先介绍了相控阵ADCP的波束形成方法,然后分别介绍了相控阵的相移波束形成和时延波束形成原理,对编码信号相移相控波束形成情况下,相控阵发射和接收信号波束开角进行了对比,并对作用距离、测量精度、系统复杂度等系统性能进行了分析。分析结果表明:窄带相控阵声学多普勒流速剖面仪可以进行编码信号的发射和接收,能够提高系统的空间分辨率和测量精度,从而提高相控阵声学多普勒流速剖面仪的性能。     

一种解决BBADCP测速模糊的方法

宽带声学多普勒海流剖面仪采用重复相位编码信号和复协方差方法进行频移量的估计．具有较高的测速精度,但是在测速上具有速度模糊,在不改变原有的系统结构的基础上对宽带多普勒海流剖面仪的信号处理方法进行改进,提出采用回波自相关的第一个旁瓣的位置解决测速模糊的方法,并推导了计算公式。最后进行了数字计算和仿真。结果证明了这种方法的正确性和可行性。     

宽带声学多普勒流速剖面仪作用距离估计

宽带声学多普勒流速剖面仪,由于其具有很高的空间分辨率和时间分辨率,所以在水文、运输、测控等方面都有很广泛的应用,而其最大作用距离对于其应用范围具有重要意义。根据主动声纳方程各项的意义,分析了深度单元厚度、温度和频率等条件因素对宽带声学多普勒流速剖面仪作用距离的影响,从而对宽带声学多普勒流速剖面仪的最大作用距离进行估计,得到理论计算值。将理论计算值与RDI公司的宽带声学多普勒流速剖面仪作用距离进行比较,作用距离范围吻合性很好。对BBADCP以及具有相同工作原理的声相关计程仪、多普勒计程仪和NBADCP进行对比分析,指出它们在作用距离上的区别。     

TRDI(CM 600kHz)流量计在新河水文站中的应用

随着科学技术的不断发展,传统的河流流量测验方式难以满足社会对水资源监控的要求,亟需探寻新的技术手段提高流量监测的自动化程度,解决流量推求滞后的问题。该文通过引进TRDI(CM 600kHz)水平式声学多普勒流速剖面仪,将其安设于新河水文站用于袂花江河道的在线测流,针对实测流速进行了后续率定工作。结果表明:各项精度指标达到了相关规范要求,说明整体上TRDI(CM 600kHz)型水平式声学多普勒流速剖面仪在新河水文站是适用的。     

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。     

基于Modbus协议的声学多普勒流速剖面仪软件实现

为了配合各地水情中心或预警预报系统的建设,研制了一款多普勒测流剖面仪,它具有真实反映流场,并且一次可以测量一个剖面上的若干层水流速度等优点。首先对这款多普勒测流剖面仪的系统功能进行了描述,结合Modbus协议特点,给出了本系统的读写数据的Modbus通信实例;在TI的OMAPL137硬件和嵌入式Linux操作系统的基础上,给出了实现Modbus RTU协议从站的设计方案;通过将从站采集到的水流速度传输至主站实时显示验证了该方案。实验证明该方案有效地实现了多普勒流速剖面仪在水利系统的现场数据传输。     

多普勒流速剖面仪走航式湖上比测试验研究

根据声学多普勒流速剖面仪(ADCP)流速测量原理,提出一种ADCP走航式湖上比测试验方法,采用高精度GPS定位计算的底跟踪速度作为流速基准,对同组相同型号ADCP测量流速的稳定性与一致性进行比较,并定量比较不同工作频率ADCP测量流速数据与GPS航速数据的差异性,分析低频ADCP湖上测流受回波信号影响较大的原因,为后续开展ADCP便捷式湖上比测试验提供参考。     

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。     

河流截面流量与速度水位关系的拟合研究

基于声学多普勒流速剖面仪测得的不同水位河流截面的平均流速,研究了走航式宽带声学多普勒流量测量系统中,流量与速度水位关系的拟合表达式。采用窄深矩形截面和梯形截面流速分布模型,结合声学多普勒流速剖面仪求得不同水位下的平均流速值,在MATLAB平台下,对两种不同截面中流量与速度水位关系进行了拟合,并求得均方根误差检验拟合的精度。仿真结果表明:通过走航式宽带声学多普勒流量测量算法求得的河流截面流量,与由流速分布模型求得的流量真值间的误差,满足单次流量测验允许的误差要求,表明给出的流量与速度水位关系拟合公式能够较好地表现河流截面的流量变化趋势。对于天然明渠流量推算具有重要的参考价值。     

基于ADCP测量的海浪方向谱研究

海洋方向谱的研究对于海洋预报、海上建设等人类海洋活动有重要的意义。介绍了一种利用声学多普勒流速剖面仪(Acoustic Doppler Current Profiler, ADCP)测量海浪方向谱的方法。通过计算ADCP测量的流速之间的交叉谱,利用最大似然算法可以得到海浪的方向谱。给出了利用 ADCP 估计方向谱的算法流程,进行了仿真,结果表明所提出的方法可以较准确地估计海浪方向谱。     

基于ADCP的明渠断面流速分布研究

利用StreamPro型声学多普勒流速剖面仪(ADCP)对北京拒马河上的胜天渠渠段流速分布进行了测试,选择上下游顺直、断面规则的测验位置,采用不同于常规测流的试验方法,将断面分割成若干条垂线,采用固定垂线法进行流速测验,得到每条垂线上不同水深位置的准确流速,获得了典型河道断面形状时的流速分布特征.在此基础上,研究了水文测流常用的中泓一点法、一点法、单垂线法、三点法等流速面积法在规则明渠流量计算时的流速代表性,从而为收集不同条件的现场流速分布数据,形成典型渠道流速分布数据库,进一步研究水文监测理论积累经验.     

流速仪在明渠流量检测中的应用

通过断面测流原理和流速仪工作原理分析,确定流速仪在明渠渠道中测流方案。通过大量试验,综合分析了流速仪在明渠渠道测流过程中各个分量引起的不确定度,确定了合成不确定度。试验证明,流速仪可以很好地进行明渠测流,从而对明渠流量计进行现场检测。     

科技消息

QPY-1型浅地层剖面仪中国科学院声学研究所东海研究站研制的QPY-1型浅地层剖面仪,是一种应用声学原理进行水下地质剖面的探测调查设备。它可以广泛用于港工建设、海底电缆敷设、海(江)底隧道、铁路桥梁和拦河大坝等工程中选址和水下地质探测,它能提供连续的地层剖面图,也可用于浅海海底和河床的地质普查。     

垂直微结构湍流剖面仪振动源及减振方法分析

垂直微结构湍流剖面仪（简称垂直剖面仪）是获取海水剪切流数据最有效的测量平台,对于海洋科学研究具有重要意义。简要介绍了垂直剖面仪的国内外发展现状,根据垂直剖面仪测量原理及海试结果,分析、总结了影响剖面仪测量精度的因素,重点讨论了剖面仪振动噪声的来源及降低其对剖面仪测量精度影响的方法。在综合分析剖面仪振动源的基础上,为减小剖面仪振动对测量精度的影响,提出了一种全新的传感器搭载方案,理论分析及计算流体力学仿真结果表明,本文提出的传感器搭载方案可有效降低剖面仪振动对测量精度的影响。