一种利用声学多普勒海流计测流的方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN105842477A(43)申请公布日2016.08.10(21)申请号201610168918.6(22)申请日2016.03.23(71)申请人中国海洋大学地址266000山东省青岛市崂山区松岭路238号(72)发明人周丽芹葛安亮宋大雷王向东(74)专利代理机构北京中北知识产权代理有限公司11253代理人段秋玲(51)Int.Cl.G01P5/24(2006.01)G01P5/00(2006.01)权利要求书2页说明书6页附图3页(54)发明名称一种利用声学多普勒海流计测流的方法(57)摘要本发明涉及海洋观测技术领域，尤其涉及一种利用声学多普勒海流计测流的方法，其步骤为海流计根据换能器获取的四路波束回波信号结合仪海流计设置参数信息、姿态、温度、压力及计算声速信息计算波束底深度、波束底速度，合成三维矢量速度后进行坐标转换，测流数据平滑滤波，最后输出测流结果。本发明利用声学多普勒频移原理测量海流流速，通过将声学多普勒海流计布放于潜标系统中对海洋动力环境参数、海流数据进行长时间观测，获得布放海域温度、压力、流速、流向等海洋环境参数，所使用的声学多普勒海流计具有直读和自容两种工作模式，并具有测流精度高、操作灵活的特点。CN105842477ACN105842477A权利要求书1/2页1.一种利用声学多普勒海流计测流的方法，所述声学多普勒海流计包括换能器、系统控制模块、测量处理模块、压力传感器、姿态传感器、温度传感器、电源转换模块、碱性电池组及壳体，其特征在于，所述测流方法具体步骤为：1)所述声学多普勒海流计根据换能器获取的四路波束回波信号，结合海流计的系统参数、姿态、温度、压力信息及声速信息计算波束底深度、波束底速度；2)将上述数据合成三维矢量速度，进行坐标转换；3)将得到的测流数据平滑滤波；4)测流结果输出。2.如权利要求1所述的一种利用声学多普勒海流计测流的方法，其特征在于，所述测量处理模块包括信号发射机模块、信号接收机模块、信号处理模块，完成发射信号的生成、发射及反射信号的接收处理、信号处理、计算海流流速的任务。3.如权利要求1所述的一种利用声学多普勒海流计测流的方法，其特征在于，所述信号发射机模块将信号处理模块产生的具有一定重复周期、脉冲宽度和频率的电信号通过功率放大部分进行功率放大并将电信号加到换能器上，所述换能器转换成相应的声波信号发射出去；所述功率放大部分采用D类功率放大电路实现，在所述信号处理模块的控制下生成功率放大的驱动信号。4.如权利要求1所述的一种利用声学多普勒海流计测流的方法，其特征在于，所述信号接收机模块接收由换能器输入的回波信号，经过隔离变压器匹配、前级放大器、带通滤波、时变增益TVG放大、后置滤波器、后置放大器后输出到信号处理模块；所述信号处理模块为OMAP部件，可完成测流控制和信号处理算法、接收系统控制模块汇总输入的各传感器信号、对各传感器的数据进行解算和融合，解算出海流流速、流向参数。5.如权利要求1所述的一种利用声学多普勒海流计测流的方法，其特征在于，步骤3)中所述测流数据为海水介质与海流计的相对运动速度，其具体测算方式为：τ为发射与回波脉冲时间间隔变化，姿态传感器的布置需与海流计坐标系结合布置，姿态传感器为西北天坐标系，其北向与海流计的X轴指向重合，所述换能器个数为4个，所述4个换能器向四个方向发射一对宽带脉冲信号，该对脉冲信号的时间间隔为t0，南、北、东、西四方向波束上的回波脉冲对的时间间隔为t1、t2、t3、t4，则海流速度在南北方向上的分量μ北为：在东西上的分量μ东为：最后对东西方向的速度矢量合成，解算出流速及流向参数。6.如权利要求5所述的一种利用声学多普勒海流计测流的方法，其特征在于，对所述回波脉冲对的时间间隔为t1、t2、t3、t4采用互谱精确时延测量方法精确测定脉冲间的时间间隔，所述互谱精确时延测量方法为：设某一海水介质对第一个宽带脉冲信号回波为：x1(t)＝S(t)，第二个宽带脉冲信号：x2(t)＝S(t+τ)，对这两个信号进行傅里叶变换，即：2CN105842477A权利要求书2/2页互谱Y(f)为：时延τ的信息包含在互谱Y(f)的相位角中，由于存在噪声干扰，与宽带信号频率f1对应的τ1存在测量误差，采用最小二乘法或平均加权法对τ进行估计：或7.如权利要求6所述的一种利用声学多普勒海流计测流的方法，其特征在于，采用经验公式对水流声速进行校准：c＝1450+4.21T-0.037T2+1.14(S-35)+0.175P，其中，T为温度、S为盐度、P为压强。8.如权利要求7所述的一种利用声学多普勒海流计测流的方法，其特征在于，所述步骤3)采用多次测量结果进行平滑处理进一步提高测流精度；对宽带信号测流单次