ADCP应用研究:声学多普勒流速剖面仪检定水槽拖车试验综述

文章介绍声学多普勒流速剖面仪(ADCP)的原理和检测方法,综述水槽拖车试验的相关情况,总结水池池体、检定拖车和池体水中散射体等试验需求,并针对这些需求分别提出试验检定难点,以期完善相关理论基础和开展进一步研究。     

虚拟现实技术在声学多普勒流速剖面仪保障业务中的应用初探

虚拟现实（VR）是典型的军民融合技术，在军民装备保障业务中应用广泛，可让用户熟练掌握高价值装备的操作和维修规程。为满足近年来国内海洋系统大量引进声学多普勒流速剖面仪（ADCP）装备在计量检定和维护保养等方面的迫切需求，文章从VR的技术定义和系统组成出发，总结ADCP国内计量检定和使用维护等保障工作的现状，并详细探讨利用VR技术构建ADCP仿真保障系统在ADCP保障业务中的可能应用和潜在价值，为我国ADCP保障业务的发展提供建议。     

声学多普勒剖面流速仪检测方法探讨

声学多普勒剖面流速仪(Acoustic Doppler Current Profiler,简称ADCP)在国内海洋调查和水文监测行业应用越来越广泛,但是作为一种计量仪器还没有行之有效的检测方法,这对仪器的使用、数据的质量控制造成很大影响。文中对国内外ADCP现场和实验室的检测方法进行了研究探讨,提出了ADCP的检测参数以及现场和实验室检测的技术难点,并对今后ADCP的检测工作给出几点建议。     

船载观测设备计量检定与海上标校试验的现状和发展建议

计量检定和海上标校试验是目前船载观测设备在室内和室外开展测量精度评价的2种常用手段。为进一步推进我国计量检定和海上试验建设发展,文章系统归纳和总结室内计量检定和海上标校试验的原理、特点和工作现状,分析当前各自存在的问题,并提出具体建议。研究结果表明：军、地对于船载观测设备计量检定和海上标校试验的需求越来越迫切,我国虽已基本建成海洋设备计量技术规范体系,并强化海试全过程的质量控制,但仍存在计量标准、评价体系、维修保障和室外检定手段不足,海上试验环境和比测精度不确定以及缺少标准化海上试验设施和平台等问题;计量检定机构应综合分析计量要素的特点、社会效益和难易程度等,研究并制定行之有效的标准规范和保障措施;还应充分发挥海上试验的综合检验评价功能,研究完善比测校准方法,建设标准化的海上试验设施和平台。     

浅水多波束换能器声学性能检测方法研究

浅水多波束换能器主要声学指标能够直接或间接地反映系统性能指标,因此利用水池试验对系统换能器声学性能指标进行检测,不但能够初步掌握系统的性能,而且可以降低湖试或海试的风险。通过概括多波束测深系统核心性能与换能器声学指标的对应关系,按照水声计量检定规程和方法,论述了主要声学指标的计算方法,研究了自由场条件下声学指标的检测方法和注意事项,并结合国产多波束系统水池试验,验证了方法的可行性。     

单波束测深仪声学指标的检测方法

简要概括了单波束测深仪声学指标检测的国内外现状及其检定校准工作的必要性。利用精密回旋装置平台,在消声水池中完成了对单波束测深仪声源级、频率和波束角指向性的检测。重点介绍了其检测系统的组成,指标测试方案以及数据处理过程。实际测得被检换能器声源级为211.545d B,频率为200.0025kHz,波束角为6.12°,满足常用海底声纳测量仪器计量检测研究与应用的精度要求,对规范水下声纳设备声学指标的检测方法具有实际意义。     

海洋仪器计量检定校准数据处理系统

随着海洋仪器在海洋调查、海洋监测、海洋科研等领域的广泛应用,开展海洋仪器的计量检定校准工作成为了国家海洋计量站最基本的业务工作之一。“海洋仪器计量检定校准数据处理系统”是专门为海洋仪器计量检定、校准数据的处理而设计的软件系统,文章详细介绍了该系统的结构和功能。     

无人潜航器总体性能评估试验需求研究

为有效提高无人潜航器(UUV)水池总体性能评估试验能力,以国内三大UUV重点实验室试验水池尺度及设施配置情况为基础,结合UUV原理和结构组成,分析了UUV水池总体性能评估具体试验需求。通过分析UUV试验水池体量特点和水池设施配置需求,总结了9项UUV水池性能评估试验需求。为下一步水池规划建设和开展各项UUV水池试验提供借鉴和参考。     

pH的量传体系及其观测仪器的计量标准

本文主要介绍了有关ｐＨ标度、国家ｐＨ基准和ｐＨ工作标准的建立方法、标准缓冲溶液的配置与保存方法以及ｐＨ的量值传递体系。由于海洋现场ｐＨ观测仪器在测量原理和计量标准等方面与常规实验室ｐＨ计室完全相同,因而只要采用国家ｐＨ计量标准和合理的计量检定方法对仪器进行校准检定,便可以使观测量值溯源到国家基准,从而海洋调查资料达到准确一致的目的。另外,本文作者还阐述了实验室ｐＨ主的计量检定方法,提出了对现场观测     

pH(酸度)计检定装置建标技术探讨

pH(酸度)计检定装置是省级气象计量酸雨类检定项目中一项新建计量标准,在标准考核筹备中对计量标准考核规范和检定规程容易出现理解偏差和模糊点。根据酸度计工作原理,对新建标准准备中在标准器及配套设备、量值溯源及检定实验等方面易出现的技术问题进行了讨论分析,并提出了具体的解决方法。     

走航ADCP观测资料质量控制方法及应用

为完善目前走航ADCP观测资料质量控制尚未形成统一流程的问题,将走航ADCP观测资料质量控制归纳为船速获取、声速校正、偏角校正以及剖面数据处理四个主要步骤,并制定了一套较为系统的走航ADCP观测资料质量控制流程。以渤海辽东湾红沿河核电站周边海域船载走航ADCP观测为例,按照提出的流程进行走航ADCP观测资料的质量控制。通过对比原始观测数据,质量控制后的结果表明u分量流速剔除了23.56%的低可信度数据,而v分量流速剔除了25.96%的低可信度数据。10 m与15 m水深处的质量控制前后的流速-频数直方图表明,本文提出的流程能有效地降低观测随机性的影响。     

Amplitude calibration of an acoustic backscattered signal from a bottom-moored ADCP based on long-term measurement series

A possible approach to, and preliminary results of, amplitude calibration of acoustic signals backscattered from an ADCP moored at the bottom of the near-shelf zone of the Black Sea is considered. The aim of this work is to obtain vertical profiles of acoustic scattering signal levels, showing the real characteristics of the volume content of suspended sediments in sea water in units of conventional acoustic turbidity for a given signal frequency. In this case, the assumption about the intervals of maximum acoustic transparency and vertical homogeneity of the marine environment in long-term series of ADCP measurements is used. According to this hypothesis, the intervals of the least values of acoustic backscattered signals are detected, an empirical transfer function of the ADCP reception path is constructed, and it is calibrated. Normalized sets of acoustic backscattered signals relative to a signal from a level of conventionally clear water are obtained. New features in the behavior of vertical profiles of an acoustic echo-signal are revealed due to the calibration. The results of this work will be used in subsequent analysis of the vertical and time variations in suspended sediment content in the near-shelf zone of the Black Sea.     

Side-looking ADCP and Doppler radar measurements across a coastalfront

Measurements are reported from two side-looking Doppler systems, which were used to study the discharge front located off the mouth of Chesapeake Bay. One system was a commercial 300-kHz narrow-band acoustic Doppler current profiler (ADCP), which was mounted at a depth of 0.6 m on the port side of a research ship. The other was a prototype X-band, vertically polarized, Doppler radar mounted at a height of about 4 m on the starboard side. Both velocity and backscatter intensity were measured along two beams to ranges of 120 m (ADCP) and 200 m (radar), so that by sailing alternately on each side of the front it was possible to make nearly simultaneous across-front measurements with both systems. Despite the differences in acoustic and radar scattering mechanisms, a combined backscatter intensity surface map could be made showing a continuous frontal signature about 10-m wide and 20 dB above background levels. Each system was also able to measure the same large-scale velocity change across the front, which was dominated by the discharging buoyant bay water flowing at about 50 cm/s relative to the ambient continental shelf water. However, within a 60-m wide zone, the radar system measured velocities up to 75 cm/s larger than the ADCP. Such large velocity differences arose from the radar's sensitivity to motions associated with waves reflecting from the region of strongest across-front current convergence. This frontal convergence was resolved only by the ADCP, which showed a horizontal current change of about 25 cm/s over 10 m and appeared to extend over the upper 2 m or so of the water column. These results show that the combined information from the acoustic and radar systems provide a more complete picture of the frontal currents and wave-current interactions than either system could provide alone     

ADCP测量悬沙浓度的可行性分析与现场标定

根据现场观测数据，对ADCP测量悬浮沙浓度的进行标定实验。结果表明，在观测期间悬沙粒径变化较小的条件下，后散射强度与水样悬沙浓度之间存在较好的相关性。悬沙浓度剖面标定公式中的参数C′可用剖面实测水样浓度来确定，该参数与浓度密切相关：同一剖面不同浓度之间有一定的波动，但同一浓度不同潮时的变化很小。使用同一剖面参数C′的平均值计算出的剖面悬沙分布误差较大（29％－43％），而按不同深度段分别标定，误差可以小于20％，能够满足沉积动力学研究的需要。     

Hydrography and dynamics of the Ría de Ribadeo (NW Spain), a wave driven estuary

The Ría de Ribadeo, a small embayment in NW Spain, was observed for the first time using three months of ADCP (Acoustic Doppler Current Profiler) current meter records and three CTD (Conductivity Temperature Depth) surveys. A wave driven circulation pattern arises from the observations, instead of the shelf wind driven circulation of other Galician Rias. Based on ADCP records, a unidirectional flow in the horizontal velocity field coexists with the classic two-layer circulation (bidirectional flow). The proposed horizontal circulation pattern can then be explained as a wave driven inflow. This flow enters the ria through the west side, describes an anticlockwise gyre inside of it, and flows out through the east side. Numerical simulations run with the HAMSOM (Hamburg Shelf Ocean Model) agreed with observations, confirming the proposed pattern.     

利用ADCP和LISST-100仪观测悬浮物浓度的研究

利用黄河口海床基声学多普勒流速剖面仪(ADCP)的周日观测资料对悬浮物浓度进行了反演,反演过程中综合考虑了球面扩散、声学近场的非球面扩散、海水和悬浮颗粒的吸收衰减以及其他因素对回声信号的影响,结果表明在粒径保持相对稳定的情况下,利用ADCP仪回声强度反演悬浮物浓度具有较高的精度.结合现场激光粒度仪(LISST-100)测得的粒径分布信息在反演过程中考虑了粒径修正,重点讨论了观测区域粒径变化对结果的影响,结果表明粒径的剧烈变化会降低体积后向散射强度与悬浮物浓度之间的相关性.大颗粒物质的存在使计算得到的悬浮物浓度偏高,粒径修正虽然在一定程度上消除了这种影响,但线性拟合的相关性并未提高.     

多波束声纳计量测试系统设计

为满足多波束声纳量值溯源与传递需求,设计多波束声纳关键参数的计量测试系统。基于大比尺原型深水港池和多维运行控制机构,通过水下横向测距代替垂向测深的方式对多波束声纳进行了测深准确度与有效条带宽度的计量测试。阐述了测试系统的主要组成和测试方法,给出了本测试系统测深结果的扩展不确定度。参考标准值与示值(或标称值)比对结果表明,被检多波束声纳测深示值误差小于0.2%,条带宽度误差小于7%。为规范水下声纳设备技术指标校准,指导多波束声纳计量标准建设提供参考。     

走航ADCP数据处理与质量控制方法研究

介绍了声学多普勒流速剖面仪(ADCP)测流的基本原理和利用ADCP自带软件进行原始数据处理过程中需要设置的关键参数;着重论述了ADCP数据标准化处理和质量控制方法的研究,并利用实测数据对研究方法进行了验证。结果表明,本文研究的方法针对ADCP底跟踪观测数据处理效果良好,并可为GPS跟踪模式下的ADCP数据处理和质量控制提供可行的技术参考。     

舟山海域高频地波雷达表层流探测试验

2015年4月7-30日,在浙江省舟山近海海域开展了“嵊山-朱家尖”小型阵列变频高频地波雷达系统的海上比测试验,通过雷达观测数据与定点ADCP海流资料的比对检验了地波雷达表层流探测性能。径向流比对结果显示,测点与雷达法向夹角越小,距离雷达距离越近,径向流比测结果越好,雷达探测的结果越可靠。嵊山站径向流与ADCP观测结果的各站总体平均误差为7.98 cm/s,平均均方根误差为15.34 cm/s,平均相关系数为0.89,朱家尖站径向流与ADCP观测结果的各站总体平均误差为6.24 cm/s,平均均方根误差为12.36 cm/s,平均相关系数为0.81。根据矢量流比对结果显示,矢量流速与ADCP观测结果的各站总体平均误差为4.82 cm/s,平均均方根误差为15.03 cm/s,平均相关系数为0.44。设置在嵊山、朱家尖两个雷达站双站探测的核心区域（两个雷达站连线的中垂线上,并且与两个雷达站构成一个近似直角三角形）的站点比测结果更加理想,当流速大于0.25 m/s时,对于核心区域平均后的流向均方根误差为24.9°。