基于DS-CDMA序列的LADCP水声通信算法研究

下放式声多普勒海流剖面仪(LADCP)是20世纪90年代出现的一种海流剖面测量方式,能够快速获得大范围、全深度的海流剖面数据,在国内外有很广泛的应用。中科院声学所第一次将声通信部分加入LADCP中,完成了LADCP下放的实时监控。文中介绍了适用于LADCP通信特点的一种基于DS-CDMA的通信方法,完成了理论仿真,并通过进行相应的海试,验证了该方法的有效性。     

ADCP观测得到的2008年4月吕宋海峡流速剖面结构

基于2008年4月22—26日吕宋海峡调查航次的下放式声学多普勒流速剖面仪(LADCP)和船载ADCP(SADCP)等观测资料,并采用潮波模式模拟结果去除潮流对观测资料的影响,观测结果表明:调查期间黑潮入侵南海的位置与1992年春季比较接近,其分支位于调查海区中部C2、C7、C8和C9站,表层黑潮在C8站分离为两支,分别流向C9和C2站,C9站北向流明显比C8站减弱。在C2站,黑潮分支位于400m层以浅,其最大西向流速为77cm/s,而在C7、C8和C9站黑潮分支位于500m层以浅,黑潮在入侵南海的过程中其核心深度逐渐变浅。上层黑潮明显作反气旋弯曲。本调查航次的观测结果在定性上支持吕宋海峡水交换有"三明治"垂直结构的特性。     

长江河口区边界层参数的观测与分析

2003年11月在长江口南槽用ADCP进行定点水文观测,结果表明研究区为不规则半日潮,在水流转向期流速较低时常出现悬沙浓度峰值。根据流速对数剖面分布模型与悬沙分布模型,分别计算了海底边界层参数,其中潮周期内摩阻流速可达0.15 m/s,粗糙长度为0.01~1.2 m,拖曳系数为10-3~10-4,边界层厚度为2~4 m,悬沙的沉降速率为0.2~6 mm/s。     

潮滩水流加减速阶段边界层流速剖面的比较

江苏大丰地区潮滩由于水深较浅,潮流、波浪等动力较强,整个水层可视为边界层,其主体部分是对数层,即水流流速在垂向上呈对数分布。在潮流的加减速阶段,流速剖面将可能偏离对数分布,从而使对数剖面法计算出来的边界层参数造成误差。使用MIDAS-400用户化数据采集系统,在大丰潮滩获得了多层流速、浊度等同步高频观测数据,基于修正后的von Karman-Prandtl模型对u-lnz进行回归分析、数据内部一致性分析来定义流速对数剖面并与未修正前经典理论得到的边界层参数进行比较。分析结果表明,修正后的流速剖面更符合实际情况,边界层参数除了受水流加速度的影响外,还和沙纹等因素有关。另外,边界层参数的变化量与特征加速度负相关。     

逆方法最优解确定九州近海流速、流量

日本以南海域的调查研究,过去已有不少报道[1~3].众所周知,东海黑潮、西太平洋水和九州沿岸水在九州附近海域交汇,近年来,这里一直是中日黑潮合作调查研究[4]的重点海区之一这些工作显示,日本以南海域的基本特征表现为黑潮路径的大弯曲及其伴生的大冷水团和黑潮两侧中尸度涡的消长过程等等,同时表明确定该海区的流速、流量是探讨以上特征的主要内容之一以往多数作者是采用动力计算方法来确定黑潮相对流速、流量.大家知道,动力计算在不同的参考零面下所得的结果是不同的,这在黑潮强流区表现得尤为明显[5].     

基于风廓线雷达观测的台风“天兔”边界层演变特征研究

垂直探测台风边界层特征对于认清台风结构具有重要意义。基于1319号台风“天兔”途经的三个边界层风廓线雷达站的观测资料,结合探空数据,本文分析了“天兔”的边界层径向、切向风特征,结果表明：1）最大切向风速出现在眼区附近,在“天兔”稳定维持为强台风级别期间,最大切向风速基本稳定在1800 m高度左右,随着登陆后强度的迅速减弱,最大切向风速减弱、最大切向风速垂直范围缩小;2）最大风速所在高度和台风入流层顶高基本相近,大于依据理查森数或位温梯度所判断出的边界层高度,而基于信噪比（SNR）或其梯度所判断的混合层高度时常偏低;3）“天兔”登陆前边界层高度可以达到2100 m以上,在台风级别及以上时,各站观测到的边界层高度变化不大,基本在1200～1600 m之间,登陆后随着台风强度的减弱,边界层高度迅速减小。     

浅化波浪层流边界层流速分布特性的数值分析

建立了同时考虑波致雷诺应力和时均水平压强梯度影响的二阶波浪边界层数学模型,模型计算得到的浅化波浪层流边界层内瞬时流速剖面、振荡速度幅值和时均流速剖面均与水槽实验数据吻合较好,在此基础上探讨了浅化波浪边界层流速分布特性及其影响机制。随着波浪的浅化变形,边界层内时均流速剖面"底部向岸、上部离岸"的变化特征越来越明显。这是二阶对流项引起的波致雷诺应力和离岸回流引起的时均水平压强梯度共同作用的结果,在床面附近由波致雷诺应力占主导作用并趋于引起向岸流动,在上部区域由时均水平压强梯度占主导作用并趋于引起离岸流动。     

超声多普勒测量海底渗漏气泡流速的实验研究

海底渗漏气泡流速是测量海底冷泉渗漏气体流量的主要参数。为了测量海底渗漏气泡流速,利用超声多普勒测量的原理和气泡的二次多普勒效应,提出海底渗漏气泡速度的超声多普勒测量方法。超声多普勒测量根据超声多普勒原理设计了气泡流量测量装置,通过多普勒频移算出海底渗漏气泡流速,同时用视频法测出海底渗漏气泡流速。从多普勒法和视频法的气泡速度数据t分布95%的置信水平误差可知,视频法的气泡速度数据的波动大于多普勒法的气泡速度数据的波动,表明了超声多普勒测量海底渗漏气泡流速的有效性和准确性,优于视频法测量海底渗漏气泡流速。     

基于海底缆线的海洋观测系统在我国近海应用的前景分析

通过海洋中的各类海底缆线,可以搭建海洋观测系统,有效地开展长期海洋观测。虽然我国该类系统建设起步较晚,但是具有理论和硬件多方面的后发优势。只要海洋管理和科研部门注意沟通协作和前期筹划,可以保证我国此类系统建设的速度和质量。文章将从我国近海与海底缆线有关的海洋现状出发,分析建设基于海底缆线的海洋观测系统在我国近海的重要意义,梳理我国建设该系统所面临的机遇与挑战,展望该类系统在我国近海的应用前景,并考虑我国近海的实际情况,提出在青岛胶州湾湾口海区建立本系统示范应用的设计方案。     

悬沙浓度分布对鸭绿江河口流速结构的影响

对鸭绿江河口1994和1996两年两个站位共4个潮周期的数据进行了分析,通过流速对数剖面公式计算了边界层参数,并对各个潮周期内的边界层参数的变化规律进行了分析,同时也对悬沙输送可能对垂向流速结构以及边界层参数造成的影响进行了探讨,分析结果表明,正是由于悬沙分布的影响,打破了原有的温度、盐度、水体密度在水层间的分布格局,改变了原有水体的纵向密度梯度,除少数时刻对应的水体Rf值减小之外,水体的Rf值被普遍提高,并且分层稳定。应用改造后的Von karmen-Prandtl流速对数分布剖面公式,重新对原先公式计算的边界层参数进行了修正,修正后结果表明,u*、C100和τ分别比通过原公式的计算值平均减少了21%、56%和36%,而由于水体悬沙则使τ比在没有悬沙存在的情况下的τ值平均减少了22%。     

基于新型高频声学多普勒流速剖面仪的河口近底部边界层观测初探

河口物质输运、能量交换与底边界层内的水动力过程密切相关,底边界层参数(如切应力、拖曳系数)的确定至关重要。挪威Nortek公司生产的新型声学多普勒流速剖面仪AD2CP相比传统ADCP具有高频、低噪的优点,可用于高频(16Hz)流速剖面观测,而被广泛应用于底边界层观测的ADV只能测量单点高频流速。本文采用AD2CP在长江口南槽最大浑浊带区域进行座底式观测,并与同步近底部三脚架上ADV的观测结果进行对比。结果表明,使用AD2CP测得的近底部平均流速与ADV的测量结果吻合良好;使用惯性耗散法计算了底切应力,基于ADV的单点高频流速数据计算结果为2.16×10~(-2)～5.69×10~(-1)N/m~2,基于AD2CP的结果为2.09×10~(-2)～4.26×10~(-1)N/m~2,二者范围大致相当。在此基础上,基于AD2CP数据计算出摩阻流速为4.55×10~(-3)～2.06×10~(-2)m/s、底拖曳系数范围为1.84×10~(-4)～2.49×10~(-3),与ADV的计算结果基本一致。此外,由于AD2CP可以获得高频的流速剖面数据,优于单点ADV,具备观测近底部边界层参数和边界层内湍流剖面的潜力。     

长江口南港底部边界层特征的观测与分析

对长江口2002年和2003年共4个潮周期的数据进行了分析,通过流速对数剖面公式计算边界层参数,并对各个潮周期内的边界层参数的变化规律进行了分析,同时也对悬沙输送可能对垂向水流结构以及边界层参数造成的影响进行了探讨。结果表明,悬沙的时间分布特征对温度、盐度、水体密度的分布格局有重要影响,主要表现在水体的Rf值普遍较高,分层稳定。此外,悬沙也可影响边界层参数,从而对水流结构产生影响。由于水体的层化作用,使层间的摩擦阻力增大,相当于在垂向上产生不同内边界层,因而影响了流速在垂向上的变化。     

基于LOG算子的侧扫声呐海底线检测

针对侧扫声呐数据采集的特点,提出了一种基于图像边缘检测技术中LOG算子的海底线检测新方法,用于准确检测海底线从而对侧扫声呐资料进行斜距改正。通过实验数据处理,表明该方法较传统方法具有明显的优势。     

基于骨架线的Douglas-Peucker算法改进

针对Douglas-Pecuker算法中以垂直距离为化简指标的不足,提出了以骨架线为化简指标的改进算法.在对曲线凸凹顶点识别基础上,通过三角网的构建实现了凸点到基线的骨架线的提取,结合Douglas-Peucker算法的一般步骤,进行了曲线化简实验和方法的比较,验证了改进算法在保持线要素形态特征上的合理性.     

基于IDDES方法的冲刷地形海底管道绕流数值模拟

近年来,海底管道对于近海油气工业中碳氢化合物的运输十分重要,预测海底管道周围水动力特征对于研究管道损坏机理具有重要意义。基于Spalart-Allmaras改进延迟分离涡模拟(improved detached eddy simulation,简称IDDES)湍流模型,利用开源OpenFOAM求解器计算单管冲刷过程中4个特征阶段管道周围水动力特征。在数值模拟中先计算了无圆管时均匀来流充分发展后的流场,依据该流场中进口流速分布设定有管道时的边界层及进口边界条件。通过将最终模拟结果与前人试验数据及数值模拟结果进行对比,表明了该模型计算结果相对于k-ε模型及LES模型更加贴合试验结果,验证了定义边界层方法的可靠性及IDDES模型在预测管道周围流场的适用性。模型计算结果显示,随着冲刷坑深度的逐渐增加,管道下游回流区会经历一个大幅缩减又逐渐扩大的过程,且逐渐关于圆管中心所在水平线对称;通过对不同冲刷阶段尾涡形态的分析表明,冲刷前期并没有涡脱产生,中期已经有产生涡脱的趋势,后期出现了明显的且较为稳定的涡脱。     

海道测量声剖密度的确定方法研究

基于声剖选取引起的深度误差模型,利用实测数据,分析比较了不同选取方法对测深结果的影响。通过仿真计算,对相邻时刻声剖点的平均声速差值与深度、波束角、断层差值的关系进行了阐述,提出了通过确定相邻声剖点平均声速差值来确定声剖密度的方法,对实际工作有一定的参考价值。     

基于XML的视频剪辑时间线构建方法

DES(DirectShow Editing Services)是基于DirectShow的视频编辑编程接口,通过建立时间线模型进行多媒体编辑,其自带的XML Parser组件可以用来保存和恢复时间线编辑信息。开发1种时间线构建系统,直接通过编辑XML文件建立时间线模型,将复杂的时间线接口调用转化为简单的XML文档编辑任务,使基于此的系统扩展更加简便。使用Delphi的TXML Document组件读取、写入XML文档,使用树状模型显示及修改,并通过输出引擎得到预览画面及视频文件。     

基于Visvalingam-Whyatt改进算法的线要素化简

线要素化简对空间数据存储、传输和表达具有重要意义。现有方法的化简效率和空间关系维护是一个矛盾体,为提高化简效率的同时解决化简结果中线要素自相交问题,提出基于Visvalingam-Whyatt改进算法的线要素化简方法。以排序列表键值对的形式记录有效面积和节点标识,再利用给定的保留节点数重新构建线要素,在重构过程中逐点进行自相交判断,并通过前插或移除节点的方式解决自相交问题。以1∶100万比例尺的海南岛海岸线为研究对象进行化简实验,结果表明本文所提算法能够解决线要素自相交问题,且具有较高的化简效率。该方法可为其他线要素化简算法提供自相交解决思路。     

基于HHT的C-BOOM浅剖信号分析

通过分析C-BOOM浅剖信号的时域和频域特点,观察到其信号频带较宽,和环境噪声频带重叠,而且信号重复性较差,使得无法使用傅立叶变换等传统方法对C BOOM浅剖信号进行准确的频域参数估计和滤波.基于HHT(Hilbert-Huang Transform)方法对C-BOOM浅剖信号进行分析,通过分析筛选由EEMD(Ensemble Empirical Mode Decomposition)分解得到的信号分量确定了信号频带和中心频率等频域参数,在未知信号频带的情况下完成了对信号的滤波,分离得到了C-BOOM浅剖的信号部分和环境噪声部分.通过比较分离得到的环境噪声成分和真实环境噪声的频谱,验证了信号分离方法是有效的.     

基于PAADCP 的海流流速的误差分析及校正方法

为了更加合理、有效地利用海流测速数据,必须进行误差分解和校正。通过分析相控阵声学多普勒海流剖面仪(PAADCP)测试海流流速的原理,提出了海试数据粗差区别与动态校正的算法,采用小波多尺度分析方法,降低了系统误差和随机误差,建立了海流流速的误差分析与校正方法。利用海试实测的垂向流速数据,分析了一般情况下的海流流速的误差,得到垂向流速的均值±0.02 m/s,误差精确度小于0.23 m/s,验证了方法的有效性及合理性。所得算法和方法对于海流测速数据的实时处理和后处理具有实用价值。