中国科学院声学研究所 海洋声学技术实验室

海洋声学技术实验室成立于1987年,现总人数36人,包括研究员4人,副研究员3人,其中博士生导师2人。 在朱维庆研究员领导下取得了多项成果：1．高分辨率海底成像技术,高分辨率测深侧扫声纳达到国际领先水平,测量海底微地形地貌,已形成深水和浅水系列。2．声学测速技术,大深度声相关计程仪和声相关海流剖面仪适用于深水远程导航系统和深水流场测量,我国是掌握了此项技术的世界上少数国家之一;拥有自主知识产权的声多普勒海流剖面仪和声多普勒计程仪,已成功地应用到各个方面。3．水声通信技术,独立提出了性能优良的水声相干通信技术,     

相关原理在船速测定中的应用

用相关原理进行船速测定是继声原理中用多普勒原理测定船速之后又一新的测速方法.它们的共同特点都能测量舰船对地的速度,而且测量精度高,这对于舰船导航,精确定位,提高武备系统的命中率等都有重要意义。用相关原理测定船速的仪器称为声相关计程仪,它垂直向海底发射声波束,因而回波信号要比多普勒计程仪大得多,波束也能做得相当宽,所以在换能器的体积尺寸相同的条件下,在海底跟踪的工作深度,要比多普勒计程仪大得多,同时在声暴露方面小得多,这对于在潜艇上使用是很可贵的。本文对相关的几何条件作了较详细的介绍,对混合相关法测速原理进行了论述,并导出了判别式,从而拟定了相关解算装置的实施方框图,并对其进行混合相关解算的可实现性进行了验证。文章对计程仪的误差作了粗略的分析,前后介绍了JX-1型声相关计程仪这个应用实例。该计程仪于1988年7月通过设计定型,测速和计程精度分别达到0.1kn和0.2％的设计指标,可测对地船速的工作深度达235m,并附有测深功能,在3个半月,航程约5000海里的实船试用中情况良好。该计程仪现已批量生产,陆续安装舰船。     

GPS单点测速技术在海浪测量中的应用研究

分析比对了GPS单点测速技术与其他已有测波手段的不同,讨论了基于多普勒频移的GPS测速方法,并分析了各类误差对测速精度的影响。分别利用原始多普勒值和导出多普勒值进行了静态测速试验和动态测速试验,将导出多普勒测速结果与RTK（RealTimeKinematic,实时动态测量系统）位置差分测速进行了比测。结果表明,使用静态数据采用高频导出多普勒值测速的精度可以达到亚厘米级每秒,而采用原始多普勒观测值进行测速因接收机型号的不同,结果差异较大;动态测速试验中,采用导出多普勒测速的方法与RTK位置差分测速的符合精度可达cm／s。     

声相关海流剖面仪测速研究

声相关海流剖面仪(ACCP)适合深海测速,能够测得相对海底的绝对速度。文章在前人工作基础上,以声纳方程为基础,构造海底混响回波仿真模型,并对基于K irchhoff近似和利用微扰法的R ay le igh-R ice近似相结合的散射模型赋予新的物理意义,并将其应用到声相关测速仿真研究过程中,使仿真更加接近于海洋的实际环境。文章利用H ilbert变换进行包络检波来减小测速误差,并且根据接收信噪比得到了不同航速时能够达到最大底跟踪的距离,这与参考文献给出的结果是一致的。     

三维激光扫描技术在海洋模型试验中的应用

基于三维激光扫描技术,使用Leica ScanStation 2地面三维激光扫描仪对胶州湾物理模型试验地形进行测量.结果表明,三维激光扫描技术比常规的地形测量技术具有更多的优势,为海洋物理模型试验地形提供了一种高效、可行的测量手段.     

基于GPS单点测速的海浪测量方法初探

首先分析比对了已有的测波方法,阐述了将GPS单点测速应用到测波中的优点.然后讨论了基于多普勒频移的测速方法,并分析了各类误差对测速精度的影响.最后利用静态数据进行动态测速模拟试验和实测动态数据测速与RTK (Real Time Kinematic,实时动态测量系统)位置差分测速进行—致性检验.结果表明,使用静态数据采用...     

声相关计程仪基阵设计方法

针对声相关计程仪的测速特点,研究了一维、二维基阵的设计方法。一维基阵采用基于约束最小冗余的设计方法,可以获得比均匀线阵大得多的阵列孔径,从而提高基阵的利用率,但约束最小冗余线阵(RMRLA)的设计方法计算量巨大,并不适合二维基阵的设计。在重新定义冗余因子,建立理想位置矢量图模型,提出位置矢量重合率等概念的基础上,实现了适用于声相关测速需求的二维基阵的快速设计。仿真结果证明了该设计方法的可行性。     

船舶主副机数字式测速与飞车保护装置的设计与实现

本文分析了船舶主副机模拟测速与飞车保护装置的缺陷与局限性，给出了数字式测速飞车保护装置的构成、工作原理和使用方法。     

GPS测速精度分析与应用

全球定位系统(GPS)技术的出现,为速度测量提供了新的手段。基于GPS测速的基本原理,采用单点定位模式、无线电信标/差分GPS模式和GPS RTK模式,研究了不同模式下速度测量的方法和精度概况,重点分析了GPS RTK模式下的测速精度,并对高精度速度测量应用提出了建议。     

用数值计算方法分析潜艇计程仪测速误差

介绍潜艇水压式计程仪的使用原理和方法,分别对SUBOFF潜艇在水面和水下两种航行状态进行了三维粘性数值模拟,获得潜艇计程仪相关部位的流场信息,利用这些信息仿效计程仪的测速过程,得出潜艇水压式计程仪"水上标定,水下用"将会使潜艇测速结果低于实际航速的结论.     

基于图像测速的波浪破碎两相速度场测量方案探讨

针对波浪破碎试验中气泡区速度与水体速度无法同时测量的难题,基于实验室条件,搭建了粒子图像测速（PIV）和气泡图像测速（BIV）系统,采用声学多普勒测速仪（ADV）对PIV测量精度和不同场景下BIV测量精度进行了细致的验证,并设计多种试验方案以期实现BIV与PIV的同步耦合测量。试验结果表明,7W激光+后置灯的优化照明方案,其耦合测量的气泡区速度代表参数与标准BIV照明方案的结果误差小于5%,且耦合测量的气泡区下方水质点的速度曲线与标准PIV测量结果吻合,表明该改进方案满足PIV与BIV耦合测量的条件。本文实现的PIV与BIV耦合测量有利于优化测量和分析工作,减小破碎波浪重复生成的影响,有利于提高测量精度,为大范围波浪破碎速度场的快速测量提供了新的方案。     

船载三维激光扫描海岸岛礁地形测量技术体系构建

海岸岛礁地形测量作业主要采用实时动态差分定位系统(real time kinematic,RTK)和全站仪相结合的测量作业模式,但在陡峭的悬崖地区、大面积的滩涂、沼泽,以及困难地区岛礁等,很难通过RTK作业方式实施登岛/登点测量,难以满足海岸岛礁应急作业的需求。开展了船载三维激光扫描地形测量关键技术研究,通过系列专业软件开发、技术试验、规程编制和生产作业等技术途径,构建了船载三维激光扫描地形测量技术体系,将大大减轻海岸岛礁地形测绘的劳动强度,加快数据更新和产品保障周期。     

浅水有界水域水下目标辐射噪声测量修正方法

由于适合水下目标辐射噪声测量的理想水域较少,因此测量试验大多在浅水有界水域开展,测量结果难免会受到试验现场界面反射波影响,导致测量的宽带声压级及各频率声压谱级产生偏差。利用虚源法对浅水有界水域下的声场模型进行了数值仿真,重点分析了导致传播损失异常的各项因素,然后基于脉冲声技术提出了一种水下目标浅水有界水域辐射噪声测量结果的修正方法,并进行了外场辐射噪声测量和传播损失异常值标定验证试验,最后对试验数据的测量结果进行了修正。     

波浪冲击过程流场变化特性试验研究

利用瞬态全场测量技术———粒子图像测速(PIV)技术,研究了波浪对透空式建筑物上部结构冲击过程的流场变化特性。通过对采集到的CCD图像互相关分析,直观地显示了波浪冲击作用发生时结构物底面的流场状态,得到瞬间全场流体水质点速度矢量,并且应用概率分析法研究了冲击压力峰值与波浪水质点运动速度之间的关系。     

海底测量的相干声纳系统

一、相干声纳系统的特点 人们对回声测深仪、侧扫声纳、多波束测深仪都比较熟悉了,近年来又出现一种可对海底地貌高密度、高精度测量的相干声纳系统。什么是相干声纳(interferometric seabed inspectric sonar)呢?它是一种利用多声板接收回波的振幅、时间和相位差来对海底各点准确定位,并快速采集和处理大量的数据的系统。相干声纳(缩写ISIS)集水深探测技术和成像技术于一体,不仅可以测量水深,而且可以同时给出海底三维立体图、等深图、侧扫声图。     

海底松散沉积物声学性质原位测量实验研究

分析研究了国内外海底松散泥沙的声速和声衰减系数测量的研究现状,并据此研制了海底表层沉积物声速声衰减系数原位测量系统。利用原位测量系统分别在实验室和海滩对不同粒度的沉积物进行了测量分析,得到了不同粒度沉积物的声速和声衰减系数。数据分析表明,沉积物的声速和声衰减系数与沉积物的粒径有密切的关系,粒径越粗,声速越高,声衰减系数越大。通过沉积物声学性质研究,可以开发海底浅层沉积物声学性质原位测量技术,提高相关海洋调查的速度和效率。     

基于声相关计程仪(ACL)的海底散射模型研究

为了进行声相关计程仪(ACL)仿真研究,结合K irchhoff近似和R ay le igh-R ice近似散射模型,根据ACL垂直发射波束的特点,在掠射角90°附近,利用已发表的海底散射实验数据与APL-UW散射模型及L am bert公式的理论计算结果相比较,基于K irchhoff近似的散射模型与实验数据具有很好的一致性,仿真结果证明,由于不同类型海底沉积物引起的体积散射在上述情况下是可以被忽略的,这将大大简化进行声相关测速仿真研究的海底建模过程。     

船舶运动速度及姿态角监测系统

通过大量试验证明，涡动相关法是测量湍流通量的可靠方法，但由于船舶的运动，会给观测带来很大困难。本系统能精密测量船舶运动速度和姿态角，对观测气象资料进行精密校正。１系统介绍用６个加速度计组成船舶运动速度及姿态角校正系统（图１）。安装时必须保证每只加速度计空间特定指向分量响应。６个加速度计分成３对，由３个２ｍ长的梁连接，３个梁呈长方形排列。３对加速度计固定在３个不同方向，其中每对中的两个指向相同。加速度计１和２测量纵向加速度分量，３和４测量横向加速度分量，５和６测垂向加速度分量。安装时泌须保证３对加…     

基于HUST-Ship的船舶耐波性数值试验水池参数化建模方法研究

基于自研的HUST-Ship黏性流CFD求解器,提出了一种船舶耐波性数值试验水池参数化建模方法和网格生成技术。在自研的CFD软件平台中,根据波浪参数(规则波的波长、波高和不规则波的特征周期、有效波高)自动生成船舶耐波性数值试验水池。以结构化重叠网格技术为基础,分别对船舶与水池进行网格划分并进行网格的组装、重叠,实现船舶在耐波性数值试验水池中的数值“试验”,对船舶耐波性进行数值预报。根据波浪种类分为规则波数值试验水池与不规则波数值试验水池,可对各类波浪条件实现精确可靠的数值造波,模拟船舶在各种波浪环境中运动响应、耐波性事件与非线性运动特性。采用参数化建模方法生成的耐波性数值试验水池能够提高建模和网格生成效率,通过对国际标模进行数值预报并与船模试验结果对比,验证了参数化建模方法生成的耐波性数值试验水池对船舶在波浪中运动性能的计算精度。     

基于遍历噪声修正的测速优化算法

研究了一种基于复相关测频原理的多普勒测速算法,针对该算法受信噪比影响较大的情况提出了一种基于遍历噪声修正的测速优化算法。仿真结果表明：该优化算法能减弱噪声对测速精度的影响,尤其在低信噪比的情况下,能有效提高多普勒测速精度。