海流计的发展现状及其应用

为解决海流计在实际应用中存在的部分专业术语不规范、译名不统一和归类有差异等问题,促进海洋观测仪器的发展和应用,文章参照相关标准规范、权威专著和专业文献等资料,根据海流计的工作原理和使用性质,结合业界实践经验,系统梳理各类型海流计的命名、分类、适用范围、特点和发展方向等内容。研究结果表明：海流计可定义为“一种用于测量海水流速和流向的仪器”,根据工作原理主要分为机械式海流计、电磁海流计、声学海流计和其他海流计4个大类,不同类型的海流计各具特性;其中,机械式海流计主要包括厄克曼海流计、印刷海流计、照相型海流计、磁录式海流计、遥测海流计和直读式海流计,电磁海流计主要包括地磁场电磁海流计和人造磁场电磁海流计,声学海流计主要包括声学多普勒流速剖面仪、声学多普勒海流单点测量仪、声学多普勒流速仪和时差式声学海流计,其他海流计主要包括激光多普勒测速仪、电阻式海流计、应变片海流计、倾斜式海流计、粒子图像测速仪和海洋湍流剖面仪。     

声学波潮仪波浪测量要素的试验分析

坐底式声学波潮仪采用遥测方法进行表层波浪测量,不干扰波浪场,测量准确度高。现有国产声学波潮仪只具备波高、波周期和潮汐测量能力,欠缺波向测量功能。针对仪器国产化需求,研制一种新型坐底式波潮仪,可同时测量波高、波周期、波向、潮汐和温度,是一种先进的海洋监测设备。本文采用基于多向不规则波的仿真模型对比声学波潮仪和诺泰克浪龙的方向谱反演能力,2019年3月在山东省海洋环境监测技术重点试验室下属岸边试验站进行比测试验,比测仪器为挪威诺泰克浪龙,实测数据分析表明,声学波潮仪和诺泰克浪龙总体上吻合好,验证了声学波潮仪的波浪测量准确性。     

基于三种测波方法的实测数据对比分析

近海海洋工程波浪观测中较为广泛使用的测波方法主要包括压力式测波、声学测波和重力式测波等。三种观测方法各有优势,需根据历史资料、地理环境和任务目的设计合理的观测形式,可以选择一种或多种形式组合的形式,以达到最佳的观测效果。使用GPS测波浮标、AWAC声学海流/波浪测量仪和TWR-2050压力式波潮仪的实测资料进行了对比分析,结果显示,测波浮标与AWAC所测数据相关性较一致;TWR压力波潮仪与AWAC测量的波高趋势基本一致,但周期短、波高小的海域和时间段测量准确度较差。     

国产走航式声学海流剖面仪的应用分析

针对国产走航式声学海流剖面仪的应用性能进行评价,为用户及生产厂家提供借鉴。首先,就国产走航式声学海流剖面仪的实际数据,从不同角度和层面,全面分析和考察了其测量数据的各项性能,有针对性地绘制了各类图件,并通过数据质量、数据有效性、测流精度、测流深度等各方面的分析比对,对国产走航式声学海流剖面仪做出定性评价。其次,通过与国外同类仪器的以往应用情况进行对比分析,发现在船只转向和往复航行、加速和减速航行、高速航行时,国产走航式声学海流剖面仪表现更佳。最后,基于应用中的不足给出相关建议。     

几种测流设备的比测试验及分析

海流是基础的海洋资料,海流计是海流测量的重要仪器。文中介绍了RCM-9型安德拉海流计、中科院声学所150 kH z ADCP、RD I公司75kH z相控阵ADCP以及LADCP四种声学海流计的工作原理以及海上比测试验。通过分析比测试验的结果,验证了各仪器的测流性能,并从层厚、层深、相对流速参考物以及安装位置等方面分析了造成各设备测量差别的原因,为将来的流速测量提供了参考依据。     

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。     

自由投放式声学多普勒海流剖面观测及数据处理

自由投放式声学多普勒海流剖面（FADCP）观测以“自由落体”方式进行采样,其不依赖于测船钢缆牵引即可对全深度海流进行观测,观测稳定性较下放式声学多普勒海流剖面（LADCP）大幅提升,有效减少了观测值之中的不规则运动。2021年4月与9月在南海西沙海域开展的FADCP观测实验获得了两个断面包含16个站的海流及CTD资料。基于静置期间的真实底流观测,各站全深度的海流剖面采用剪切法获得,潜标附近站位剖面与潜标观测剖面相比,平均流速偏差为3 cm/s。观测断面捕捉到了西沙海域两个时期的气旋涡,其垂直结构比HYCOM模拟更精细,表层流与绝对地转流契合。研究表明,FADCP对测船要求低、数据质量高,其后处理简便且结果良好,但无法对特定水层实施补充观测。     

海洋内波ADCP监测技术研究

海洋内波与声场的相互关系是一个十分重要的研究课题.内波是影响声信道特征的重要因素;反之,受内波影响的声场也包含着海洋内波动力过程的信息.针对二者之间的关系,从工程的角度上介绍了利用声学多普勒海流剖面仪(ADCP)对海洋内波进行监测的原理和方法,并结合实际的海试情况给出声学多普勒海流剖面仪对海洋内波的监测结果,验证了方法的有效性.     

声学测波仪在ZQA1—1型海洋站自动观测系统中的应用

在 ZQA1-1型海洋站自动观测系统中(简称系统),应用计算机软件配合声学测波仪进行波浪测量,提高了测波的可靠性。图1为系统中测波部分方框图。图中实线部分是声学测波仪电路框图,虚线部分为应系统测波要求而增加的。当开关 K 处于②的位置时,声学测波仪恢复原态,可以独立进行     

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,     

海洋声层析研究的两个热点问题

综述了目前海洋声层析研究的两个热点问题 ,归纳了用声学方法监测气候变化和反演内波两个领域所取得的研究进展 ,总结了研究过程中存在的问题     

海水对海洋平台声发射传播特性影响研究

针对海洋平台水下钢结构无损检测的需要,研究在空气、淡水和海水作为耦合介质的情况下,声发射波在钢结构传播过程中幅值和能量的变化趋势,以及幅值和能量损失的原因。基于声发射波反射原理,分析声发射波在钢结构中传播的多径效应及波形转换特性,并解释了时域波形发生分离的原因。根据实验结果,分析了盐度对声发射波传播特性的影响。该项研究为提高海洋平台声发射检测中故障源的精确定位提供了实验依据。     

声波对海洋生物的影响与作用的研究

本文研究了声波对某些海洋生物的影响与作用。实验表明，适当的声波剂量对海洋生物的作用所产生的声学生物效应是积极的，可促使生物体向有利的方向产生变异，而强度过大的声波对海洋生物有效伤甚至致死的效应。     

许氏平鲉幼鱼优势音响驯化时段的初步研究

音响驯化技术是控制鱼群和提高放流回捕率的有效方法。目前,对海水鱼类进行音响驯化时关于音响驯化时段选择的研究积累尚少。本试验研究了在7:20、10:20、13:20、16:20和19:20 5个不同驯化时段水平下,许氏平鲉幼鱼在430Hz正弦波连续音刺激下的行为反应,分别探究了在不考虑非音频刺激因素和减轻(甚至避免)非音频刺激因素对音响驯化效果干扰的前提下,许氏平鲉幼鱼的优势音响驯化时段。结果表明,无论考虑非音频刺激因素对音响驯化效果的影响与否,7:20时段都是许氏平鲉幼鱼的优势音响驯化时段。     

南黄海海底沉积物声学特性及其影响因素试验研究

利用自南黄海中西部海底取回的沉积物样品,对其声学特性及其影响因素进行了试验研究,结果显示,研究区海底沉积物的压缩波速为1.359 ~1.695 km/s,剪切波速为12.5 ~70.9 m/s;颗粒较细的沉积物与较低的压缩波速、剪切波速对应,主要集中在研究区东侧水深较深处;沉积物的物理力学性质对其压缩波速、剪切波速的影响较显著,沉积物的温度和换能器的频率对上述声学两参数也具有一定的影响,而沉积物的包含物及薄夹层等影响声波传播的理论计算结果。给出了研究区海底沉积物物理力学各参数与压缩波速、剪切波速之间的回归方程,以期为国防、工程提供基础资料。     

Nonlinear acoustic waves in a collisional self-gravitating dusty plasma

Using the reductive perturbation method, we investigate the small amplitude nonlinear acoustic wave in a collisional self-gravitating dusty plasma. The result shows that the small amplitude dust acoustic wave can be expressed by a modified Korteweg-de Vries equation, and the nonlinear wave is instable because of the collisions between the neutral gas molecules and the charged particles.     

Kraken海洋声学模型及其声传播与衰减的数值试验

针对射线、简正波、PE、FFP等传播模型的算法原理及其适用的海洋环境,建立了以Kraken声学模型计算软件为基础的海洋声场数值预报系统.应用该预报系统对4组典型的海洋声场进行了数值试验,结果表明:在相同的海面和海底边界条件下,声场分布是由声速剖面和声源位置决定的.在负梯度声场中,所有声线都折向海底,在极限声线外产生阴影区.声源位于声道轴附近的温跃层中会产生波导传播.用射线理论解释了上述现象的成因,指出了其实际应用价值.     

Localisation and phase transition of acoustic waves in a soft medium containing air bubbles

We study via numerical experiments the localisation property of an acoustic wave in a viscoelastic soft medium containing randomly-distributed air bubbles. The behaviours of the oscillation phases of bubbles are particularly investigated in various cases for distinguishing efficiently the acoustic localisation from the effects of acoustic absorption caused by the viscosity of medium. The numerical results reveal the phenomenon of `phase transition' characterized by an unusual collective oscillation of bubbles, which is an effective criterion to unambiguously identify the acoustic localisation in the presence of viscosity. Within the localisation region, the phenomenon of phase transition persists, and a remarkable decrease in the fluctuation of the oscillation phases of bubbles is observed. The localisation phenomenon will be impaired by the enhancement of the viscosity factors, and the extent to which the acoustic wave is localised may be determined by appropriately analyzing the values of the oscillation phases or the amount of reduction of the phase fluctuation. The results are particularly significant for the practical experiments in an attempt to observe the acoustic localisation in such a medium, which is in general subjected to the interference of the great ambiguity resulting from the effect of acoustic absorption.     

小尺度海底沉积物的声衰减特性研究

为研究小尺度海底沉积物样品的声衰减特性,作者提出了用声学探针测量海底沉积物声波幅值的新方法,对沉积物样品扰动小,两个测量点的距离可小于波长,为海底沉积物微观声衰减测量提供了新手段。作者用小于波长的间隔逐点测量了沉积物的压缩波幅值,数据分析表明沿沉积物柱状样全长的声衰减满足指数衰减模型。目前主要用同轴差距衰减测量法获得海底沉积物声衰减数据,但该方法不能辨识声衰减模型,因此不同海区的测量结果难以建立联系。对此作者又提出用声吸收系数反演的幅值比与声衰减系数反演的R值(两种幅值比的比值)作评价依据,分析了垂直轴差距衰减测量法获得的南海海底沉积物声衰减测量数据,发现部分沉积物样品声衰减的R值远大于1,其声衰减不满足指数衰减模型。在声衰减满足指数衰减模型的条件下,用Hamilton的声衰减和频率经验公式预报的南海沉积物声衰减比与作者用声学探针测量海底沉积物所得的声衰减比对比,通过对R值分析得出Hamilton的声衰减和频率经验公式可以预报南海沉积物声衰减比的范围。作者提出的声学探针测量海底沉积物声衰减的方法的优点是既能获得声衰减数据又能辨识声衰减模型,不同海区测量的沉积物声衰减比可用R值建立联系。     

水声通信半物理仿真平台设计与应用

信道自身的复杂性和现场级试验的高投入、高风险限制了水声通信技术的发展。针对高效率水声通信技术研究的需求,提出1种水声通信半物理仿真平台水声通信半物理仿真平台(A Hardware-in-Loop Simulation Platform for Underwater Acoustic Communication)。水声通信半物理仿真平台以可配置水声Modem为核心,包括现场测试采集系统、算法仿真评估系统、算法实现装载系统、水声波形存储播放系统。基于建立的水声通信半物理仿真平台,进行水声直接序列扩频通信系统的半物理仿真研究,结果表明水声通信半物理仿真平台可有效提高水声通信技术的研究效率。