深海走航投弃式剖面仪传输信道特点的分析

走航投弃式剖面仪是海洋环境数据获取的重要仪器,主要应用于海洋环境观测中海洋参数的大面积快速测量,但传输信道特点一直并不明确,对信道传输性能的提高缺乏一定的理论基础。以XCTD信道为研究对象,优化了信道的模型和传递方程,计算得到信道阻抗参数值;采用时频法研究投弃式剖面仪信道基带传输信号的时变性,分析不同频率下的信号带宽的变化特性,分析随机噪声对传输信号和误码率的影响规律,结果表明,深海走航投弃式剖面仪传输信道在不同深度和传输速率下具有的"时变/窄带/低信噪比"规律特性,该信道特点与水声信道具有更多的相似性,该结论为提高XCTD信道传输性能拓宽了研究思路,为深海投弃式观测技术发展的信道传输技术共性问题提供了理论支持。     

提高走航式XCTD剖面仪时变信道相位稳定性的方法

目前,国内外深海走航式XCTD剖面仪信道探测深度在2 000 m范围内,采用阻抗时变金属有线信道的传输方式严重影响了信号的传输质量,成为XCTD大深度测量的难点问题。首先阐述了信号传输DPSK相位解调方法,其次分析了2 000 m测量范围内信号传输的相频特性,进而重点讨论了时变电感、电容量、传输频率对传输信号相位的影响,提出在大深度测量中,时变电感量是影响相位变化的最主要原因,引起相位变化率超过40%,甚至产生振荡,最终提出通过串联固定电感量的方法,使整个测量范围内相位的变化率控制在5.9%,大大提高了DPSK信号解调的准确性,提高了XCTD剖面仪传输信号传输的稳定性。该文的研究结果为深海走航式XCTD剖面仪在大深度测量中提高信号传输质量提供了解决问题的办法,也值得深海走航式XBT、XCP等同类产品参考借鉴。     

水下XCTD剖面仪传输线间分布电容的建模与计算

由于XCTD(抛弃式盐温深)剖面仪下沉到一定深度后信号传输严重失真,传输电缆动态展开后的线间电容对信号的完整性传输的破坏性越来越大。根据具体应用环境建立了XCTD电缆电容计算模型,然后从理论上建立了平行电缆电容和偏心电缆电容的数学公式,最后采用Comsol Multiphysics进行建模仿真。结果表明,理论计算验证了Comsol平行电缆电容仿真模型的正确性,并进一步采用该方法计算出更为复杂的水下电缆的电容值,其对分析我国自主研发的XCTD剖面仪深水信道信号传输完整性具有重要的参考价值,为该课题的深入研究提供了一种全新的建模方法。     

XCTD剖面仪数据传输电路的设计与实现

针对XCTD(投弃式温盐深)剖面仪数据传输速率低、可靠性差的缺点,提出基于曼彻斯特编码的基带传输技术。在系统结构设计的基础上,着重讨论了基于FPGA的曼彻斯特编码器、位定时提取电路和自动增益控制电路的设计。通过测试表明,编码后的系统不仅可以使用基带信号直接传输,而且能够满足系统的通信速率要求。     

水温对XCTD剖面仪单模光纤传输信道影响的研究

提出采用单模光纤作为XCTD的传输信道,首先对使用漆包线作为传输信道所面临的难题进行了简要的分析;其次,分析了单模光纤技术优势;最后,针对XCTD工作环境中海水温度变化对光纤传输信道带来的影响进行了理论研究和实验验证,实验结果表明,单模光纤信道在海水介质及0~20℃海温变化下,以10 MB/S的传输速率传输数据时误码率为0,且损耗变化几乎可以忽略,大大提高了信号传输的速率和传输稳定性,实验结果说明采用单模光纤作为XCTD的传输信道具有一定的可行性。     

水温对XCTD剖面仪单模光纤传输信道影响的研究（英文）

XCTD作为深海探测的一种最为重要的仪器,是深海水文数据获取的重要手段,但传统的金属漆包线信道存在一些难以解决的技术问题,成为XCTD发展的主要瓶颈。针对这一问题,本文提出采用单模光纤作为XCTD的传输信道。本文首先对使用漆包线作为传输信道所面临的难题进行了简要的分析;其次,分析了单模光纤技术优势;最后,针对XCTD工作环境中海水温度变化对光纤传输信道带来的影响进行了理论研究和实验验证,实验结果表明,单模光纤信道在海水介质及0~20°海温变化下,以10 MB/S的传输速率传输数据时误码率为0,且损耗变化几乎可以忽略,大大提高了信号传输的速率和传输稳定性,实验结果说明采用单模光纤作为XCTD的传输信道具有一定的可行性。     

不同特性阻抗参数对深海走航投弃式剖面仪传输信道影响的分析

深海走航投弃式剖面仪由于信道的时变特性,严重影响信号传输的准确性,成为深海走航投弃式剖面仪进一步发展的难题。针对该类信道进行了深入分析,首先提出了信道模型的建立方法,建立了准确的信道模型传递函数,并在此基础上,讨论了在3 000 m长传输线下,不同特性阻抗参数对信号传输性能的影响。通过分析可知:(1)在负载端使用大电阻可以极大地降低水上线轴电感量变化对信号的影响,最佳电阻取值为10 MΩ;(2)通过提高水下线轴电感量的方法可以提高信道相位延时的稳定性,从而提高DPSK信号解调的准确性;(3)为了让负载端获得稳定的幅值增益,要减小分布电容的数值,在信道中加入容性元件会降低信号幅值的稳定性,降低信号的传输质量。通过本文的分析,可以进一步明确对该特殊信道阻抗匹配方法,优化信道硬件电路模型,加快走航投弃式剖面仪向深海进军的步伐。     

投弃式温盐深测量仪在海底地形测量中的应用

介绍了投弃式温盐深测量仪(XCTD)的原理和特点,利用它获得的声速剖面数据与声速剖面仪测量的声速剖面数据进行了精度对比,论述了在特殊环境下,利用多波束测深系统进行海底地形测量时,使用XCTD进行声速剖面测量的优势,解决了测量船停车才能进行声速剖面测量的弊端,显著提高了多波束测深系统作业的效率。     

XCTD与CTD的对比测试研究

海水声速剖面的准确获取对于利用多波束声呐系统进行水深测量至关重要,而传统的声速剖面获取方式都需要停船进行测量,导致海上调查作业效率较低。为了解决该问题,本文首先介绍了温盐深剖面测量仪(CTD)和抛弃式温盐深剖面测量仪(XCTD)间接测量声速剖面的原理,然后对"海洋地质六号"调查船在同一站位及时间利用CTD、XCTD和AML PLUS SV声速剖面仪测量得到的声速剖面进行了一个对比分析。研究结果表明,三者测量得到的声速剖面在相同水深处声速互差引起的水深差值最大为0.130 9 m。在多波束水深测量过程中,可考虑使用CTD和XCTD间接测量获得的声速剖面代替声速剖面仪直接测得的声速剖面,通过合理布设CTD站位以及使用XCTD来提高海上多波束水深调查的作业效率。     

联合WOA2018温盐模型及实测温盐资料重构全深度声速剖面(四):声速剖面应用

在深远海海域开展多波束水深测量时,受海上苛刻作业条件等多种影响,获取全深度声速剖面往往比较困难。首先联合WOA2018温盐模型和多个站位CTD、XCTD实测温盐剖面资料开展了全深度声速剖面重构,进而使用三组来源不同的全深度声速剖面开展了多波束测深声速改正对比分析。从试验结果看,这几组声速剖面对多波束测深精度的影响基本一致。特别是当假定CTD站位采用XCTD设备并由此推算深度大于1099m的温盐及声速剖面时,多波束测深的声速改正结果也能满足海底地形成果的质量要求。     

浅地层剖面仪的测量模拟

为获取声传播环境数据,实验中开展了水文调查和浅地层剖面仪的观测.由于声传播实验发射信号频率与接收船上的浅地层剖面仪信号频率接近,因此声传播实验信号在浅地层剖面仪测量图中产生了斜条纹.利用实验中水听器测量的信号模拟浅地层剖面仪的测量,解释了浅地层剖面仪测量图像中斜条纹的形成,并通过控制声传播实验信号的发射周期和时间模拟条...     

基于南极科考数据的ADCP深度订正实验

声学多普勒流速剖面仪由于其结构、原理及观测环境等因素,其流速观测结果与海水实际深度的匹配存在较大偏差。采用第31次南极科考实测ADCP及XCTD数据,通过计算实际声速,对ADCP层深计算公式进行了订正实验,使流速观测数据与其所对应的实际深度重新匹配。结果显示,深度订正值随深度的增加而增大,至700m处,最大订正值可达16m。相应的流速和流向也随深度的订正有大幅度的改变,而且,无论是深度还是流速和流向,其订正值均由低纬向高纬,逐渐增大。     

宽码率Polar码浅海水声通信实验研究

浅海水声信道的随机时–空–频特性给数据的可靠传输带来了重大挑战,低复杂度和理论上证明能到达香农限的极化码(Polar code)可以增强水声通信系统的鲁棒性。水下传输的图像、语音、文本、海洋监测数据和遥控指令具有不等重要性的特点,宽码率 Polar 码能够适应不同水声信道和不等重要性的信息传输。 目前 Polar 码在水声通信中的实验研究多为仿真分析,设计了宽码率 Polar 码在厦门港海域海试验证,在不同信噪比的实录环境噪声下进行分析。海试结果表明：在良好的信道条件下,宽码率 Polar 码的性能优异,0.25 码率的 BPSK 和 QPSK 在实录环境噪声信噪比为–1 和 4 时实现零误码,其低复杂度信道编译码机制和宽码率与水声信道相匹配,可有效提高水声数据传输的可靠性和有效性,为基于 Polar 码的稳健可靠水声通信系统提供海试实验验证。     

国产抛弃式温度剖面仪(XBT)资料质量分析

国家海洋技术中心根据科研需求研发了抛弃式温度剖面仪(XBT)等一系列抛弃式产品.针对2014年8月份在西太平洋海域投放的XBT和XCTD所获取的温度数据进行对比分析,单剖面结果显示两者相关系数达到了0.95,在温跃层处出现温度差,断面标准差分析结果为200 m以上温跃层处较大而200m以下标准差较小,最大和最小标准差值分别为0.39和0.08.温度断面分析结果显示两者在同样的位置出现等值线的凹凸现象,对大洋水团特殊物理海洋现象描述基本一致.分析温跃层处两者温度存在偏差的原因有3个:不同传感器的不同响应时间引起的误差、深度测量公式的误差以及传感器本身的测量误差影响.国产XBT的数据质量较好,总体上性能能满足对环境复杂海域的快速走航观测,数据质量准确度和可靠性都较好.     

浅地层剖面仪噪声特征分析及采集参数优选

浅地层剖面仪具有配置灵活、作业方便、经济高效、分辨率高等优点,在海洋地质研究和海洋工程调查中得到了广泛应用,但易受到噪声干扰。在分析浅地层剖面仪运行时干扰噪声形成机理的基础上,设计噪声采集方案,采集设备运行时的背景噪声和其他声学设备干扰,分析干扰噪声特征,为现场数据采集以及室内数据处理提供依据。通过分析浅地层剖面仪的噪声特征,提出控制激发频率范围,将激发能量集中在优势频带内,并在采集时设置合理滤波参数,滤除其他声学设备干扰噪声。以"向阳红01"科考船浅地层剖面仪为例,设置激发子波频带:1.0～6.0 kHz,脉冲长度设置为10 ms,信号接收时设置滤波门限为1.0-2.0-6.0-10.0 kHz,去除其他声学设备对剖面的干扰,最终取得非常理想的浅地层剖面。     

XCTD定标方法研究

文章简要介绍了投弃式电导率、温度、深度剖面测量仪(XCTD)的定标原理,并对现行的两种定标方法—五点定标和三点定标方法进行了比较研究。指出:与五点定标相比,三点定标方法具有高效、快速的优点,更适于大批量生产的要求。     

XCTD剖面仪螺旋电感固有电容的建模与分析

提出了一种预测XCTD剖面仪的螺线电感固有电容的计算方法,采用最优解析法建立双股螺旋电感线圈的分布电容模型。首先推导出各基本结构单元分布电容的计算公式,计算出实际电感线圈基本结构单元的分布电容,最终对各个参数进行了分析与讨论,得出各参数对分布电容的大小的影响。分析结果可以用来指导电感线圈的设计,减小分布电容已达到提高电感线圈的传输性能。     

6000 m电缆传输式CTDC剖面仪

6 000 m电缆传输式CTDC剖面仪是“十五”863计划支持的海洋专用CTD技术项目之一。研制成功的6 000 m电缆传输式CTDC剖面仪可以基本覆盖全部海洋范围,使我国的CTD测量技术跻身世界先进水平。文中介绍了6 000 m电缆传输式CTDC剖面仪的工作原理、实验室和海上试验情况,通过与海鸟SBE 917CTD所获取的数据资料进行对比和分析,找出了存在的问题和今后努力方向。     

单道地层剖面仪的回波信号迭加处理

单道地层剖面仪中采用回波迭加处理是提高地层穿透深度的一条新途径。由于回波迭加是在非共深度点条件下进行的,因此,回波迭加处理的信噪比提高因海底下地层倾斜而有一定的限制,本文导出了单道地层剖面仪回波速加处理的计算表达式。实时回波迭加处理机方案是,N个随机存取存贮器中的最老回波数据(与第1次声源发射相对应)被最新回波数据(与第N+1次声源发射相对应)所替换,由此可以得到相继N次发射的回波信号的输出,实时的回波速加处理机的输出传输给实时图象记录器。该迭加处理机成功地应用于我国第一台DDC-1深地层剖面仪,并获得了显著的效果。现场探测表明,8次回波迭加,可以使DDC1-1的地层穿透深度从600米增加到1000米。文中给出了对比探测(迭加和不迭加对比)地层剖面图。     

干涉谱法测量水下竖直运动目标轨迹

以被动测量竖直运动目标轨迹为目的,通过分析多途信号声压场模型,讨论了经过相干多途信道的目标辐射噪声在接收点产生相干干涉的现象。在目标水平距离已知的情形下,给出了干涉频率周期与目标深度的关系,提出了利用多途信道的相干干涉信息来解算目标深度轨迹的方法。时频分析可以得到干涉条纹、条纹粗细变化的规律与目标深度变化有关。通过对实测数据的分析,说明本方法的有效性。