[发明专利]一种有效提高声学多普勒流速剖面仪流向测量精度的方法

说明书

技术领域

本发明涉及声学多普勒流速剖面仪(Acoustic Doppler Current Profiler，ADCP)，属于海洋观测仪器技术领域，尤其是涉及用于ADCP实测流向误差修正的一种有效提高声学多普勒流速剖面仪流向测量精度的方法。

背景技术

ADCP是一种利用声学多普勒原理测量水流流速和流量的仪器。利用ADCP换能器接收的回波频率与发射频率之间存在的偏移，计算水中颗粒的速度，即可得水流的运动速度，进而可知一定时间内流过截面的水流量^[1]。ADCP已成为海洋、河流等水体中重要的测流仪器。

实际使用时，有多种误差源影响ADCP的测流精度，使流速的测量与准确值存在大幅偏差，严重影响观测结果和后续的数据处理与分析。影响ADCP输出的误差大致可分为频率测量误差、水中声速误差、安装误差和环境因素误差等，海洋研究工作者对误差源进行了大量研究，针对不同的误差采用不同的方法进行分析和补偿。

从最开始的窄带ADCP^[2]，到其后的脉冲相干ADCP，再到目前的宽带ADCP^[3]，频率测量误差不断抑制；由温度、盐度、深度导致的声速变化会直接引起测流误差，现代ADCP多倾向于使用相控阵技术来维持声速的恒定，消除此类误差^[4]；ADCP安装误差的存在会使测得的波束流速矢量在转换成最终流速流向时出现偏差^[5]；环境因素误差来源于多种方面：ADCP附近流体扰动、晃动平台、河底/海底推移质运动等都会形成测量误差^[6,7,8,9]。

在诸多误差源分析和解决对策中，很少涉及关于ADCP内部磁罗经受环境中各类磁场影响而导致磁北角输出误差——罗差所带来的流向误差问题的讨论。对于罗差引起的流向误差的抑制，一般方法是通过外接进口罗经或GPS加以解决^[10,11]，对ADCP流向输出受罗差影响的数理分析和数学修正尚未见到相关报道。鉴于此，本案发明人对上述问题进行深入研究，遂有本案产生。

参考文献：

[1]Gordon R L.Acoustic Doppler Current Profile Principles of Operation,A Practical Primer.San Diego,California USA by RD Instruments.1996,January 8,7PP.

[2]Roger L,Robert S.Pulse-to-pulse coherent doppler sonar signal processing technology[J].Journal of Atmosphere and Oceanic Technology,1984,1(4):293-308.

[3]Blair H,Brumley,Ramon G.Cabrera,Kent L.Deines,and Eugene A.Terray.Performance of a broad-band acoustic doppler current profiler[J].Journal of Oceanic Engineering,1991,16(4):402-407.

[4]JU¨RGEN FISCHER,PETER BRANDT,MARCUS DENGLER,AND MARIO MU¨LLER Surveying the Upper Ocean with the Ocean Surveyor:A New Phased Array Doppler Current Profiler[J].Journal of Atmosphere and Oceanic Technology,2003,20:742-751.

[5]Terrence M.JOYCE.On in situ“calibration”of Shipboard ADCPs[J].Journal of Atmospheric and Oceanic Technology,1989,(6):169-172.