声学多普勒流速测量关键技术研究

摘要

声学多普勒水流剖面仪（Acoustic Doppler Current Profiler,ADCP）是在传统测流方法上发展改进的测速声呐，作为一种新型的流速测量仪器，因其测量精度高、测流范围广等优点，在河流和海洋的相关项目中得到了越来越广泛的应用。因此对于声学多普勒测流技术的研究具有很大的理论意义和实际应用价值。本课题设计并仿真实现了声学多普勒测流系统，基于此系统，对三种多普勒测流技术的测流特点、性能进行了分析比较，并对测流中的速度模糊问题提出了解决方案并验证了其有效性，具体工作如下：
　　1.提出了声学多普勒测流系统的整体测量方案，对发射模块换能器发射声场的大小和指向性进行了研究和仿真；推导得到了水流速度从仪器坐标系到大地坐标系的转换公式。
　　2.基于提出的多普勒测流系统，比较分析了脉冲-脉冲非相关、脉冲-脉冲相关和宽带方式三种多普勒测流技术的测流特点和性能，宽带多普勒测流技术因较大的时宽带宽积，测流优势明显，其集中了脉冲-脉冲非相关测流技术大作用范围的特点和脉冲-脉冲相关测流技术高测量精度的优点。
　　3.针对利用复自相关算法测速存在的速度模糊问题提出了解决方案，即每个换能器发射N组不同编码长度的信号得到不同的测量速度，然后根据实际相位规律得到N组不同的速度集合，比较不同集合的速度元素得到正确速度。该方案操作简便，具有较高的准确性。
　　4.针对造成测速误差的解算公式、船舶摇摆、传播声速以及有限波束宽度四个因素进行了性能分析并提出了相应的改进方法。

目录

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缩略词

第一章 绪论

1.1研究背景与意义

1.2研究现状

1.3论文的主要工作与结构安排

第二章 测流原理与方法

2.1多普勒测速原理

2.2复自相关算法

2.3本章小结

第三章 ADCP流速测量研究

3.1 ADCP流速测量整体方案

3.2超声发射声场理论及仿真

3.3 ADCP换能器坐标转换

3.4多普勒测流局限

3.5本章小结

第四章 非相关/相关多普勒测流技术研究

4.1脉冲-脉冲非相关多普勒技术

4.2相关多普勒技术

4.3两种多普勒测流技术测量特点分析

4.4本章小结

第五章 宽带多普勒测流技术研究

5.1宽带多普勒技术

5.2宽带多普勒测流仿真

5.3速度模糊解决方案及仿真

5.4本章小结

第六章 多普勒流速测量性能分析

6.1解算公式引起的误差及改进方法

6.2船舶摇摆误差及改进方法

6.3传播声速引起的误差及改进方法

6.4有限波束宽度引起的误差及改进方法

6.5本章总结

第七章 总结与展望

7.1工作总结

7.2工作展望

参考文献

致谢

在学期间的研究成果及发表的学术论文