ADCP实验室校准系统

摘要

ADCP校准系统是一种利用陆上仿真回波信号对ADCP的测流、测深性能进行校准的装置。本文主要研究的是一套用于在实验室内对ADCP设备进行调试及校准的系统，该系统能够模拟产生出四路带有流速垂直分布、流速方向及深度等信息的声回波信号。通过换能器校准系统可以实现与ADCP在无水环境下的直接对接测试，实现校准调试。该系统可以部分替代实际环境下的水回波，对ADCP的基本测流性能进行验证，简化了调试校准流程，提高了ADCP研发的效率。
　　本文介绍了ADCP以及相关校准技术在国内外的发展现状，研究了多普勒测流技术基本原理，提出了一套基于任意波发生器的ADCP对接式陆上校准装置方案，并使用计算机、信号源、功放模块构建了校准系统。对水回波的建模进行了深入的研究，并通过仿真对水回波的模型进行了验证。在仿真的基础上本文以可程控信号源为硬件核心，结合软件仪器开发平台和图形用户界面设计实现了功能全面、操控便捷且可扩展性良好的校准系统，通过设计的界面系统可以对回波信号的各种参数如信噪比、散射体数量、流速的垂直分布等进行设置，产生窄带非相干、窄带相干、宽带相干等各种回波信号。最后本文利用所构建的校准系统进行了实验室内无水环境下与ADCP的对接，对ADCP的流速剖面测量、深度测量和流向测量进行了校准测试，并对测试结果进行了详细的分析，验证了系统的可行性。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景

1．2 国内外研究现状

1．2．1 国外研究现状

1．2．2 国内研究现状

1．3 可编程仪器在仪器测量与校准中的发展

1．4 论文组织架构

第二章 声学多普勒测流原理及基本算法

2．1 多普勒测流原理

2．1．1 多普勒效应

2．1．2 多普勒测流公式

2．2 ADCP的阵型结构与坐标变换

2．2．1 换能器阵型结构

2．2．2 坐标转换

2．3 水流剖面分层与底跟踪

2．3．1 水流剖面的分层

2．3．2 底跟踪

2．4 测流方式

2．4．1 窄带非相干测流

2．4．2 脉冲相干测流

2．4．3 宽带测流

2．5 多普勒频率估计算法和测深原理

2．5．1 频率估计算法

2．5．2 测深原理

2．6 本章小结

第三章 回波建模及仿真分析

3．1 回波建模

3．1．1 流层回波建模

3．1．2 水底回波建模

3．1．3 水声信号的传播损失与作用距离分析

3．2 回波仿真

3．2．1 校准系统的基准信号—ADCP发送信号的形式

3．2．2 流层回波仿真

3．2．3 底回波仿真

3．2．4 合成回波的仿真

3．3 回波模型参数对测流和测深的影响

3．3．1 回波参数对流速估计的影响

3．3．2 回波参数对深度估计的影响

3．3．3 四路回波的仿真验证

3．4 本章小结

第四章 校准系统设计

4．1 校准系统总体方案

4．1．1 校准原理

4．1．2 校准系统整体方案

4．1．3 校准系统技术指标

4．2 系统硬件

4．2．1 可编程任意波发生器—HDG2022B

4．2．2 功率放大模块

4．2．3 换能器与声对接材料

4．3 系统软件

4．3．1 开发平台—MATLAB

4．3．2 可编程仪器的控制

4．3．3 回波数据的产生与下载

4．3．4 校准系统与ADCP的同步

4．3．5 交互界面的设计

4．4 本章小结

第五章 校准系统与ADCP对接实验

5．1 系统初始化时间分析与优化

5．1．1 初始化时间测量

5．1．2 优化系统初始化时间

5．2 对接实验结果分析

5．2．1 系统可行性实验

5．2．2 流速校准实验结果

5．2．3 深度校准实验结果

5．3 本章小结

第六章 总结与展望

6．1 全文总结

6．2 工作展望

致谢

参考文献