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ADCP底跟踪技术研究及DSP实现

ADCP底跟踪技术研究及DSP实现

作者：徐鹏飞东南大学

学位级别：硕士

声学多普勒流速剖面仪(ADCP)是一种利用声学多普勒效应测量水体流速、流量的仪器。ADCP获取流量信息的关键点在于底跟踪测量以及流速测量。本文重点研究ADCP中的底跟踪技术,在分析多种ADCP底跟踪技术的基础上,研究改进了底深测量方法,... 详细信息

声学多普勒流速剖面仪(ADCP)是一种利用声学多普勒效应测量水体流速、流量的仪器。ADCP获取流量信息的关键点在于底跟踪测量以及流速测量。本文重点研究ADCP中的底跟踪技术,在分析多种ADCP底跟踪技术的基础上,研究改进了底深测量方法,以及高起伏性底质条件下的底跟踪方法。论文主要工作总结如下:1、本文基于单元散射理论下的底回波模型,分析了底回波过渡带对于底速测量的影响,仿真实验表明底跟踪探测信号的长度必须大于回波过渡带长度才能获得较好的底速测量结果;2、本文针对单元散射条件下二相编码信号测深误差较大的问题,提出了一种基于LFM信号与二相编码信号相结合的组合式信号测底方法,利用LFM信号自相关特性上的优势,弥补二相编码信号脉冲压缩后位置难以判别的不足;本文还提出了一种基于能量中心法与脉冲压缩法相结合的底深判定方法,先利用能量信息粗略判断回波位置,再利用相关方法精确测定回波时延,提高了底深测量的精度和速度。3、针对传统ADCP底跟踪技术在高起伏性底部环境下精度较差的特点,本文提出了多波束测底的思想,将多波束底跟踪技术难题转化为回波到达角度、到达时间联合估计问题,并利用DFT波束形成算法与方位指示法判别底回波的到达角度与到达时间。4、本文在总结了ADCP底跟踪信号处理流程的基础上,提出了一种控制与处理相分离的底跟踪软件框架,实现了基于软件流水线思想的程序运行模式,并在以TMS320C6678为核心的ADCP硬件平台加以实现。与ADCP校准系统的实际联调结果表明,底跟踪效果能够较为准确的反映水底深度。

关键词：底跟踪 LFM信号能量中心法多波束并行软件流水线

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粒子滤波在多波束测深底跟踪中的应用研究

粒子滤波在多波束测深底跟踪中的应用研究

作者：刘享明哈尔滨工程大学

学位级别：硕士

多波束测深技术现已广泛应用于各种海洋开发和科学研究领域，对其测深精度和可靠性要求也越来越高了。多波束测深底跟踪技术是多波束测深技术的一项必不可少的研究内容，底跟踪技术的改进也就意味着多波束测深精度的提高。多波束测... 详细信息

多波束测深技术现已广泛应用于各种海洋开发和科学研究领域，对其测深精度和可靠性要求也越来越高了。多波束测深底跟踪技术是多波束测深技术的一项必不可少的研究内容，底跟踪技术的改进也就意味着多波束测深精度的提高。多波束测深底跟踪技术主要包括三方面内容：波束形成、信号检测算法和滤波算法。本论文首先对多波束测深底跟踪技术的波束形成技术和信号检测算法进行了探讨。简要概述了典型的多波束测深系统构成，介绍了波束形成的一般原理和多波束测深较常用的聚焦波束形成原理;信号检测算法主要探讨了能量中心算法和WMT算法。本论文重点研究了滤波算法，首次将粒子滤波（PF）算法引入到多波束测深底跟踪中，对粒子滤波算法基础理论进行了探讨研究;探讨研究了卡尔曼滤波（KF）算法和中值滤波算法;建立了多波束测深底跟踪状态空间模型，分别用卡尔曼滤波算法和粒子滤波算法对其进行求解，仿真分析，以验证模型的可行性，然后对大量的实验数据进行了卡尔曼滤波、中值滤波和粒子滤波算法处理。对比分析处理结果得出本文所建立的多波束测深底跟踪状态空间模型是完全正确可行的，粒子滤波算法完全可以应用到多波束测深底跟踪技术中，并且对于噪声概率分布构成较复杂（如非高斯的）的实验数据来说，用粒子滤波算法处理的滤波效果比卡尔曼滤波和中值滤波效果更佳，提高了底跟踪的准确性，有效的提升了多波束测深系统的测深精度。

关键词：多波束测深底跟踪状态空间粒子滤波卡尔曼滤波

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基于ADCP“动底”测量的流量补偿算法

声学技术 2024年第2期43卷 287-291页

作者：彭东立苏南陈醒程信羲嵇正华张少华江苏中海达海洋信息技术有限公司江苏南京211800 水利部水文仪器及岩土工程仪器质量监督检验测试中心江苏南京210012 山东省地质矿产勘查开发局第三地质大队山东烟台265617

声学多普勒流速剖面仪(Acoustic Doppler Current Profiler,ADCP)对河流进行流量测量时,ADCP一般采用底跟踪模式(以河底为参考系)获得流速、断面面积,进而获得当前流域的流量,但当河流存在大量走沙(“动底”)情况时,底跟踪速度缺少顺水... 详细信息

声学多普勒流速剖面仪(Acoustic Doppler Current Profiler,ADCP)对河流进行流量测量时,ADCP一般采用底跟踪模式(以河底为参考系)获得流速、断面面积,进而获得当前流域的流量,但当河流存在大量走沙(“动底”)情况时,底跟踪速度缺少顺水流分量,致使底跟踪轨迹向上游偏移底跟踪速度偏小,进而导致流量偏小。文章通过对动底原理进行分析、对动底测量方法中的回路法进行研究,提出一种基于GGA的全球定位信息系统(Global Positioning System,GPS)模式下平均动底速度测量方法以及两种动底流量补偿方法,并利用实测数据进行分析验证,结果表明本文提出的动底速度测量方法及动底流量补偿方法对“动底”检测与补偿有显著的效果。

关键词：声学多普勒流速剖面仪(ADCP) 动底底跟踪流量补偿

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走航ADCP原理解析和实战比测结果研究

甘肃水利水电技术 2024年第06期60卷 6-13+52页

作者：魏林合广东省水文局肇庆水文分局

随着水文现代化建设需要，为探索高标准、高精度和高效率的测验方法，推广使用声学多普勒流速剖面仪（Acoustic Doppler Current Profiler,ADCP）十分必要。目前，国内ADCP核心技术达不到世界领先水平，软件、硬件研发能力不足，阻碍了... 详细信息

随着水文现代化建设需要，为探索高标准、高精度和高效率的测验方法，推广使用声学多普勒流速剖面仪（Acoustic Doppler Current Profiler,ADCP）十分必要。目前，国内ADCP核心技术达不到世界领先水平，软件、硬件研发能力不足，阻碍了国产ADCP的应用。为推广ADCP和正确认识国内外差距，研究采用逆向思维，从ADCP使用者的角度出发，解读了ADCP的工作原理，并在高流速、高沙动底、低流速和感潮等复杂水域，反向研究了多种ADCP的测量精度和可靠性，为国内ADCP研发和技术升级提供真实用户反馈。研究表明：在高沙动底条件下，外接GPS罗经时，国内外多款设备精度可靠；在中低流速下，中海达的设备在精度、灵敏度和稳定性方面虽处于国内先进水平，但是相对进口设备还存在宏观差距，尤其是在低流速领域；国外的软硬件更先进，换能器体积、频率和稳定性均领先国产设备，软件算力、功能和自动化程度也比国产设备出色。经过多次比测总结，把国内外ADCP软硬件和算法上的差距转化为宏观上的数据差异，更直接地展示出各ADCP的实战性能。同时，总结了ADCP应用中的难点问题，为水文测验提供了参照，以全面提升未来的水文测验能力。

关键词： ADCP流量比测声学多普勒效应测量盲区底跟踪 GPS罗经

不稳定流向下走航式ADCP流量测验的判定方法

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不稳定流向下走航式ADCP流量测验的判定方法

持之以恒,久久为功——山东水文局不断推进ADCP应用

第十四届防汛抗旱信息化论坛

作者：周波张亭长江水利委员会水文局

在复杂的水文测验环境下,水流的流向不稳定,走航式ADCP流量测验测回往返误差达不到流量测验规范要求。通过对ADCP测验原理的分析,实测流速来自于水相对船的速度与船相对地的速度矢量和,分析向量间的几何关系,从而得出无论是否有动底,均... 详细信息

在复杂的水文测验环境下,水流的流向不稳定,走航式ADCP流量测验测回往返误差达不到流量测验规范要求。通过对ADCP测验原理的分析,实测流速来自于水相对船的速度与船相对地的速度矢量和,分析向量间的几何关系,从而得出无论是否有动底,均可采用底跟踪的测验方式来判定是否为不稳定流向。进而提出在不稳定流向下无动底、有动底情况下流量测验的判定方法,明确不稳定流向下走航式ADCP测验的往返测流量的取用。该判定方法对防洪、工程调度等关键节点的水文站测报工作有重要意义。

关键词：不稳定流向测回往返误差水跟踪动底底跟踪 GGA

来源： cnki会议评论

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治黄科技信息 2024年第1期 13-13页

作者：李俊江不详

自2008年,山东水文局开始探索推进声学多普勒流速剖面仪(简称ADCP)在黄河下游山东河段的试验应用,并于2016年采用外接GPS技术,成功克服了底跟踪失效的问题。2017年、2018年,黄河山东测区5个干流水文站相继投产使用,走航式ADCP进行流量... 详细信息

自2008年,山东水文局开始探索推进声学多普勒流速剖面仪(简称ADCP)在黄河下游山东河段的试验应用,并于2016年采用外接GPS技术,成功克服了底跟踪失效的问题。2017年、2018年,黄河山东测区5个干流水文站相继投产使用,走航式ADCP进行流量测验正式成为黄河下游山东测区主要的流量测验方式。

关键词：流量测验水文局声学多普勒流速剖面仪 GPS技术黄河山东测区底跟踪山东河段黄河下游

基于GPS的ADCP流速和流量精确确定方法

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中国矿业大学学报 2013年第4期42卷 670-675页

作者：陈志高张红梅赵建虎武汉大学测绘学院湖北武汉430079 测绘遥感信息工程国家重点实验室深圳研发中心广东深圳518057 武汉大学动力与机械学院湖北武汉430072

根据声学多普勒流速剖面仪(ADCP)流速测量原理,提出了一种基于全球定位系统(GPS)的基准替代方法,即首先利用传统ADCP测量得到的绝对流速加上底跟踪船速,从而得到相对于换能器的相对流速;然后借助GPS罗经提供的外部方位数据替代ADCP内置... 详细信息

根据声学多普勒流速剖面仪(ADCP)流速测量原理,提出了一种基于全球定位系统(GPS)的基准替代方法,即首先利用传统ADCP测量得到的绝对流速加上底跟踪船速,从而得到相对于换能器的相对流速;然后借助GPS罗经提供的外部方位数据替代ADCP内置磁罗经数据,并重新计算相对流速;最后利用GPS实时动态定位数据计算的船速替代底跟踪船速基准,进而实现绝对流速的准确计算.实验结果表明:该方法不但增强了ADCP测量的适用性,同时也提高了流速流量测量结果的精度.此外,给出了一种不动底质下ADCP安装偏角的在航探测方法,实现了0.5°的安装偏角探测精度,实验也验证了该方法的正确性和可靠性.

关键词：声学多普勒流速剖面仪磁方位底跟踪全球定位系统流速

GPS与声学多普勒流速剖面仪在“动底”测流中的应用研究

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工程勘察 2011年第5期39卷 70-73页

作者：谢长淮安徽省长江河道管理局测绘院安徽芜湖241002

在高水期和含沙量较大的情况下,用声学多普勒流速剖面仪ADCP(Acoustic Doppler CurrentProfilers)在进行底跟踪测量时会发生偏差。本文引入全球定位系统的定位技术,将两者有机地结合起来,并进行GPS跟踪方式的方向改正,用于"动底"长江流... 详细信息

在高水期和含沙量较大的情况下,用声学多普勒流速剖面仪ADCP(Acoustic Doppler CurrentProfilers)在进行底跟踪测量时会发生偏差。本文引入全球定位系统的定位技术,将两者有机地结合起来,并进行GPS跟踪方式的方向改正,用于"动底"长江流量测验,降低ADCP的底跟踪模式下的测量偏差。

关键词：声学多普勒流速剖面仪全球定位系统底跟踪

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走航ADCP数据处理与质量控制方法研究

海洋通报 2009年第6期28卷 101-105页

作者：杨锦坤相文玺韦广昊纪风颖国家海洋信息中心天津300171

介绍了声学多普勒流速剖面仪(ADCP)测流的基本原理和利用ADCP自带软件进行原始数据处理过程中需要设置的关键参数;着重论述了ADCP数据标准化处理和质量控制方法的研究,并利用实测数据对研究方法进行了验证。结果表明,本文研究的方法针对... 详细信息

介绍了声学多普勒流速剖面仪(ADCP)测流的基本原理和利用ADCP自带软件进行原始数据处理过程中需要设置的关键参数;着重论述了ADCP数据标准化处理和质量控制方法的研究,并利用实测数据对研究方法进行了验证。结果表明,本文研究的方法针对ADCP底跟踪观测数据处理效果良好,并可为GPS跟踪模式下的ADCP数据处理和质量控制提供可行的技术参考。

关键词： ADCP 数据处理质量控制底跟踪 GPS跟踪