ADCP中剖面流速数据处理及误差控制

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声学多普勒流速剖面仪(Acoustic Doppler Current Profiler,简称ADCP)是一种基于水声多普勒原理进行工作的测速声呐设备,在现代水文测验中得到越来越多的应用,对其技术的研究也日益受到人们的关注。在ADCP测量过程中,复杂的水流环境以及测验作业上的误差会给流速数据的质量带来严重影响,如何精确获得剖面流速和流量数据的研究便至关重要。因此本论文将对ADCP流速数据处理过程中遇到的各类误差源进行分析,通过选用和设计合理的算法修正各类误差,进而提高流速流量数据的精度和质量。具体的研究内容如下:首先,对ADCP流速数据处理模块中的数据处理过程进行描述,给出了从多普勒频移数据到断面流量的完整处理流程,详细分析了处理过程中所需要的各种参数。其次,分析了测流过程中对准确性和稳定性等造成影响的误差来源和因素。其中系统误差主要涉及声速计算引入的径向流速误差、载体摇摆引入的误差、ADCP换能器安装偏角引入的误差、盲区和旁瓣导致的顶层和底层流速流量误差;随机误差主要是外界辅助设备(温度传感器、压力传感器、姿态传感器、GPS等)本身的随机误差。详细探讨了各种误差对测流性能的影响。然后,针对各种系统误差,选用和设计合理的修正算法,对其进行补偿,以降低误差对测流性能的影响。仿真实验结果表明,各修正算法有效减小了误差源引入的系统误差,使测流精度显著提高。在以上修正算法的基础上,进一步设计了一套适用于多种误差源的系统误差校准方案,并通过待传输流速数据平均处理降低了随机误差的影响。最后,在以上研究的基础上,将剖面流速数据处理的全过程及其误差校准算法在系统开发板上进行了实时实现。重点阐述了温度传感器和姿态传感器的调试过程和软件设计流程。由于实验条件和项目进展的限制,部分验证了误差修正算法的有效性。
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