[發(fā)明專利]一種用于聲學(xué)多普勒流速剖面儀的流場(chǎng)數(shù)據(jù)校正方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410837758.0
• 申請(qǐng)日: 2014-12-29
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN104502633B
• 公開(kāi)（公告）日: 2018-04-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 方世良;周翠翠;韓寧;徐鵬飛
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 南京世海聲學(xué)科技有限公司
• 主分類號(hào): G01P21/02
• 分類號(hào): G01P21/02
• 代理公司: 南京經(jīng)緯專利商標(biāo)代理有限公司32200
• 代理人: 奚幼堅(jiān)

1.一種用于聲學(xué)多普勒流速剖面儀的流場(chǎng)數(shù)據(jù)校正方法，聲學(xué)多普勒流速剖面儀采用聲波換能器作為傳感器，其發(fā)射的聲波脈沖通過(guò)水體中不同深度單元層的散射體產(chǎn)生散射回波，由聲波換能器接收后，經(jīng)分析處理獲取徑向水流速度，其特征在于：

采用多層流速擬合的流場(chǎng)數(shù)據(jù)校正方法，以減小多普勒流速剖面儀在測(cè)流過(guò)程中存在的流速誤差，對(duì)各波束的徑向流速數(shù)據(jù)進(jìn)行野值剔除，進(jìn)行多項(xiàng)式擬合，既排除徑向流速的異常值，也平滑徑向流速隨深度的變化曲線，并由此進(jìn)一步獲取較為準(zhǔn)確的儀器坐標(biāo)系下的流速信息，包括以下步驟：

(1)根據(jù)回波信號(hào)處理得到第j個(gè)波束的各層多普勒頻移信息，由于多普勒流速剖面儀具備不同換能器陣型結(jié)構(gòu)，為了得到空間三維流速，多普勒流速剖面儀至少要有3個(gè)不在同一平面的波束，假設(shè)換能器有M個(gè)波束，則j＝1,2,…,M,M≥3，第j個(gè)波束的第i層多普勒頻移信息用f_j[i]表示，i＝1，2，…N,其中N為PC機(jī)顯控界面在實(shí)驗(yàn)測(cè)量前進(jìn)行設(shè)置的總層數(shù)，利用計(jì)算得到第j個(gè)波束的第i層徑向流速信息，其中V_j[i]表示第j個(gè)波束的第i層的徑向流速，C為聲音在水中的傳播速度，f₀為發(fā)射脈沖的頻率；

(2)根據(jù)水流環(huán)境估算徑向流速的范圍-f_max～f_max，其中f_max為估測(cè)的最大徑向流速，并根據(jù)該徑向流速范圍對(duì)各波束的徑向流速進(jìn)行野值剔除，即對(duì)于V_j[i],i＝1,2,…N,j＝1,2,…,M中不在徑向流速范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)進(jìn)行剔除，假設(shè)第j個(gè)波束剔除數(shù)據(jù)為其第l個(gè)深度單元層對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)V_j[l]；

(3)采用擬合曲線：V_j＝a₀+a₁h+…+a_Kh^K，其中V_j為h的函數(shù)，a_i為未知參數(shù)，i＝1，2…K，K為擬合曲線的未知階數(shù)，選取計(jì)算量與擬合誤差均較小所對(duì)應(yīng)的階數(shù)K；

(4)對(duì)已剔除過(guò)野值的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)(h[i],V_j[i])，進(jìn)行K階擬合得系數(shù)a_i，其中且i≠l，H₀為第一個(gè)深度單元層的深度，H為ADCP實(shí)際測(cè)量區(qū)域的深度，以此獲得第j個(gè)波束的徑向流速V_j隨深度h的變化的曲線；

(5)將h[i]代入徑向流速隨深度的變化曲線，求出h[i]對(duì)應(yīng)的擬合后徑向流速信息V′_j[i]；

(6)根據(jù)擬合后得到的M個(gè)波束方向上的徑向流速，這M個(gè)徑向流速是空間流速在波束方向上的流速分量，令V_x[i]，V_y[i]，V_z[i]分別為空間儀器坐標(biāo)下X，Y，Z方向的流速，每個(gè)波束的徑向流速V_j[i]就可以根據(jù)換能器相應(yīng)配置的幾何關(guān)系用V_x[i]，V_y[i]，V_z[i]表示，得到關(guān)于V_x[i]，V_y[i]，V_z[i]的M個(gè)方程，M＝3時(shí)，方程的解即為儀器坐標(biāo)系下XYZ方向上的流速，M＞3時(shí)，求出此超定方程的最小二乘解，得到儀器坐標(biāo)系下XYZ方向流速。