水下定位與導(dǎo)航技術(shù)聲學(xué)多普勒測(cè)速技術(shù)概述課件

2023/9/201水下定位與導(dǎo)航技術(shù)第五章 聲學(xué)多普勒測(cè)速技術(shù)5.1引言2023/9/202艦船導(dǎo)航設(shè)備的類(lèi)型無(wú)線(xiàn)電導(dǎo)航設(shè)備，典型的有勞蘭-C系統(tǒng)（定位精度約200米）、系統(tǒng)（精度約1海里）以及臺(tái)卡系統(tǒng)（精度25米）等。衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)定位精度可達(dá)5~10m。慣性導(dǎo)航系統(tǒng)。可長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)工作，但是有累積誤差，其量級(jí)達(dá)到每小時(shí)幾十米。計(jì)算法定位導(dǎo)航設(shè)備機(jī)械式導(dǎo)航設(shè)備：水壓式測(cè)速計(jì)、拖曳式旋轉(zhuǎn)流量計(jì)等。電子式導(dǎo)航設(shè)備：電磁計(jì)程儀、聲多普勒計(jì)程儀和聲相關(guān)計(jì)程儀。5.1引言2023/9/203多普勒現(xiàn)象目標(biāo)與聲源的相對(duì)運(yùn)動(dòng)（相向、相離）聲源和接收一體的情況多普勒速度解算公式艦船的測(cè)速原理、方法測(cè)速誤差產(chǎn)生的原因影響多普勒測(cè)速的主要因素及改進(jìn)方法

各個(gè)測(cè)量誤差對(duì)總誤差的貢獻(xiàn)減小測(cè)速誤差的方法相控陣多普勒測(cè)速技術(shù)多普勒計(jì)程儀在大深度使用時(shí)搖擺問(wèn)題的分析及搖擺補(bǔ)償多普勒測(cè)速聲吶頻率測(cè)量技術(shù)5.2

艦船多普勒測(cè)速原理多普勒效應(yīng)的時(shí)域分析脈沖前沿到達(dá)時(shí)刻設(shè)脈沖經(jīng)目標(biāo)反射回到接收點(diǎn)。的時(shí)間為t1，則目標(biāo)移動(dòng)的距離為因此有因而得到前沿往返時(shí)間為t12023/9/2045.2

艦船多普勒測(cè)速原理多普勒效應(yīng)的時(shí)域分析脈沖后沿到達(dá)時(shí)刻設(shè)發(fā)射脈沖寬度為T(mén)

，則當(dāng)脈沖后沿離開(kāi)換能器表面時(shí)，目標(biāo)已向聲吶靠近了vT。t2。若其往返時(shí)間為t2，在t2時(shí)間內(nèi)目標(biāo)又向聲吶靠近因此有由此得到后沿的往返時(shí)間為2023/9/2055.2

艦船多普勒測(cè)速原理結(jié)論在相向運(yùn)動(dòng)時(shí)，脈沖被壓縮；在相離運(yùn)動(dòng)時(shí)，脈沖被展寬。多普勒效應(yīng)的時(shí)域分析換能器接收到的脈沖寬度前后沿所需往返時(shí)間不同，其差值是無(wú)相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)前后沿到達(dá)的時(shí)間應(yīng)當(dāng)相等，有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，t1-t2變化了多少時(shí)間？因此，接收信號(hào)的脈寬為接收信號(hào)頻率變?yōu)?

T

t1

t2＋T2023/9/206艦船多普勒測(cè)速原理5.2

艦船多普勒測(cè)速原詹納斯理（Janus）配置船與被照射區(qū)的相對(duì)徑向速度為：接收的回波

信號(hào)頻率為：多普勒頻移為：水平速度：2023/9/2075.2

艦船多普勒測(cè)速原理艦船多普勒測(cè)速原理十字形配置和X形配置詹納斯（Janus）配置2023/9/2085.3影響多普勒測(cè)速的主要因素及改進(jìn)方法由解算公式近似引起的誤差船舶搖擺引起的測(cè)速誤差及搖擺補(bǔ)償傳播聲速引起的測(cè)速誤差有限波束寬度的影響噪聲對(duì)頻率測(cè)量的影響安裝角度偏離誤差及其校正2023/9/209由解算公式近似引起的誤差沒(méi)有近似時(shí)的多普勒頻移為一階近似后的多普勒頻移引入的相對(duì)測(cè)速誤差為fT－－發(fā)射頻率

fr－－接收頻率

fd－－多普勒頻移2023/9/2010由解算公式近似引起的誤差沒(méi)有近似時(shí)I號(hào)波束、II號(hào)波束接收的信號(hào)頻率為前后兩波束接收信號(hào)的頻差為一階近似后的多普勒頻移引入的相對(duì)測(cè)速誤差為詹納斯配置2023/9/20115.3影響多普勒測(cè)速的主要因素及改進(jìn)方法2023/9/2012由解算公式近似引起的誤差船舶搖擺引起的測(cè)速誤差及搖擺補(bǔ)償傳播聲速引起的測(cè)速誤差有限波束寬度的影響噪聲對(duì)頻率測(cè)量的影響安裝角度偏離誤差及其校正船舶搖擺引起的測(cè)速誤差及搖擺補(bǔ)償向前的I號(hào)波束測(cè)得的多普勒頻移為向后的II號(hào)波束測(cè)得的多普勒頻移為前后兩波束接收信號(hào)的頻差為在有搖擺和上下起伏時(shí)2023/9/20132023/9/2014船舶搖擺引起的測(cè)速誤差及搖擺補(bǔ)償利用姿態(tài)測(cè)量裝置對(duì)速度進(jìn)行修正相對(duì)頻率測(cè)量誤差無(wú)搖擺時(shí) ，因此當(dāng)vz=0時(shí)，可以解出修正后的速度為在船舶無(wú)搖擺及上下起伏時(shí)前后兩波束接收信號(hào)的頻差為淺水使用時(shí)收發(fā)期間只需測(cè)量一次姿態(tài)角5.3

影響多普勒測(cè)速的主要因素及改

進(jìn)方法2023/9/2015由解算公式近似引起的誤差船舶搖擺引起的測(cè)速誤差及搖擺補(bǔ)償傳播聲速引起的測(cè)速誤差有限波束寬度的影響噪聲對(duì)頻率測(cè)量的影響安裝角度偏離誤差及其校正傳播聲速引起的測(cè)速誤差詹納斯配置的聲速誤差引起的測(cè)速誤差由公式可以看出，聲速有多大的相對(duì)誤差，將引起同樣的測(cè)速誤差（相對(duì)誤差）進(jìn)行聲速補(bǔ)償?shù)姆椒y(cè)量換能器表面處的聲速，計(jì)算速度時(shí)使用現(xiàn)場(chǎng)測(cè)得的聲速。測(cè)量換能器表明的溫度，計(jì)算速度時(shí)使用現(xiàn)場(chǎng)測(cè)得的聲速。是利用專(zhuān)門(mén)的測(cè)量裝置，測(cè)量溫度、鹽度和壓力，再利用聲速計(jì)算公式計(jì)算聲速。由聲速的計(jì)算公式，只要保持 為常數(shù)。由斯乃爾定律可知，分層介質(zhì)中各層聲線(xiàn)的入射俯角與層中的聲速之比為常數(shù)，即因此，只需保持換能器表面附近為常數(shù)，便不會(huì)因其它水層的聲速變化而帶來(lái)聲速誤差。相控陣2023/9/2016導(dǎo)流罩充油，恒溫5.3

影響多普勒測(cè)速的主要因素及改

進(jìn)方法2023/9/2017由解算公式近似引起的誤差船舶搖擺引起的測(cè)速誤差及搖擺補(bǔ)償傳播聲速引起的測(cè)速誤差有限波束寬度的影響（掠射角、束寬、脈寬）噪聲對(duì)頻率測(cè)量的影響安裝角度偏離誤差及其校正有限波束寬度的影響波束寬度－－多普勒頻移擴(kuò)展相對(duì)頻移擴(kuò)展為減小有限波束寬度影響的方法多次獨(dú)立測(cè)量求平均；測(cè)量M次，平均后誤差可降低 倍。取回波信號(hào)中間部分進(jìn)行測(cè)頻α問(wèn)題：波束寬了不好，窄了可以嗎？α小點(diǎn)好嗎？2023/9/2018有限波束寬度的影響波束寬度－－多普勒頻移擴(kuò)展減小束寬波束窄好→頻率擴(kuò)展減小，測(cè)頻精度可以提高，但散射強(qiáng)度TS=RS+10logS

將會(huì)減小，并且束寬Θ=λ/L，或加大陣的尺度，或提高f。掠射角α小多普勒頻偏大，但回波強(qiáng)度下降，信噪比下降。怕?lián)u擺60°左右。脈沖寬度要求兩個(gè)波束邊沿的信號(hào)必須重疊，f才能測(cè)量得準(zhǔn)。但脈沖寬對(duì)系統(tǒng)的功率提出要求。α2023/9/20195.3影響多普勒測(cè)速的主要因素及改進(jìn)方法2023/9/2020由解算公式近似引起的誤差船舶搖擺引起的測(cè)速誤差及搖擺補(bǔ)償傳播聲速引起的測(cè)速誤差有限波束寬度的影響噪聲對(duì)頻率測(cè)量的影響安裝角度偏離誤差及其校正噪聲對(duì)頻率測(cè)量的影響過(guò)零檢測(cè)法—測(cè)量N次過(guò)零的時(shí)間計(jì)算回波頻率。

設(shè)N個(gè)過(guò)零點(diǎn)總測(cè)量時(shí)間為T(mén)多普勒頻率時(shí)間T的測(cè)量誤差與多普勒頻率測(cè)量誤差的關(guān)系為由多普勒頻率與速度的關(guān)系可得速度測(cè)量誤差與測(cè)頻誤差的關(guān)系2023/9/2021時(shí)間測(cè)量誤差與速度測(cè)量誤差的關(guān)系在一定的測(cè)速誤差下，允許的一個(gè)周期的時(shí)間測(cè)量誤差應(yīng)為當(dāng)采用詹納斯配置時(shí)，兩個(gè)波束獨(dú)立測(cè)量頻率。2023/9/2022例如，當(dāng)N=32，cosα＝0.5，要求測(cè)速誤差為，允許的一個(gè)周期內(nèi)的相對(duì)時(shí)間測(cè)量誤差為測(cè)速精度對(duì)信噪比對(duì)的要求2023/9/20235.3影響多普勒測(cè)速的主要因素及改進(jìn)方法2023/9/2024由解算公式近似引起的誤差船舶搖擺引起的測(cè)速誤差及搖擺補(bǔ)償傳播聲速引起的測(cè)速誤差有限波束寬度的影響噪聲對(duì)頻率測(cè)量的影響安裝角度偏離誤差及其校正安裝角度偏離誤差及其校正

基陣安裝誤差帶來(lái)的系統(tǒng)誤差，可通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)速進(jìn)行校正。由幾何關(guān)系有兩個(gè)速度之間的關(guān)系

安裝角度與船的首尾線(xiàn)的幾何關(guān)系由多普勒測(cè)速儀可以得到的速度值為2023/9/2025安裝角度偏離誤差及其校正校準(zhǔn)方法安裝偏移角的校正，可在海上進(jìn)行。船保持直線(xiàn)航行一段距離，例如幾海里，在航速達(dá)到穩(wěn)定后利用差分GPS測(cè)量起止點(diǎn)的船位，根據(jù)航行時(shí)間得到船的平均速度vx、vy。利用船上的高精度羅徑得到的航向，算得船坐標(biāo)系的兩個(gè)速度分量vx、vy。在速度穩(wěn)定航段中，利用多普勒計(jì)程儀測(cè)得的兩個(gè)速度分量同樣也取平均值v’x、v’y.計(jì)算安裝偏移角2023/9/2026安裝角度偏離誤差及其校正校準(zhǔn)方法

安裝偏移角修正后的速度對(duì)于水平波束X形配置，有2023/9/20275.3

影響多普勒測(cè)速的主要因素及改

進(jìn)方法2023/9/2028由解算公式近似引起的誤差一階近似誤差---采用雙波束船舶搖擺引起的測(cè)速誤差及搖擺補(bǔ)償搖擺誤差---進(jìn)行搖擺補(bǔ)償傳播聲速引起的測(cè)速誤差聲速誤差---聲速補(bǔ)償有限波束寬度的影響有限束寬（頻率擴(kuò)展）---窄波束、大俯角噪聲對(duì)頻率測(cè)量的影響噪聲---提高信號(hào)/噪聲比安裝角度偏離誤差及其校正只要保證補(bǔ)償相移不隨聲速變化而變即可。5.4

相控陣多普勒測(cè)速技術(shù)隨c變?？紤]采用多元陣波束可控在大深度工作時(shí)由于要降低工作頻率，要保持相當(dāng)窄的收/發(fā)波束，基陣尺寸必須加大。采用詹納斯配置需要4個(gè)陣元，因此尺寸很大，需要減小尺寸。相控陣聲速自動(dòng)補(bǔ)償原理單波束情況下的速度測(cè)量公式為問(wèn)題是如何保證＝常數(shù)采用4個(gè)陣元，構(gòu)成的換能器陣，α是固定的，不能2023/9/20295.4

相控陣多普勒測(cè)速技術(shù)相控陣聲速自動(dòng)補(bǔ)償原理單波束情況下的速度測(cè)量公式為設(shè)多元直線(xiàn)陣，陣元間距為d，信號(hào)的入射方向：θ相鄰陣元的相位差為只要保持ф不變2023/9/20305.4

相控陣多普勒測(cè)速技術(shù)相控陣聲速自動(dòng)補(bǔ)償原理當(dāng)采用詹納斯配置時(shí)結(jié)論：只要兩兩陣元之間補(bǔ)償?shù)南嘁票３植蛔儯d體速度只與兩個(gè)波束回波頻率之差（多普勒頻率）及陣元間距有關(guān)，與聲速無(wú)關(guān)。按照這樣的要求構(gòu)成的陣稱(chēng)為相控陣。采用詹納斯配置α是固定的，ф不能固定，隨c改變。注意：ф固定

α隨c改變。2023/9/20315.4

相控陣多普勒測(cè)速技術(shù)2023/9/2032相控陣布陣及相控收發(fā)的實(shí)現(xiàn)直線(xiàn)陣的指向性復(fù)習(xí)復(fù)合陣的指向性相控陣的指向性相控收發(fā)的實(shí)現(xiàn)方法5.4

相控陣多普勒測(cè)速技術(shù)相控陣布陣及相控收發(fā)的實(shí)現(xiàn)直線(xiàn)陣地指向性復(fù)習(xí)自然指向性為兩兩陣元間接收信號(hào)的相位差2023/9/20335.4

相控陣多普勒測(cè)速技術(shù)現(xiàn)相控陣布陣及相控收發(fā)的實(shí)直線(xiàn)陣地指向性復(fù)習(xí)自然指向性圖為指向性零點(diǎn)方向滿(mǎn)足12023/9/20345.4

相控陣多普勒測(cè)速技術(shù)相控陣布陣及相控收發(fā)的實(shí)現(xiàn)直線(xiàn)陣地指向性復(fù)習(xí)自然指向性圖為指向性零點(diǎn)方向滿(mǎn)足旁瓣位置應(yīng)滿(mǎn)足2023/9/20355.4

相控陣多普勒測(cè)速技術(shù)相控陣布陣及相控收發(fā)的實(shí)現(xiàn)直線(xiàn)陣地指向性復(fù)習(xí)自然指向性圖為指向性零點(diǎn)方向滿(mǎn)足旁瓣位置應(yīng)滿(mǎn)足柵瓣位置滿(mǎn)足2023/9/20365.4

相控陣多普勒測(cè)速技術(shù)相控陣布陣及相控收發(fā)的實(shí)現(xiàn)直線(xiàn)陣地指向性復(fù)習(xí)當(dāng)在相鄰陣元間補(bǔ)償相位時(shí)，指向性函數(shù)為主極大方向柵瓣方向2023/9/20375.4

相控陣多普勒測(cè)速技術(shù)相控陣布陣及相控收發(fā)的實(shí)現(xiàn)復(fù)合陣的指向性復(fù)合陣的基本原理指的是，一個(gè)多元陣可分解為幾個(gè)相同的子陣，該多元陣的指向性等于這樣兩個(gè)指向性的乘積：一個(gè)子陣的指向性，以及位于這些子陣聲學(xué)中心的無(wú)指向性陣元構(gòu)成的陣的指向性。例如一個(gè)多元陣分成兩個(gè)子陣，子陣1和子陣2，2個(gè)子陣的指向性為 ；將子陣看成一個(gè)無(wú)方向性的基元，2個(gè)基元構(gòu)成的2元陣的指向性為 ；則總指向性為。2023/9/20385.4

相控陣多普勒測(cè)速技術(shù)第三級(jí)有4個(gè)子陣，每個(gè)子陣是N/4元陣，各陣元之間用導(dǎo)線(xiàn)連接。陣元間距D3＝4d，陣長(zhǎng)L3=L總-3d第二級(jí)有2個(gè)子陣，每個(gè)由2個(gè)陣元組成，陣元間距D2

＝2d第一級(jí)由2個(gè)陣元組成，陣元間距D1

＝d子陣

1

2

3

4相控陣布陣及相控收發(fā)的實(shí)現(xiàn)相控陣及其指向性（等間距直線(xiàn)陣分解）設(shè)直線(xiàn)陣由N個(gè)（可被4整除）靈敏度相同，間距為d的陣元組成?！?023/9/20395.4

相控陣多普勒測(cè)速技術(shù)，相控陣布陣及相控收發(fā)的實(shí)現(xiàn)相控陣及指向性第一級(jí)2元陣的指向性為零點(diǎn)位置為第二級(jí)2元陣的指向性為，零點(diǎn)位置為第三級(jí)子陣的指向性為，第一柵瓣的位置為總陣的自然指向性為D1

＝dD2

＝2dD3＝4d2023/9/2040自然指向性第一級(jí)零點(diǎn)位置第二級(jí)零點(diǎn)位置第三級(jí)副極大值位置合成指向性自然指向性2023/9/20415.4

相控陣多普勒測(cè)速技術(shù)2023/9/2042相控陣布陣及相控收發(fā)的實(shí)現(xiàn)相控收發(fā)的實(shí)現(xiàn)方法實(shí)現(xiàn)相控發(fā)射的方法自然指向性第一級(jí)零點(diǎn)位置第二級(jí)零點(diǎn)位置第三級(jí)副極大值位置合成指向性相控發(fā)射指向性2023/9/2043自然指向性零點(diǎn)位置零點(diǎn)位置副極大值位置合成指向性自然指向性相控發(fā)射指向性2023/9/20445.4

相控陣多普勒測(cè)速技術(shù)相控陣布陣及相控收發(fā)的實(shí)現(xiàn)4）相控收發(fā)的實(shí)現(xiàn)方法實(shí)現(xiàn)相控發(fā)射的方法對(duì)第二級(jí)的兩個(gè)子陣進(jìn)行相控，子陣間距為2d。主極大應(yīng)從控制到位置 ，子陣3、子陣4需補(bǔ)償?shù)南嘁茷榈谌?jí)第二級(jí)第一級(jí)子陣

1

2

3

4陣元

1

2相位補(bǔ)償后主極大方向移到2023/9/20455.4

相控陣多普勒測(cè)速技術(shù)2023/9/2046相控陣布陣及相控收發(fā)的實(shí)現(xiàn)相控收發(fā)的實(shí)現(xiàn)方法實(shí)現(xiàn)相控發(fā)射的方法實(shí)現(xiàn)相控接收的方法自然指向性第一級(jí)零點(diǎn)位置第二級(jí)零點(diǎn)位置第三級(jí)副極大值位置合成指向性相控接收指向性（左波束）2023/9/2047自然指向性第一級(jí)零點(diǎn)位置第二級(jí)零點(diǎn)位置第三級(jí)副極大值位置合成指向性相控接收指向性（右波束）2023/9/2448實(shí)現(xiàn)相控接收的方法相控接收（左波束）2023/9/2449相控接收（右波束）5.4

相控陣多普勒測(cè)速技術(shù)4）相控收發(fā)的實(shí)現(xiàn)方法實(shí)現(xiàn)相控接收的方法對(duì)第二級(jí)的兩個(gè)子陣進(jìn)行相控，子陣間距為2d。主極大應(yīng)從控制到位置 ，子陣3、子陣4需補(bǔ)償?shù)南嘁茷閷⒌谝患?jí)二元陣的主極大值方向控制到的位置，陣元2（由子陣2和子陣4構(gòu)成）需補(bǔ)償?shù)南嘁茷榈谌?jí)2023/9/2450第二級(jí)第一級(jí)子陣

1

2

3

4相控陣布陣及相控收發(fā)的實(shí)現(xiàn)陣元

1

2右波束5.4

相控陣多普勒測(cè)速技術(shù)4）相控收發(fā)的實(shí)現(xiàn)方法實(shí)現(xiàn)相控接收的方法第二級(jí)：子陣3、子陣4需補(bǔ)償?shù)南嘁痞?，子?和子陣2不補(bǔ)償；第一級(jí)：陣元2（由子陣2和子陣4構(gòu)成）需補(bǔ)償?shù)南嘁痞?2，陣元1不補(bǔ)償。第三級(jí)第二級(jí)第一級(jí)陣元

1

22023/9/2451子陣

1

2

3

4相控陣布陣及相控收發(fā)的實(shí)現(xiàn)對(duì)應(yīng)于右發(fā)射波束實(shí)測(cè)相控陣指向總陣指向性2023/9/2452相控后的指向性5.4

相控陣多普勒測(cè)速技術(shù)2023/9/2453相控陣收發(fā)的優(yōu)點(diǎn)聲速能自動(dòng)補(bǔ)償基陣體積小相控陣只用一個(gè)多元平面陣，成陣后的總面積約為常規(guī)法基陣面積的1/6。便于安裝相控陣是圓形平面陣，可以與載體“共形”。波束一致性好它只用一個(gè)多元平面陣，通過(guò)相控形成4個(gè)波束，各個(gè)波束的指向性、波束寬度是一致的。美國(guó)RD300常規(guī)美國(guó)RD150相控2023/9/24545.5

多普勒計(jì)程儀在大深度使用時(shí)搖擺問(wèn)題的分析及搖擺補(bǔ)償2023/9/2455搖擺分析搖擺補(bǔ)償5.5

多普勒計(jì)程儀在大深度使用時(shí)搖

擺問(wèn)題的分析及搖擺補(bǔ)償2023/9/2456搖擺分析多普勒測(cè)速聲吶在大深度使用時(shí)應(yīng)考慮的問(wèn)題：深度↑→工作頻率↓→基陣尺寸↑會(huì)出現(xiàn)與海底“失去接觸”的情況例如：深度＝300m，往返時(shí)間≈400ms，搖擺周期T＝幾秒～十幾秒，因此，不會(huì)發(fā)生失去接觸的問(wèn)題。在大深度時(shí)，則會(huì)出現(xiàn)“失去接觸”的情況。如深度＝1000m，往返時(shí)間≈1.33s，若搖擺周期為

T=2.5s，可能發(fā)生失去接觸的問(wèn)題。5.5

多普勒計(jì)程儀在大深度使用時(shí)搖擺問(wèn)題的分析及搖擺補(bǔ)償不失去海底接觸的條件信號(hào)往返時(shí)間載體的搖擺角搖擺角的速度為2023/9/24571)最壞的情況：載體以最大角速度搖擺。

用最大擺速計(jì)算，信號(hào)往返時(shí)間內(nèi)波束指向性變化應(yīng)小于波束寬度的一半（滿(mǎn)足不失去接觸的條件）。例如：在搖擺周期

T＝25s，

搖擺角βm＝3°，θ＝23°，

Θ＝3.3°時(shí)，有H≤1510m。

當(dāng)T＝10s，有H≤604m。2)在信號(hào)往返時(shí)間內(nèi)，載體的搖擺角達(dá)到最大

當(dāng)載體水平時(shí)，認(rèn)為是信號(hào)發(fā)射時(shí)刻，當(dāng)t＝tp時(shí)，搖擺角為在上述條件下H≤1600m2023/9/2458H≤1700m3)一般的情況：在tj時(shí)刻發(fā)射，信號(hào)接收時(shí)刻為tr，同時(shí)海底有傾斜。

設(shè)某波束第j次發(fā)射時(shí)的搖擺角度為第j個(gè)回波到達(dá)接收點(diǎn)并開(kāi)始測(cè)頻時(shí)的搖擺角為回波不失去接觸的條件設(shè)發(fā)射次Nt，Nr次接收到回波。則回波接觸比為2023/9/2459海底有斜坡，有搖擺時(shí)，左右（或前后）波束的回波時(shí)間差①假定載體速度不大，在收發(fā)時(shí)間內(nèi)可認(rèn)為水平移動(dòng)距離與海深相比甚小。因此，可在同一測(cè)量點(diǎn)分析載體搖擺時(shí)的信號(hào)傳播時(shí)間。②當(dāng)載體速度較大時(shí)，還應(yīng)考慮由此引起的波束不能接觸的問(wèn)題。2023/9/2460距離門(mén)的設(shè)定問(wèn)題Ι號(hào)波束、II號(hào)波束到海底的斜距為當(dāng)載體有搖擺角β時(shí)海底有斜坡，有搖擺時(shí)，左右（或前后）波束的回波時(shí)間差思路：只要知道距離差便可知道兩個(gè)波束的回波時(shí)間差?！鰽BC和△AB’C’相似2023/9/2461按照前面分析的第一種情況，設(shè)信號(hào)發(fā)射時(shí)刻載體處于水平狀態(tài)，則接收時(shí)刻載體搖擺角的最大值為Ι號(hào)波束、II號(hào)波束回波到達(dá)接收點(diǎn)的距離與標(biāo)稱(chēng)距離之差分別為I號(hào)波束和II號(hào)波束回波到達(dá)時(shí)間差為2023/9/24625.5

多普勒計(jì)程儀在大深度使用時(shí)搖

擺問(wèn)題的分析及搖擺補(bǔ)償搖擺補(bǔ)償在搖擺角未知（沒(méi)有姿態(tài)儀）的情況下，如何對(duì)測(cè)量的船速進(jìn)行搖擺修正。利用5.3節(jié)學(xué)過(guò)的內(nèi)容用兩個(gè)波束頻率之差和頻率之和兩者來(lái)計(jì)算速度，以得到更高的速度精度。2023/9/2463用兩個(gè)波束頻率之差和頻率之和計(jì)算速度由此可得用兩個(gè)波束的

頻率之差和頻率之

和兩者來(lái)計(jì)算速度，可以得到更高的速

度精度。2023/9/2464搖擺角的計(jì)算注意到前向波束和后向波束總是一個(gè)正的頻移，一2023/9/2465個(gè)負(fù)的頻移，即fdI與fdII總是反號(hào)，記可以利用多普勒計(jì)程儀本身測(cè)出的的兩個(gè)多普勒頻率來(lái)計(jì)算搖擺角，并由此進(jìn)行速度修正。5.6

多普勒測(cè)速聲吶的頻率測(cè)量2023/9/2466過(guò)零點(diǎn)頻率測(cè)量方法基本思想：指定時(shí)間內(nèi)記錄過(guò)零點(diǎn)的數(shù)目采用計(jì)數(shù)器直接記錄過(guò)零點(diǎn)個(gè)數(shù)數(shù)字式過(guò)零頻率測(cè)量技術(shù)復(fù)互相關(guān)頻率測(cè)量方法5.6

多普勒測(cè)速聲吶的頻率測(cè)量過(guò)零點(diǎn)頻率測(cè)量方法雙計(jì)數(shù)器頻率測(cè)量方法規(guī)定的f0一般需為幾MHz～幾十MHz2023/9/2467數(shù)字式過(guò)零點(diǎn)頻率測(cè)量方法

方法①

先對(duì)信號(hào)進(jìn)行濾波、放大、及限幅處理。② 以采樣頻率fs對(duì)信號(hào)采樣，判斷并記錄剛過(guò)零的2個(gè)相鄰周期的采樣時(shí)刻，以及過(guò)零前的兩個(gè)采樣時(shí)刻；③ 利用線(xiàn)性插值或余弦插值法計(jì)算2個(gè)零點(diǎn)地位置；④ 記錄第一次和第N次過(guò)零的估計(jì)時(shí)間，以降低估計(jì)誤差（將兩次估計(jì)的誤差平均到N－1個(gè)周期）；⑤

計(jì)算誤差。設(shè)輸入信號(hào)的離散形式為被測(cè)頻率采樣頻率2023/9/2468數(shù)字式過(guò)零點(diǎn)頻率測(cè)量方法正弦信號(hào)的周期估計(jì)值為頻率估計(jì)方法tz(n)tz(n-1)2023/9/2469誤差的性質(zhì)設(shè)信號(hào)的實(shí)際周期為T(mén)0，從