声学多普勒测速技术

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1、水下定位与导航技术第五章声学多普勒测速技术10/7/202115.1引言舰船导航设备的类型无线电导航设备，典型的有劳兰-C系统（定位精度约200米）、系统（精度约1海里）以及台卡系统（精度25米）等。卫星导航系统，全球卫星导航系统定位精度可达5~10m。惯性导航系统。可长时间连续工作，但是有累积误差，其量级达到每小时几十米。计算法定位导航设备机械式导航设备：水压式测速计、拖曳式旋转流量计等。电子式导航设备：电磁计程仪、声多普勒计程仪和声相关计程仪。25.1引言多普勒现象目标与声源的相对运动（相向、相离）声源和接收一体的情况多普勒速度解算公式舰船的测速原理、方法测速误差产生的原因影响多

2、普勒测速的主要因素及改进方法各个测量误差对总误差的贡献减小测速误差的方法相控阵多普勒测速技术多普勒计程仪在大深度使用时摇摆问题的分析及摇摆补偿多普勒测速声呐频率测量技术35.2舰船多普勒测速原理多普勒效应的时域分析脉冲前沿到达时刻设脉冲经目标反射回到接收点的时间为t1，则目标移动的距离为。因此有因而得到前沿往返时间为t145.2舰船多普勒测速原理多普勒效应的时域分析脉冲后沿到达时刻设发射脉冲宽度为T，则当脉冲后沿离开换能器表面时，目标已向声呐靠近了vT。t2若其往返时间为t2，在t2时间内目标又向声呐靠近。因此有由此得到后沿的往返时间为55.2舰船多普勒测速原理多普勒效应的时域分析换

3、能器接收到的脉冲宽度前后沿所需往返时间不同，其差值是因此，接收信号的脉宽为接收信号频率变为结论在相向运动时，脉冲被压缩；在相离运动时，脉冲被展宽。无相对运动时前后沿到达的时间应当相等，有相对运动，t1-t2变化了多少时间？0Tt1t2＋T65.2舰船多普勒测速原理舰船多普勒测速原理詹纳斯（Janus）配置船与被照射区的相对径向速度为：接收的回波信号频率为：多普勒频移为：水平速度：75.2舰船多普勒测速原理舰船多普勒测速原理十字形配置和X形配置詹纳斯（Janus）配置85.3影响多普勒测速的主要因素及改进方法由解算公式近似引起的误差船舶摇摆引起的测速误差及摇摆补偿传播声速引起的测速误差

4、有限波束宽度的影响噪声对频率测量的影响安装角度偏离误差及其校正9由解算公式近似引起的误差没有近似时的多普勒频移为一阶近似后的多普勒频移引入的相对测速误差为fT－－发射频率fr－－接收频率fd－－多普勒频移10由解算公式近似引起的误差没有近似时I号波束、II号波束接收的信号频率为前后两波束接收信号的频差为一阶近似后的多普勒频移引入的相对测速误差为詹纳斯配置115.3影响多普勒测速的主要因素及改进方法由解算公式近似引起的误差船舶摇摆引起的测速误差及摇摆补偿传播声速引起的测速误差有限波束宽度的影响噪声对频率测量的影响安装角度偏离误差及其校正12船舶摇摆引起的测速误差及摇摆补偿向前的I号波束

5、测得的多普勒频移为向后的II号波束测得的多普勒频移为前后两波束接收信号的频差为在有摇摆和上下起伏时13船舶摇摆引起的测速误差及摇摆补偿利用姿态测量装置对速度进行修正前后两波束接收信号的频差为相对频率测量误差无摇摆时，因此当vz=0时，可以解出修正后的速度为在船舶无摇摆及上下起伏时浅水使用时收发期间只需测量一次姿态角145.3影响多普勒测速的主要因素及改进方法由解算公式近似引起的误差船舶摇摆引起的测速误差及摇摆补偿传播声速引起的测速误差有限波束宽度的影响噪声对频率测量的影响安装角度偏离误差及其校正15传播声速引起的测速误差詹纳斯配置的声速误差引起的测速误差由公式可以看出，声速有多大的相

6、对误差，将引起同样的测速误差（相对误差）进行声速补偿的方法测量换能器表面处的声速，计算速度时使用现场测得的声速。测量换能器表明的温度，计算速度时使用现场测得的声速。是利用专门的测量装置，测量温度、盐度和压力，再利用声速计算公式计算声速。由声速的计算公式，只要保持为常数。由斯乃尔定律可知，分层介质中各层声线的入射俯角与层中的声速之比为常数，即因此，只需保持换能器表面附近为常数，便不会因其它水层的声速变化而带来声速误差。相控阵导流罩充油，恒温165.3影响多普勒测速的主要因素及改进方法由解算公式近似引起的误差船舶摇摆引起的测速误差及摇摆补偿传播声速引起的测速误差有限波束宽度的影响（掠射角

7、、束宽、脉宽）噪声对频率测量的影响安装角度偏离误差及其校正17有限波束宽度的影响波束宽度－－多普勒频移扩展相对频移扩展为减小有限波束宽度影响的方法多次独立测量求平均；测量M次，平均后误差可降低倍。取回波信号中间部分进行测频α问题：1）波束宽了不好，窄了可以吗？2）α小点好吗？18有限波束宽度的影响波束宽度－－多普勒频移扩展减小束宽波束窄好→频率扩展减小，测频精度可以提高，但散射强度TS=RS+10logS将会减小，并且束宽Θ=λ/L，或加大阵的尺度，或提高