沿海声层析仪的设计与实现

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1、万方数据第3l卷第1期2010年1月哈尔滨工程大学学报JournalofHarbinEngineeringUniversityV01．31No．1Jan．2010doi：10．3969／j．issn．1006—7043．2010．01．011沿海声层析仪的设计与实现朱小华，郑红，廖光洪，梁楚进(国家海洋局g--海洋研究所卫星海洋环境动力学国家重点实验室，浙江杭州310012)摘要：为解决在对沿海海流进行大面积连续观测中受到活跃的渔业活动和繁忙的海上交通的限制，设计研制了一对沿海声层析仪样机．该仪器采用了M序列调制信号，利用GPS时钟进行异地时间同步，完成水下信号的发射和接收，实现双向声传播时

2、间的精确测鼍．仪器设计工作频率为3-7．5kHz，异地时间同步精度达0．5炉．实验室调试的接收信号峰值明显，信噪比最大达25．7dB．关键词：沿海声层析；声传播时间；流速；GPS；M序列中图分类号：TP241．3文献标识码：A文章编号：1006-7043(2010)Ol-0064-05DesignandimplementationofcoastalacoustictomographyZHUXiao-hua，ZHENGhong，LIAOGuang—hong，LIANGChu-jin(StateKeyLaboratoryofSatelliteOceanEnvironmentDynamics，Se

3、condInstituteofOceanography，StateOceanicAdministration，Hangzhou310012，China)Abstract：IInordertomakeabreakthroughallowingcontinuousmonitoringofcurrentfieldsincoastalseaswithoutdisturbingshippingtrafficandfishingactivities，thecoastalacoustictomography(CAT)systemwa$developed．TheCATsystemwasdesignedtot

4、ransmitandreceivesoundsignalssimultaneously，accuratelymeasuringacoustictraveltimebetweenseparatedstationsusingtheM-sequencesoundsignalandaGPSclock．TheoperatingfrequencyoftheCATsystemWassetat3～7．5kHz，andtheaccuracyoftheclockat0．5斗s．Aprominentpeakinthesignal—to—noiseratiowasobtainedduringlabtests，wit

5、hthemaximumsignal—to-noiseratioreaching25．7dB．Keywords：coastalacoustictomography；acoustictraveltime；currentvelocity；GPS；M-sequence海洋声层析是20世纪70年代末由Munk和Wunsch提出⋯，而后海洋声层析作为一种遥测海洋内部结构变化先进高效的监测技术得到了较快的发展‘2

6、．沿海海域因受到地形及船舶航行等各种噪声的干扰，运用声学进行海洋观测的难度较大．沿海声层析(coastalacoustictomography，CAT)技术主要应用于海湾、港口和海峡等的流场和温

7、度场监测．在这些海域，渔业活动活跃，海上交通频繁．因此，对CAT仪研发提出了更高要求：1)CAT观测的空间范围较收稿日期：2009-02-10．基金项目：固家863汁划资助项日(2006AA092102)；国家自然科学基金资助项目(40706017)；浙江省钱江人才计划资助项目(2007R10035)；陶家海洋局第二海洋研究所基本科研业务费专项资助项目(yro903)．作者简介：朱小华(1963-)。男，研究员，博士，E．mail：xhzhu001@ya-boo．tom．ca．小，一般仅几公里到几十公里，需要极高的传播时间测量精度．2)近海环境噪声远大于深海，要求CAT仪具有很强的抗噪声能力

8、．3)近海海洋过程的时空尺度更短更小，对其监测需要更高的时空分辨率．CAT技术研究起步比外洋声层析研究晚口j，CAT技术的研发真正始于20世纪90年代MJ，目前国际上运用CAT对近海流场观测技术发展较快．日本广岛大学开发的沿海声层析仪应用了M序列伪随机码扩频技术和GPS异地时间同步技术，进行了多次沿海声层析实验，取得了较好的结果．但其沿海声层析仪的核心控制部分使用了日本产的微机，难免有功耗大和运行速度慢的缺点