【技術實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術涉及時差式海流計，尤其涉及一種提高萬米深海時差式海流計精度的計算方法。
技術介紹
1、現(xiàn)有的超聲時差海流計是通過兩對正交的水下超聲傳感器構(gòu)成儀器坐標系，然后分別測出水流在儀器坐標系上的分量再將分量通過矢量合成的方法計算得出流速。時差式海流計的優(yōu)點是測量精度高，不依賴反射體。然而，現(xiàn)有的時差式海流計存在的問題：1、兩對正交的水下超聲傳感器中間固定軸產(chǎn)生的擾流會對流速測量產(chǎn)生擾動，從而影響流速測量的精度。目前使用的矢量合成法和速度剔除算法都沒有解決這個問題。2、微小時差計算精度受限于當時的技術發(fā)展水平，只能夠進行微秒級的時差計算，傳播時間計算存在誤差。3、現(xiàn)有的時差海流計工作環(huán)境設計在最深海底6000米處，對于海深10000米的水深無法進行流速的測量。
技術實現(xiàn)思路
1、鑒于此，本專利技術的目的在于提供一種提高萬米深海時差式海流計精度的計算方法，考慮到兩對正交的水下超聲傳感器中間固定軸產(chǎn)生的擾流對流速測量的影響，修正測量流速的誤差，增加微小時差下的計算精度。
2、為實現(xiàn)上述專利技術目的，本專利技術提供一種提高萬米深海時差式海流計精度的計算方法，所述方法包括：
3、s1、設置測試距離，分別使用時差采集芯片gp22和高速采樣芯片ad9833進行聲信號時延采樣，并將采集到的兩組聲信號時延進行加和運算，得到聲信號傳輸?shù)耐暾麜r延信息；
4、s2、基于完整時延信息和設置的測試距離，得到現(xiàn)場時差式海流計正對海流方向的四個軸速度測量數(shù)據(jù)v1、v2、v3、v
5、s3、基于儀器空間坐標系，將軸速度v1、v2、v3、v4從標量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)為矢量數(shù)據(jù)，并基于空間坐標系中的矢量關系，分解得到空間坐標系中x軸、y軸、z軸上的速度vx、vy、vz；
6、s4、基于s3中的vx、vy、vz，得到初始合成流速v*；
7、s5、建立納維斯托克斯方程求解的正方體模型；
8、s6、將s4計算的初始合成流速v*引入正方體模型中進行求解，得到受到擾動流速影響的軸速度的模擬值v*3；
9、s7、將受到擾動流速影響的軸速度的模擬值v*3，與受到擾動流速影響的軸速度的測量值v3進行比較，得到速度差；
10、s8、基于速度差，修正空間坐標系下x軸、y軸、z軸的速度。
11、需要說明的是，s1的具體步驟為：
12、s11、使用ad9833進行聲信號時延采樣，得到ad9833采集到的聲信號半周期時延，其中，求解ad9833采集到的聲信號半周期時延的具體公式為：
13、
14、其中，t1為ad9833采集聲信號的時間周期，τ為時延信息，x(t)為經(jīng)ad9833采樣得到的發(fā)射信號，y(t)為經(jīng)ad9833采樣得到的接收信號，rxy(τ)為x(t)和y(t)的互相關函數(shù)；
15、s12、使用gp22進行聲信號時延采樣，得到gp22采集到的聲信號整周期時延，其中，gp22采集到的聲信號整周期時延的具體算式為：
16、
17、τgp＝n*t2
18、其中，tp為gp22采集聲信號的總體時間，t2為gp22采集聲信號的時間周期，τgp為gp22采集的聲信號整周期時延；n為gp22采集的周期數(shù)；
19、s13、將ad9833采集到的聲信號半周期時延與gp22采集到的聲信號整周期時延進行加和計算，得到整體的時延信息。
20、需要說明的是，空間坐標系中x軸、y軸、z軸上的速度vx、vy、vz的計算式分別為：
21、
22、
23、
24、其中，θv1x為v1于x軸夾角，θv4x為v4于x軸夾角，θv1y為v1于y軸夾角，θv4y為v4于y軸夾角，θv1z為v1于z軸夾角，θv4z為v4于z軸夾角。
25、s4的具體算式為：
26、
27、優(yōu)選的，s5中建立納維斯托克斯方程求解的模型具體為將聲吶軸中間軸放置在空間坐標系中建立邊長為1m的正方體模型空間，其中，時差式海流計測量部分等效為20cm高、3.5cm為半徑的聲吶中間軸，并標記聲吶頭位置。
28、進一步需要說明的是，s6的具體步驟為：
29、s61、將s4中求解的v*設置為初始速度，確定壓力條件p；
30、s62、將v*放在建立的空間坐標系下進行分解，分解得到分速度vx*、vy*、vz*，其中，以正方體模型的三個相鄰面分別為分速度vx*、vy*、vz*的流入面，則另外三個相對面為-vx*、-vy*、-vz*；
31、s63、設置測速的流體水層壓力場為p0，并使用simple算法對納韋斯托克方程進行求解，求解出速度矩陣，根據(jù)速度矩陣得到整個正方體空間的速度點，其中，求解過程具體為：
32、
33、
34、
35、
36、
37、其中，u為速度，p為壓強，v為運動粘度，m為系數(shù)矩陣，a為m矩陣分解的對角分量,h為m的分量。
38、步驟s7的具體算式為：
39、v3-v3*＝δv
40、其中，δv為擾動值。
41、進一步需要說明的是，基于速度差，修正空間坐標系下x軸、y軸、z軸的速度，具體算式為：
42、空間坐標系下x，y，z三個方向的補償速度為：
43、
44、
45、
46、最終的合成流速v終為：
47、
48、與現(xiàn)有技術相比，本專利技術的有益效果是：
49、本專利技術提供的一種提高萬米深海時差式海流計精度的計算方法，創(chuàng)新的使用gp-22進行皮秒級的微小時差計算，增加微小時差的計算精度，同時結(jié)合ad9833采樣的收發(fā)波形進行加和運算，得到聲信號傳輸?shù)耐暾麜r延信息；并考慮到兩對正交的水下超聲傳感器中間固定軸產(chǎn)生的擾流對流速測量的影響，建立納維斯托克斯方程求解的正方體模型，將通過正方體模型求解出的受到擾動流速影響的軸速度的模擬值與實際測量值進行比較，得到速度差，在基于速度差的情況下，修正測量流速的誤差，增加微小時差下的計算精度。
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1.一種提高萬米深海時差式海流計精度的計算方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟：
2.根據(jù)權利要求1所述的一種提高萬米深海時差式海流計精度的計算方法，其特征在于，S1的具體步驟為：
3.根據(jù)權利要求2所述的一種提高萬米深海時差式海流計精度的計算方法，其特征在于，空間坐標系中X軸、Y軸、Z軸上的速度Vx、Vy、Vz的計算式分別為：
4.根據(jù)權利要求3所述的一種提高萬米深海時差式海流計精度的計算方法，其特征在于，S4的具體算式為：
5.根據(jù)權利要求4所述的一種提高萬米深海時差式海流計精度的計算方法，其特征在于，S5中建立納維斯托克斯方程求解的模型具體為將聲吶軸中間軸放置在空間坐標系中建立邊長為1m的正方體模型空間，其中，時差式海流計測量部分等效為20cm高、3.5cm為半徑的聲吶中間軸，并標記聲吶頭位置。
6.根據(jù)權利要求5所述的一種提高萬米深海時差式海流計精度的計算方法，其特征在于，S6的具體步驟為：
7.根據(jù)權利要求6所述的一種提高萬米深海時差式海流計精度的計算方法，其特征在于，步驟S7的具體算式為：>
8.根據(jù)權利要求7所述的一種提高萬米深海時差式海流計精度的計算方法，其特征在于，基于速度差，修正空間坐標系下X軸、Y軸、Z軸的速度，具體算式為：
...【技術特征摘要】
1.一種提高萬米深海時差式海流計精度的計算方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟：
2.根據(jù)權利要求1所述的一種提高萬米深海時差式海流計精度的計算方法，其特征在于，s1的具體步驟為：
3.根據(jù)權利要求2所述的一種提高萬米深海時差式海流計精度的計算方法，其特征在于，空間坐標系中x軸、y軸、z軸上的速度vx、vy、vz的計算式分別為：
4.根據(jù)權利要求3所述的一種提高萬米深海時差式海流計精度的計算方法，其特征在于，s4的具體算式為：
5.根據(jù)權利要求4所述的一種提高萬米深海時差式海流計精度的計算方法，其特征在于，s5中建立納...
【專利技術屬性】
技術研發(fā)人員：李石，郭新新，宋鑄恒，
申請(專利權)人：中國科學院深海科學與工程研究所，
類型：發(fā)明
國別省市：
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