ADCP原理(5)

② ③

当ADCP从声束坐标转换成地球坐标时声束方向误差是自动纠正的，

因此使相关偏差最小化了。

数据传输花费时间并且能够放慢ping处理过程。对于数据传输来说，计算平均值可以减少所需要的时间。

处理周期：关于计算平均值的限制条件

计算平均值受ping速率的限制，它也受ADCP纠正、处理和传播数据速度的限制。Figure 20说明了在ADCP中一个典型的数据纠正周期。每个ping都有五个阶段：航向，发射脉冲，空白期，处理过程和睡眠期。航向时间用来唤醒ADCP，初始化和处理一些子系统（例如，时钟，罗盘等等），并且为ping处理做准备。脉冲发射之后和一个短时间的延迟之后允许传感器响应，此时ADCP开始处理回声。当回声处理完时，这个ADCP也进入睡眠状态从而保存电量，或者直接开始下一个数据采集周期。所有的pings被采集完之后，这个ADCP就计算一个总体均值，并且把这个数据传送到内部数据记录器，外部数据获取系统，或者传送到这两者。当ADCP发送回显信息很快时，数据传输就利用CPU的空闲时间在后台进行操作。

8 ADCP倾斜，翻转，航向和速度

ADCPs测量相对与ADCP的水流。ADCP本身能够被果断的定位并且可以相对地球移动。因此，对于ADCP的姿态和运动来说，经常纠正数据是很有必要的。这一部分包括ADCP数据需要纠正的原因和如何测量和纠正ADCP的运动和姿态。

有两种运动需要纠正——旋转（倾斜，翻转和航向）和转换（船速）。

从ADCP到参考地球水流的转换

下面是从ADCP参考水流到地球参考水流的三个基本步骤

Step 1.ADCPs测量与四条声束（声束坐标）平行的速度。这些数据被转换成ADCP中的北，东和上的正交坐标系。这个调整适合与声束的角度（三角法）除了当这个倾斜的ADCP(Figure 21)的深度单元相对另一个上下移动外。纠正包括以下几个方面：

① 三角法。有用的或者纠正的声束角度（see Eq. 4）是ADCP声束不断

增加的（正负）的倾斜角度（例如，20°）的总和。

② 深度单元的绘图。为了确保水平方向的同一性，计算速度时应该在一

个特定的深度采用同一深度的单元。Figure 21B展示了一个倾斜ADCP的深度单元。例如，记下左边声束的单元4与右边声束的单元6在同一深度上。在这个深度上计算地球坐标的速度时，绘制深度单元时应该与这两个单元匹配。（注意：深度单元的绘制由宽带软件版本5.0或者以后的来完成）。

Step2.ADCP旋转速度部分变成真正的（或者是磁场）东和北（地球坐标）。这个纠正需要航向的数据。

Step3.ADCP相对于地球的速度是它提供的绝对速度减去以地球做参考的水流速度。这个纠正需要测量船相对与地球的速度。在数据收集和保存完以后，正常情况下，减法已经完成了。

事实上，在上述顺序中，有些步骤有时是没必要的，并且他们也不必分成离散的步骤。

测量ADCP的旋转度和平移量

测量旋转度和平移量有很多种方式。下面这几种经常被ADCPs使用：

旋转度（航向）

1 磁闸罗盘 2 回转罗盘 旋转度（倾斜和翻转） 1 倾角罗盘

2 垂直回转仪罗盘 平移量

1 底部追踪

2 航行装置（例如，GPS） 3 假设一个无流层（参考层）

独立的和直读式ADCPs

设计的这种独立的和直读式的ADCPs适合应用于运动比较缓慢和不受表面波影响的地方。在这种情况下，磁闸罗盘和倾角罗盘都能有效的测量倾斜度，翻转度和航向。应用这种传感器是因为它的体积小（他们可以安装在ADCP的压力箱内），并且低消耗（对单独的ADCPs来说是必须的）。这些传感器有以下局限性：

磁闸罗盘不能应用于近似铁的材料，例如船的钢制的外壳，这会影响地球的磁场。当受到加速的表面波影响的时候，一些磁闸罗盘很嘈杂。

倾角罗盘测量相对地球引力的倾斜角，不能从所引起的加速度中区分重力加速度，比如表面波。因此，倾角罗盘在移动的船中很嘈杂。

宽带罗盘和主罗盘都对运动很敏感，要么是直接的（在宽带罗盘中），要么经过倾角罗盘时是间接的。

对于独立的ADCPs的数据纠正策略

独立的ADCPs可以安装在停系泊处，在这可以任意的改变方向，或者是安装在海洋底部的肋骨上，那的方向已经定位好了。这两种方法需要不同的数据纠正策略。

在计算平均值之前，停泊的ADCPs应该把每一个ping转换成地球坐标。这样能够确保总体均值是矢量。地球坐标计算平均值与用标准的单点测流计计算矢量平均值是等价的，这就保证了提供这些深度单元的数据具有最好的精确度和分辨率。

当把一个ADCP安装在海洋底部时，你可在声束坐标中记录数据，也可以在

地球坐标中记录数据。在地球坐标中记录数据可以减少后处理所需要的时间和精力，这就确保了声束顶角被适当的纠正了。在声束坐标中记录数据允许你记录所需处理最少的数据，这就使他们优化了用于把数据转换成地球坐标的处理过程。然而，对声束顶角误差合适纠正的实施和调试是比较耗时的。

声束顶角误差的纠正在主干比在宽带中更重要，因为对于传感器的安装来说，主干的制造过程允许更广的偏差。若没有纠正，误差是很有意义的。

船上固定安装的ADCPs

剩下的这部分应用于船上固定安装的ADCPs，在这上面传感器被永久的安装在船体上。它同样的也适用与直读式ADCPs，但它只是暂时安装在船体上。一旦安装标准的船上固定ADCP时的程序被使用时，直读式的ADCP每次重新安装在船上时必须服从原来的程序。

回转罗盘和垂直回转仪罗盘在船上使用，因为他们不受来自表面波的水平加速度的影响。倾角罗盘有时也用在船上，但是用这个未加工的倾角罗盘数据来纠正每一个ping不是一个好的做法。相反，平均看来，倾斜和翻转可以在平稳的倾斜中检测变化，这些平稳的倾斜是由压舱物和螺旋桨的速度引起的。

对于ADCP来说有很多种方式从陀螺仪获得姿态信息，但是灵活性在ping处理过程中受到倾斜度需要获得和在这段时间中航向的限制。大部分情况下，ADCPs利用同步的界面来测量倾斜、翻转和顶角。ADCPs也可以通过步进界面获得航向信息。

带有同步界面的直读式ADCP平台箱利用一个专用的格式通过连续的界面向ADCP发送数据。TRDI现在还不支持利用工业标准的形式向ADCP发送姿态信息，但是一些软件程序（例如，TRANSECT）在NMEA形式中接受连续的姿态数据。记住尽管船在有规律的时间间隔内（例如，每两秒或每十秒）经常数字化姿态数据，但ADCP还不能控制采样数据，因此也不能使姿态信息和pings同步。

同步器

一个同步机的界面可以使ADCPs在所需的准确时间内获得航向数据。同步机一般情况下都是成对使用的。当一个同步机以给定的数量运转时，另一台也以相同的数量运转。对下面同步机的输出量这个同步机接口需要5跟电缆：

① 三个“分辨率”输出——S1,S2和S3 ② 两个“参考”输出——R1和R2

这些输出都有一个直流电压，这个直流电压依靠同步机的旋转角。在任何一对分辨率输出中这个同步输出被表示为最大的电压。同步机通常情况下由110V的直流电压驱动，在这种情况下分辨率输出中最大的电压将是90V。这是一个90V的同步机。标准的同步机电压包括：

① 90 VAC ② 26 VAC

③

11.8 VAC

其他的电压很少用到，但是ADCP的同步机接口在11.8V与90V之间的任何一个电压都是有效的。通过在这个接口上改变精确的排列电阻的值进行调整。这个同步机的频率的平均值在50到1000Hz之间。

多航向的同步机

对回转罗盘来说利用多航向的同步机来输出是很普遍的。例如，这个船每翻转一次，这个具有360：1匝比的多航向同步机就翻转360次。通常使用的匝比是：

", 360:1 ", 90:1 ", 36:1 ", 1:1

TRDI的同步机接口可以使用上面任何一种。如果这个匝比不同于1：1，这个ADCP应该初始化这个同步机界面从而纠正初始方向。例如，有一个36：1的同步机，这个同步机每完成一次翻转这个船就转10°。在313，13，23等等这些数据中ADCP不能分辨他们的区别。在直读式ADCP或者是船上固定安装的ADCP的甲板箱上通过一个仪表界面就可以很容易的操作。

由于以下可能的原因正常情况下最好是使用1：1的同步机接口：

① 1：1的同步机接口的精确度是很充足的。 ② 如果电源丢失之后，这个同步机的匝比不是1：1之后需要初始化。

倾斜和翻转的同步机也应该使用1：1的匝比。

对船速的纠正

沿着水流的速度图记下有用的、绝对的船速。之后，在后处理中从水流剖面流速中减去船速。下面有三种方式来测量船速：

① 底部追踪 ② 航行

③ 假设一个“无流层”（参考层）

只有当底部在ADCP底部追踪范围内——这是正常剖面范围的1.5倍，才能使用底部追踪。当底部追踪不可用时，可以利用航行来估计船速。对不同种类航行系统的权衡将在下面讨论。

采用参考层涉及到在ADCP的剖面变化范围内假设这个层没有运动。这个假设依靠测量的位置。

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