一种多普勒计程仪对水测速精度考核的方法技术

一种多普勒计程仪对水测速精度考核的方法所依托的对水测速精度考核系统，主要包括数据采集分析设备、检测标准仪器、惯导设备和多普勒计程仪；检测标准仪器为GPS接收机或北斗接收机；为保障测速精度，需要多普勒计程仪的设备载体在航行过程中保持轮机转速Ve不变，航向偏差≤±1°；以GPS接收机或北斗接收机作为检测标准仪器，试验船在同一航线上往返航行三个航次，三个航次中分别记录ADL测得的试验船相对于各水层的横向分速度和纵向分速度，计算这三个航次的分速度平均值；再进行消流处理，消流处理的结果值的合速度即为样机的待考核速度，最后通过与GPS速度真值比对统计测量偏差；GPS速度真值计算方法与ADL测速过程相同。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种多普勒计程仪对水测速精度考核的方法，属于水声测速

技术介绍
高精度声学多普勒计程仪(AcousticDopplerLog,ADL)可应用于水面舰船和水下运载器的导航定位，为导航系统提供精确的速度信息，以修正导航系统由于长时间的速度误差累积，满足远程、长时间航行的导航要求，因此提高多普勒计程仪的测速精度非常重要。计程仪主要有拖曳计程仪、转轮计程仪、水压计程仪、电磁计程仪、多普勒计程仪、声相关计程仪等类型。其中，多普勒计程仪准确性好，灵敏度高，可测纵向和横向速度，主要用于巨型船舶在狭水道航行、进出港、靠离码头时提供船舶纵向和横向运动的精确数据。多普勒计程仪受作用深度限制，超过数百米时，只能利用水层中的水团质点作反射层，变成对水计程仪。多普勒计程仪的测速精度分为对地测速精度和对水测速精度两部分。其中，衡量多普勒计程仪对地测速精度的常用方法主要为高精度GPS测速比对法，利用高精度的星站差分GPS的测速精度可到10-2m/s量级，满足对多普勒计程仪的对地测速精度评定需求。但现有的衡量多普勒计程仪对水测速精度的方法容易受风速、风向、各水流层流速流向等因素的影响，难以给出精确地评定多普勒计程仪对水测速精度。目前，评定多普勒计程仪对不同水流层测速精度的常用方法为：水槽拖车试验、同步比测试验、自身航行试验。水槽拖车试验适用于工作频率大于300KHz的计程仪精度检验，难以模拟真实的多普勒计程仪复杂的使用环境，不适用于高精度ADL测流精度考核。同步比测试验是最为简单理想的精度检验方法，但一方面，需要工作频率与被检验多普勒计程仪工作频率不在同一频段的更高精度的计程仪作为检测标准仪器，而国外的高精度大深度多普勒计程仪对我国是全面限制的，这就使得同步比测法无法用于新研制的高精度计程仪；另一方面，实艇条件下，一般不具备同时安装被测和同步比测的计程仪的条件，这进一步限制了同步比测方法的使用。对于工作频率不大于300kHz的计程仪，且试验船上不具备同时安装被测和同步比测的计程仪时，目前只有通过自身航行试验来考核计程仪的分层对水相对速度测量精度。目前，声学多普勒计程仪检测标准给出的自身航行试验法都是以高精度GPS作为检测标准仪器，检测原理主要有以下几种：(1)流速比对法(GB/T24558-2009)该方法的检测原理为：试验船在同一航线上，进行两个航次试验，第一个航次中同时记录ADL底跟踪速度值(对地速度)与GPS速度值，第二个航次中记录ADL测流速度值(对水速度)，计算ADL底跟踪速度与ADL测流速度的差值(即ADL测得的水流速度)，通过与GPS测得的水流速度相比较的方法统计ADL对水测速偏差。流速比对法的核心思想在于：ADL测得的水流速度等于GPS测得的水流速度。该方法有一个明显的缺点：GPS测得的流速基准值与ADL的测流精度相关，即考核基准为非独立项。严格意义上，该方法不能用于考核ADL测流精度。(2)矢量差法(HY/T102-2007)该方法的检测原理为：试验船在同一航线上作往返匀速直线航行，在满足要求的试验区内，同时记录被检ADL在同一地点往返航行的直接测量值(海流相对于载体的速度)、GPS测得的对地速度值，然后计算GPS同一地点的往返速度VGPS矢量差(矢量差用N、E分量分别相减后再合成计算)序列的平均值和被检ADL相应地点的往返速度矢量差序列VADL的平均值，最后通过计算相关系数r、回归系数a和b来评判ADL的测速精度。矢量差法的核心思想在于：被检ADL在同一地点往返航行的直接测量值(海流相对于载体的速度)的矢量差等于载体往返航行的对地速度值(GPS测量值)的矢量差。该思想成立的前提条件是表层洋流速度与被测层洋流速度相同，且不考虑风、浪涌等外界作用力的影响，否则该方法不成立。矢量差法的运用条件，决定了该方法计算精度不高，较适用于平稳流场，如湖泊、江、河或试验场海域)进行试验，不适合在复杂多变的海洋环境中进行试验，故而也无法验证ADL在真实海洋环境中的流速测量精度。(3)“顺-逆”合速度消流法(自身航行试验)：该方法的检测原理为：试验船在同一航线上，通过“顺-逆”或“逆-顺”两个航次消流的方式，由ADL对某一深度的水层进行测速，通过与高精度GPS测得的对地速度相比较的方法统计ADL对水测速偏差。“顺-逆”合速度消流法的核心思想在于：被检ADL在同一航线顺流和逆流航行的直接测量值(海流相对于载体的速度)的合速度之和等于载体顺流和逆流航行的对地速度值(GPS测量值)的合速度之和。该思想成立的前提条件是试验船的航向与洋流、风等外界作用力的方向保持同向。当洋流方向、风向、浪涌流向等外界作用力方向与试验船的航向有夹角时，该方法的计算精度会受到影响，即“顺-逆”合速度消流法的计算精度与洋流流速、风速及洋流流向和风向与试验船航向夹角大小等因素相关。“顺-逆”合速度消流法虽然可以用于在真实的海洋环境中对ADL的流速测量精度进行考核，但为保障考核精度，对试验船的机动、海区海况等试验条件要求苛刻，这就决定了该方法在实际试验中也无法获得很高的考核精度。
技术实现思路
本专利技术的目的是进一步降低或消除现有“多普勒计程仪对水测速精度考核方法”中存在的“洋流流速流向、风速风向等外界因素影响ADL对水测速考核精度”的技术缺陷，提出了一种多普勒计程仪对水测速考核的方法。一种多普勒计程仪对水测速精度考核的方法所依托的对水测速精度考核系统，主要包括数据采集分析设备、检测标准仪器、惯导设备和多普勒计程仪；其中，检测标准仪器为GPS接收机或北斗接收机，GPS接收机，简称GPS；全文中以GPS接收机为例进行专利技术说明；多普勒计程仪还可以是其他类型的计程仪；各设备的功能如下：数据采集分析设备同时采集检测标准仪器发送的试验船实时位置信息和多普勒计程仪发送的试验船实时速度信息；检测标准仪器同时向惯导设备和多普勒计程仪发送时钟信息；惯导设备向多普勒计程仪发送试验船航向信息和纵横摇角信息；多普勒计程仪实时测量试验船的对水速度信息；为保障测速精度，需要多普勒计程仪的设备载体在航行过程中保持轮机转速Ve不变，航向偏差≤±1°；本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：以GPS接收机作为检测标准仪器，试验船在同一航线上往返航行三个航次，三个航次中分别记录ADL测得的试验船相对于各水层的横向分速度和纵向分速度；然后，对这三个航次记录的各水层横向平均分速度与纵向平均分速度进行消流处理，消流处理的结果值的合速度即为样机的待考核速度，最后，通过与GPS速度真值比对统计测量偏差；其中，所述的同一航线上往返航行三个航次为“顺-逆-顺”，也可以为“逆-顺-逆”；GPS速度真值，约等于轮机转速，其计算方法为：在同一航线上往返航行的“顺-逆-顺”或“逆-顺-逆”三个航次中，先将GPS接收机的速度分解到船的横向和纵向两个方向上，分别求出这两个方向上三个航次的横向分速度平均值、纵向分速度平均值；再分别求出横向和纵向两个方向上GPS接收机平均速度的平均值；然后，求出航迹向合速度，即为考核真值；一种多普勒计程仪对水测速精度考核的方法，具体步骤如下：步骤A、记录第一航次数据；其中，记录第一航次数据的记录时刻为：第一航次数据包括：第一航次多普勒计程仪横向测速结果，记为：第本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多普勒计程仪对水测速精度考核的方法，其特征在于：一种多普勒计程仪对水测速精度考核的方法所依托的对水测速精度考核系统，主要包括数据采集分析设备、检测标准仪器、惯导设备和多普勒计程仪；其中，检测标准仪器为GPS接收机或北斗接收机，GPS接收机，简称为GPS；本专利中以GPS接收机为例进行权利要求说明；各设备的功能如下：数据采集分析设备同时采集检测标准仪器发送的试验船实时位置信息和多普勒计程仪发送的试验船实时速度信息；检测标准仪器同时向惯导设备和多普勒计程仪发送时钟信息；惯导设备向多普勒计程仪发送试验船航向信息和纵横摇角信息；多普勒计程仪实时测量试验船的对水速度信息；为保障测速精度，需要多普勒计程仪的设备载体在航行过程中保持轮机转速Ve不变，航向偏差≤±1°。

【技术特征摘要】
1.一种多普勒计程仪对水测速精度考核的方法，其特征在于：一种多普勒计程仪对水测速精度考核的方法所依托的对水测速精度考核系统，主要包括数据采集分析设备、检测标准仪器、惯导设备和多普勒计程仪；其中，检测标准仪器为GPS接收机或北斗接收机，GPS接收机，简称为GPS；本专利中以GPS接收机为例进行权利要求说明；各设备的功能如下：数据采集分析设备同时采集检测标准仪器发送的试验船实时位置信息和多普勒计程仪发送的试验船实时速度信息；检测标准仪器同时向惯导设备和多普勒计程仪发送时钟信息；惯导设备向多普勒计程仪发送试验船航向信息和纵横摇角信息；多普勒计程仪实时测量试验船的对水速度信息；为保障测速精度，需要多普勒计程仪的设备载体在航行过程中保持轮机转速Ve不变，航向偏差≤±1°。2.如权利要求1所述的一种多普勒计程仪对水测速精度考核的方法，其特征还在于：一种多普勒计程仪对水测速精度考核的方法所依托的对水测速精度考核系统中的多普勒计程仪还可以是其他类型的计程仪。3.如权利要求1所述的一种多普勒计程仪对水测速精度考核的方法，其特征还在于：一种多普勒计程仪对水测速精度考核的方法，解决其技术问题所采用的技术方案是：以GPS接收机作为检测标准仪器，试验船在同一航线上往返航行三个航次，三个航次中分别记录ADL测得的试验船相对于各水层的横向分速度和纵向分速度；然后，对这三个航次记录的各水层横向平均分速度与纵向平均分速度进行消流处理，消流处理的结果值的合速度即为样机的待考核速度，最后，通过与GPS真值比对统计测量偏差；其中，所述的同一航线上往返航行三个航次为“顺-逆-顺”，也可以为“逆-顺-逆”；GPS速度真值，约等于轮机转速，其计算方法为：在同一航线上往返航行的“顺-逆-顺”或“逆-顺-逆”三个航次中，记录GPS接收机位置信息，计算出试验船的实时速度；再将该速度分解到试验船的横向和纵向两个方向上，分别求出这两个方向上三个航次的横向分速度平均值、纵向分速度平均值；再对分速度平均值进行消流，分别求出三个航次横向和纵向两个方向上GPS接收机平均速度的平均值；然后，求出航迹向合速度，即为考核真值。4.如权利要求1所述的一种多普勒计程仪对水测速精度考核的方法，其特征还在于：一种多普勒计程仪对水测速精度考核的方法，具体步骤如下：步骤A、记录第一航次数据；步骤B、记录第二航次数据；步骤C、记录第三航次数据；步骤D、统计上述三个航次各种分速度的平均值；步骤E、对步骤D的三个航次统计的多普勒计程仪和GPS的横向、纵向速度测量值的平均值进行消流处理；步骤F、由值的大小可以判定往返航行三航次期间的洋流稳定性以及试验船航向稳定性，进而判定该次考核样本是否有效，最终以合速度考核法或分速度考核法计算多普勒测速测流仪的对水测速精度；至此，从步骤A到步骤F，完成了一种多普勒计程仪对水测速精度考核的方法。5.如权利要求4所述的一种多普勒计程仪对水测速精度考核的方法，其特征还在于：步骤A中，记录第一航次数据的...

【专利技术属性】
技术研发人员：魏世乐，佘亚军，罗涛，黄蔚，杨宗元，
申请(专利权)人：中国船舶重工集团公司第七一九研究所，
类型：发明
国别省市：湖北;42