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水声海上实验方案1.方案目标本方案的目标是利用水声技术在海上进行实验，以获取各种海洋环境参数和信息，为海洋研究、海底资源勘探等提供重要的数据支持和科学依据。
通过这些实验，我们将探索水声在海洋环境中的传播规律，提高海洋观测的精度和实时性，促进海洋科学的发展。
2.实施步骤步骤一：制定实验计划首先，我们需要制定详细的实验计划。
该计划应包括以下内容：1.实验目标：详细描述实验的目标和预期结果，明确实验所要解决的科学问题。
2.实验区域：确定实验区域，根据实验目标选择适合的海域。
3.实验时间：根据实验区域的气候和季节特点，选择适宜的时间段进行实验。
4.实验装备：确定所需的水声设备和测量仪器，并进行相应的采购和准备工作。
5.实验团队：组建一支具备水声和海洋科学专业知识的团队，负责实验的执行和数据收集。
6.安全考虑：确保实验过程中人员和设备的安全，制定相应的安全措施和应急预案。
步骤二：测量海洋环境参数在实验区域内，利用水声设备和测量仪器对海洋环境参数进行测量。
具体步骤如下：1.布设测量网格：根据实验要求，将实验区域划分为若干个小区域，并在每个小区域内布设测量点。
2.部署浮标和探测器：在每个测量点上，部署浮标和水声探测器。
浮标用于固定探测器的位置，水声探测器用于测量水声信号的强度和传播特性。
3.数据采集：启动数据采集设备，记录水声信号的强度、频率、传播时间等参数，并存储为电子数据文件。
4.数据处理：将采集到的数据导入计算机，利用数据处理软件进行分析和处理，提取有用的信息和特征。
步骤三：实验数据分析与解读对采集到的实验数据进行分析和解读，得出相应的结论。
具体步骤如下：1.数据预处理：对采集到的数据进行质量控制和预处理，包括数据清洗、去噪、校正等工作，确保数据的准确性和可靠性。
2.数据分析：利用统计分析和数据挖掘等方法，对数据进行分析，探索水声信号的特征和海洋环境参数的关系。
3.结果展示：根据分析结果，绘制相应的图表和图像，展示实验结果和数据。
声学测量实验指导书陈洪娟哈尔滨工程大学水声工程学院2005.4.16第1部分必做实验实验1 声学测量仪器设备认知实验一、实验目的通过本实验掌握声学常用测量仪器的使用方法，并了解声学测量实验应该满足的条件要求和实验室进行实验时的注意事项。
二、实验内容与要求：1、内容单台演示各测量仪器的功能，并连接成测量系统演示水声信号。
2、要求教师操作并讲解，学生提问并试操作。
实验2 水听器自由场电压灵敏度校准一、实验目的通过本实验掌握水听器灵敏度的比较校准方法，并熟悉有关测量仪器的使用。
二、实验原理与方法1．水听器的灵敏度水听器就是水声接收换能器，它是把水下声信号转换为电信号的换能器。
水听器的灵敏度就是水听器的接收灵敏度，通常是指开路电压灵敏度，可分为自由场灵敏度和声压灵敏度。
（1）自由场[电压]灵敏度M在平面波自由声场中，水听器输出端的开路电压oc e 与在声场中引入水听器前存在于水听器声中心位置处的自由场声压f p 的比值，称为水听器的自由场电压灵敏度。
符号为M ，单位是伏每帕V/Pa ，以数学式表示为：f ocp e M = （1）自由场电压灵敏度是相对于平面行波而言的。
如果水听器是无指向性的，则不论平面波从哪个方向传来，灵敏度都是相等的。
如果水听器是有指向性的，则灵敏度随平面波入射方向而变。
因此，在水听器上必须标明正对平面波的入射方向、频率和输出端。
自由场灵敏度M 与其基准值r M 之比值的以10为底的对数乘以20，称为自由场[电压]灵敏度级，符号为M 、单位是分贝，以数学式表示为：M )/lg(20r M M = （2）自由场灵敏度级的基准值r M 为1V/μPa 。
（2）声压灵敏度水听器输出端的开路电压与作用于水听器接收面上的实际声压的比值称为水听器的声压灵敏度，符号为p M 。
当用分贝表示时，称声压灵敏度级，符号为p M 。
如果水听器的最大线性尺寸远小于水中波长，且水听器的机械阻抗远大于水听器在水中的辐射阻抗，则其声压灵敏度[级]等于自由场电压灵敏度[级]。
利用声纳技术研究水中声速的实验方法引言声纳技术是一种常用于海洋、水下探测和通信的技术。
声纳通过发射声波并接收其回波来获取有关水下环境的信息。
在声纳技术中，准确测量水中声速是关键的一步。
本文将介绍利用声纳技术研究水中声速的实验方法，以帮助读者更好地了解该技术的运用。
实验需求进行声纳实验所需的器材包括声纳传感器、信号发射器、计时器和水槽。
声纳传感器负责接收回波信号，信号发射器则用于产生探测信号。
计时器用来测量信号发送和回波接收的时间差。
水槽则提供容器，并保持水的稳定。
实验过程首先，确保水槽中的水稳定且无杂质。
填充水槽时应避免产生气泡，因为气泡的存在可能会干扰声波传播。
将声纳传感器固定在水槽的一侧，并将信号发射器放置在水槽的另一侧。
两者之间的距离可以根据实验需求进行调整。
设置计时器以测量信号发送和回波接收之间的时间差。
该时间差将用于计算水中声速。
开始实验时，发射器发送一个探测信号。
信号从发射器传播到水中并与水中的各种因素相互作用。
部分能量会以声波的形式从水中传回传感器。
当传感器接收到回波信号时，计时器将记录时间。
这个时间差反映了声波在水中传播的时间。
重复实验多次以减小误差，并计算平均值来获得更准确的声速测量结果。
误差和改进进行声速实验时，误差是无法避免的。
例如，水温、水质等因素可能会影响声波传播的速度。
为了减小误差，可通过以下措施进行改进：1. 控制水温和水质。
在实验前，可以使用温度计监测水温，并确保实验开始时水温稳定。
此外，选取质量良好的水源，避免水中的杂质对声波传播的干扰。
2. 增加实验次数。
重复实验多次并计算平均值，可以减小随机误差的影响，获得更准确的结果。
3. 选择合适的声纳传感器和信号发射器。
确保使用的器材具有良好的品质和性能，以减小仪器本身引起的误差。
实验结果与应用通过以上实验步骤，我们可以获得水中声速的测量结果。
这一结果对于许多实际应用非常重要。
例如，海洋学家可以利用声纳技术来研究海洋中的生态系统和地质情况。
专门水声实验计划
实验一光纤水听器灵敏度频响测试
水听器灵敏度的定义；水听器灵敏度的基本测试方法；实验目的；实验需要的设备；实验方案；实验过程及结论。
实验二光纤水听器加速度灵敏度测试
水听器加速度灵敏度的定义；水听器加速度灵敏度的测试原理及方法；实验目的；实验仪器及设备；实验方案；实验过程及结论。
实验三光纤声纳系统本底噪声测试
系统本底噪声来源；声纳系统噪声的主要来源；等效噪声压的概念；光纤声纳系统的主要噪声分析；实验目的；实验仪器及设备；实验方案；实验过程及结论。
实验四测试水池换能器收发信号实验
连续及脉冲信号的设计与产生；信号发射；水听器接收信号；接收信号分析。
实验五光纤水听器与标准水听器对比实验
设计线性调频、伪随机噪声宽带脉冲信号；信号的发射；光纤水听器与标准水听器采集信号；信号处理与分析。
实验六测试水池水声通讯实验
水声通讯信号调制解调设计；信号发射与接收；信号处理与分析。
实验七海试数据波束形成完成目标测向
数据读取；数据分析；在MATLAB或VC＋＋环境下编制软件波束形成；得到波束形成瀑布图；得到目标方位角。
1。
水下声学探测的实验研究与应用水下声学探测，这可是个相当有趣又充满神秘色彩的领域！想象一下，在深邃的海洋或者广阔的湖泊中，有一种神奇的力量能够帮我们“听”到隐藏在水下的秘密，这就是水下声学探测。
我记得有一次去海边度假，那天阳光正好，微风不燥。
我站在沙滩上，望着那片一望无际的蓝色海洋，心中充满了好奇和向往。
远处，一艘科考船缓缓驶过，那一瞬间，我突然想到了水下声学探测。
咱们先来说说实验研究这一块儿。
做水下声学探测的实验可不像在实验室里摆弄那些瓶瓶罐罐那么简单。
得准备各种各样复杂的设备，比如高精度的水听器、功率强大的声源，还有一堆用于数据采集和处理的仪器。
就拿水听器来说吧，这玩意儿就像是水下的“耳朵”，但它可比咱们的耳朵灵敏多了。
为了让它能准确地捕捉到水下的声音信号，得把它安装在合适的位置，角度、深度都有讲究。
有一回实验，因为安装的时候没注意角度，结果采集到的数据那叫一个乱七八糟，整个实验都得重新来过。
再说声源，这可是发出声音信号的关键。
有的声源能发出单一频率的声音，有的则能发出多种频率组合的复杂声音。
选择什么样的声源，得根据具体的探测目标和环境来决定。
有一次，为了模拟一种特殊的水下环境，我们特意选用了一种低频大功率的声源，那声音一发出，感觉整个水池都在震动。
在实验过程中，数据采集和处理也是至关重要的环节。
采集到的数据就像是一堆杂乱无章的拼图碎片，得通过各种算法和软件把它们拼凑成一幅完整清晰的图像。
有时候，为了处理那些海量的数据，电脑都得“累”得发烫。
说完实验研究，咱们再聊聊水下声学探测的应用。
它在海洋地质勘探方面可是大显身手。
通过探测海底地层反射回来的声音信号，地质学家们能够了解海底的地质结构，寻找石油、天然气等宝贵的资源。
想象一下，在茫茫大海底下，靠着声音就能找到那些隐藏的宝藏，是不是很神奇？在海洋生态研究中，水下声学探测也功不可没。
它可以用来监测鱼类的活动，了解它们的迁徙规律和群体行为。
研究人员通过分析鱼类发出的声音，就能知道它们在哪里、在干什么。
实验三海洋环境噪声的测量及频谱分析本实通过对现有舰船辐射噪声采集数据进行处理，得到某一实验过程海洋环境噪声的分布规律，并将所得结果作图表示。
一、实验目的1、了解以舰船辐射噪声为代表的海洋环境噪声的基本特性。
2、掌握基本的时-频处理方法。
3、以实测数据为例，通过上机操作，达到一定的实际训练。
二、实验仪器计算机三、实验原理1、海洋噪声的来源海洋噪声的来源是多方面的，总的归纳起来有几大类：(1) 动力噪声：由、涌、浪引起低频压力脉动，水中引起的压力起伏，以及海浪拍岸的噪声，雨噪声等。
(2) 冰下噪声：由冰层运动引起的碰撞、摩擦和破裂的噪声，以及不平整的冰层表面与大气、海流相互作用的噪声。
(3) 生物噪声：由海洋动物所引起的各式各样的声音。
(4) 地震噪声:由地震、火山爆发以及海啸产生的噪声。
(5) 工业噪声：由人类的各种活动所引起的噪声。
如船舶航行的噪声，港口作业噪声，海底作业噪声等。
以上这些噪声源各有其自己的频谱特性。
通过频谱分析，不但可以了解声源信息，如根据海洋噪声探测海上风浪的情况，还可以根据海洋噪声场的特性，提高水声器材的抗干扰性能。
因此，有必要进一步了解水下噪声场的谱特性。
2、船舰噪声的谱特性舰船在水中运动时，将辐射噪声，其来源有下列三个方面：(1) 机械噪声：主机、辅机和各种空调设备产生的机械振动，它通过船壳辐射到海中。
(2) 螺旋桨噪声：螺旋桨转动产生水介质空化引起的空化噪声、及它的划水声和涡流声。
(3) 水动力噪声：水流过船壳产生的摩擦声及附件产生共振辐射的声音。
在多数情况下，机械噪声和螺旋桨噪声是主要的。
图5-1是典型的舰船噪声图谱。
在低频段，谱级随频率增高而增大。
在100~1000Hz之间出现一个峰值，主要是由于空化噪声产生的，峰值位置取决于舰船的航速。
在此频段以后，以大约每倍频程6dB的坡度下降。
另外还可以看到，在低频段出现一些线谱，它是机械噪声和螺旋桨“叶片速率”的谱线，早高频端这些谱线被连续谱掩盖，所以从图上看不到。
《水声专业实验》课程教学大纲一、课程基本信息二、课程简介和教学目标1．课程简介《水声专业实验》属于专业限选课程，授课对象为海洋技术专业本科生。
水声专业实验主要介绍水声专业实验的基本概念、水声实验的内容与环境，以及如何进行水下目标特性实验、环境特性中的声传播实验、噪声测量以及声场计算等基础实验。
水声专业实验是以《水声学》为基础的实验，具有基础理论与实验技术相结合的特点，它是水声工程专业培养声学测量基本技能的基本实验课程，可直接为工程技术服务，解决工程实际问题。
通过本课程的学习，使学生掌握必要的测量知识并了解常用水声测量仪器的使用，同时加深对“水声学”中声纳方程中各个声纳参量的认识，具备对试验数据进行综合处理分析的能力，培养学生的实践动手能力和创新意识，为学生毕业后从事专业相关工作打下良好的基础。
2.教学目标教学目标1：学习必要的测量知识并了解常用水声测量仪器的使用以及实验基础技术；教学目标2：通过水声专业实验课程加深对水声学原理中声呐参量：声源指向性、传播损失、噪声、目标强度等的认识；教学目标3：针对实验内容，能够查阅相关文献及电子资源，结合所学的理论知识，完成设计-组织-实施-后期数据处理的实验流程，给出实验结果，实验前期进行预习沟通，中期加强团队合作，后期积极参与成果交流展示；教学目标4（课程思政）：培养学生的实践动手能力和创新意识。
3．教学目标与毕业要求指标点的支撑关系三、理论教学表1 理论教学安排四、实验教学五、考核与成绩评定方法六、建议教材及相关教学资源1. 参考教材[1] 刘伯胜，黄益旺，陈文剑，雷家煜，水声学原理[M]，科学出版社，2019，第三版.[2] 闫福旺，海洋水声实验技术[M]，海洋出版社，1999，第六版.[3] 杨坤德，海洋声学典型声场模型的原理及应用[M]，西北工业大学出版社，2018.。
水声海上实验方案一、实验目的本实验旨在探究水声在海上传播的特性，通过实验观测和数据分析，了解水声在不同海洋环境中的传播规律，为海洋环境下水声通信技术的研究提供参考。
二、实验原理1.水声波的传播特性水声波是一种机械波，它在海洋中传播时会受到多种因素的影响，如海洋深度、温度、盐度、压力等。
这些因素会影响水声波速度和衰减程度。
2.水声测量仪器为了对水声波进行观测和分析，需要使用一些专门的仪器。
常用的仪器包括：水听器、振荡器、信号发生器、功率计等。
三、实验步骤1.选取合适的海域进行实验。
选择一个深度适中且没有太多杂音干扰的海域作为实验区域。
2.布置浮标和控制设备。
在实验区域内布置多个浮标，并设置相应的控制设备。
这些设备包括：振荡器、信号发生器等。
3.放置水听器。
将多个水听器放置在不同的位置，以便观测水声波在不同方向上的传播情况。
4.进行实验观测。
通过控制设备发出水声波信号，利用水听器观测和记录水声波在海上的传播情况。
同时，还需记录实验期间海洋环境因素的变化，如温度、盐度等。
5.数据分析和处理。
将观测到的数据进行分析和处理，得出水声波在海洋中传播的规律，并对实验结果进行总结和归纳。
四、实验注意事项1.选取合适的时间和天气条件进行实验。
2.保护好仪器设备，避免损坏或丢失。
3.注意安全防范措施，在海上操作时要注意安全带等防护措施。
五、实验结果与分析通过本次实验观测和数据分析，我们可以得出以下结论：1.水声波在海洋中传播速度较快，在深海区域速度更快。
2.水声波在海洋中会受到多种因素影响，如温度、盐度、压力等。
3.在不同方向上观测到的水声波信号强度不同，可以推断出水声波在不同方向上的传播距离和衰减情况。
六、实验应用本实验结果对海洋环境下水声通信技术的研究具有重要意义。
通过对水声波在海洋中传播规律的了解，可以为水声通信系统的设计和优化提供参考。
同时，还可以为海洋环境监测和控制等领域提供技术支持。
七、实验总结本次实验通过观测和数据分析，深入了解了水声波在海洋中的传播规律。
实验三海洋环境噪声的测量及频谱分析本实通过对现有舰船辐射噪声采集数据进行处理，得到某一实验过程海洋环境噪声的分布规律，并将所得结果作图表示。
一、实验目的1、了解以舰船辐射噪声为代表的海洋环境噪声的基本特性。
2、掌握基本的时-频处理方法。
3、以实测数据为例，通过上机操作，达到一定的实际训练。
二、实验仪器计算机三、实验原理1、海洋噪声的来源海洋噪声的来源是多方面的，总的归纳起来有几大类：(1) 动力噪声：由、涌、浪引起低频压力脉动，水中引起的压力起伏，以及海浪拍岸的噪声，雨噪声等。
(2) 冰下噪声：由冰层运动引起的碰撞、摩擦和破裂的噪声，以及不平整的冰层表面与大气、海流相互作用的噪声。
(3) 生物噪声：由海洋动物所引起的各式各样的声音。
(4) 地震噪声:由地震、火山爆发以及海啸产生的噪声。
(5) 工业噪声：由人类的各种活动所引起的噪声。
如船舶航行的噪声，港口作业噪声，海底作业噪声等。
以上这些噪声源各有其自己的频谱特性。
通过频谱分析，不但可以了解声源信息，如根据海洋噪声探测海上风浪的情况，还可以根据海洋噪声场的特性，提高水声器材的抗干扰性能。
因此，有必要进一步了解水下噪声场的谱特性。
2、船舰噪声的谱特性舰船在水中运动时，将辐射噪声，其来源有下列三个方面：(1) 机械噪声：主机、辅机和各种空调设备产生的机械振动，它通过船壳辐射到海中。
(2) 螺旋桨噪声：螺旋桨转动产生水介质空化引起的空化噪声、及它的划水声和涡流声。
(3) 水动力噪声：水流过船壳产生的摩擦声及附件产生共振辐射的声音。
在多数情况下，机械噪声和螺旋桨噪声是主要的。
图5-1是典型的舰船噪声图谱。
在低频段，谱级随频率增高而增大。
在100~1000Hz之间出现一个峰值，主要是由于空化噪声产生的，峰值位置取决于舰船的航速。
在此频段以后，以大约每倍频程6dB的坡度下降。
另外还可以看到，在低频段出现一些线谱，它是机械噪声和螺旋桨“叶片速率”的谱线，早高频端这些谱线被连续谱掩盖，所以从图上看不到。
图1 典型的舰船噪声图谱对舰船噪声特性，一般可用它的平均功率谱、线谱和“动态谱”来描述。
这些谱特性，对我们检测和识别舰船噪声提供了有用的信息。
因此，测量和分析舰船噪声，认识它的规律性，将有利于我们设计最佳接收设备和判别舰船目标。
3、海洋噪声的频谱特性海洋噪声是由各种原因产生的，并且受到许多因素的影响。
它的频谱很复杂，一般无法用一组简单的频谱曲线来描述。
图2汇集了对海洋噪声的各种研究结果，一般称之为文兹谱级图。
纵坐标代表声压级（注意：这里是以2×10-5Pa 为参考值），横坐标使用对数刻度表示频率。
箭头所表示的频段为某类噪声源的频谱范围。
整个噪声级的变化趋势是随频率的增加而下降。
在1Hz到100kHz 范围内变化120~130dB，但就某一频率而言其动态范围在40~60dB。
在低频段，一般下降较陡，每倍频程下降3~10dB。
在100Hz到20kHz范围是目前水声工作中较常用的频段，它的噪声级高达60~80dB，与风力大小关系有关。
低频段还与舰船噪声的大小有关，一般随频率的增加而下降。
在高频段的热噪声，反而随频率增加而增强，每倍频程增大6dB。
标有圆圈数字的一簇曲线，代表海面风速大小所对应的噪声谱曲线。
圈内的数字表示蒲氏风级，它的噪声级随风速增大而增高，但不是直线关系。
阴影区为大洋航线上的平均船舶噪声级概况。
它上面的虚线为通过较频繁海区的噪声频谱。
可看到海洋噪声是由许多频率和强度不同的成分随机地组合。
在频谱上对应的各频率成分紧密地连在一起，成为一条连续的曲线，所以它一般是连续谱。
只有在接收船舶噪声时，有时才看到连续谱上加有突出的线谱，这是一种复合谱。
图2文兹谱级图4、频谱分析技术大家都知道，海洋噪声是一个随机过程。
描述它的基本统计特性，主要由它的功率谱密度函数和相关函数两方面来表征。
而相关函数的富氏变换便是功率谱密度。
如果在海况和风力不变的情况下，海洋噪声可以看作为一个平稳的随机过程。
借助傅里叶变换，信号可以时间函数或频率函数两种形式描述，特别是周期信号和准周期信号（前者由一个基频成分和若干谐波成分，后者虽可分解为几个正弦分量，但它们的周期没有公倍数），从频率域可以很清楚地了解它们由哪些正弦分量组成。
信号的频谱可分为幅值谱、相位谱、功率谱、对数谱等等。
对信号作频谱分析的设备主要是频谱分析仪，它把信号按数学关系作为频率的函数显示出来，其工作方式有模拟式和数字式二种。
模拟式频谱分析仪以模拟滤波器为基础，从信号中选出各个频率成分的量值；数字式频谱分析仪以数字滤波器或快速傅立叶变换为基础，实现信号的时-频关系转换分析。
傅立叶变换是信号频谱分析中常用的一个工具，它把一些复杂的信号分解为无穷多个相互之间具有一定关系的正弦信号之和，并通过对各个正弦信号的研究来了解复杂信号的频率成分和幅值。
信号频谱分析是采用傅立叶变换将时域信号x (t )变换为频域信号X (f )，从而帮助人们从另一个角度来了解信号的特征。
时域信号x (t )的傅氏变换为：()()⎰+∞∞--=t e t x f X ft d π2j （1）式中X (f )为信号的频域表示，x (t )为信号的时域表示，f 为频率。
用傅立叶变换将信号变换到频率域，其数学表达式为：()()()()()()∑∞=-+=+++++=100020201010π2cos π4sin π4sin π2sin π2sin 2n n n f t nf C C t f b t f a t f b t f a a t x （2）用C n画出信号的幅值谱曲线，从信号幅值谱判断信号特征。
三、实验内容与要求1、实验内容(1) 使用已经有采集完成的噪声信号数据，海上测量工作可以不必进行。
(2) 对各种不同的海洋环境噪声进行谱分析。
2、实验要求(1) 使用MATLAB对已录制的各种噪声信号（船舶噪声）进行频谱分析，并画出分析结果的功率谱曲线。
(2) 从传播噪声的谱分析中，取几组特征声线谱进行分析。
(3) 利用时-频分析处理方法对测量结果各谱线的谱特性进行讨论，并分析其产生的原因。
六、数据记录无实验四ADCP原理及数据处理方法一、实验目的1、了解声学多普勒流速剖面仪（Acoustic Doppler Current Profiler，ADCP）基本的工作原理和使用方法；2、掌握对ADCP实测数据的基本处理方法并作图实现；二、实验仪器声学多普勒流速剖面仪（Acoustic Doppler Current Profiler，ADCP）、计算机三、实验原理声学多普勒流速剖面仪（Acoustic Doppler Current Profiler）（图1）的英文缩写为ADCP，它是近十多年才发展和应用的一种快速、经济、有效的高精度测流仪器。
该仪器自20 世纪90 年代初被引进我国，至今已在我国的河流、湖泊、海洋等的水体流量测验中广泛应用，特别是在潮汐河段的水文测验中应用较多。
图1 声学多普勒流速剖面仪ADCP 安装在特制的船上（图2），每个ADCP 配有4 个换能器（图3），换能器与ADCP 轴线成一定夹角，每个换能器既是发射器又是接收器。
换能器发射的声波能集中于较窄的范围内，也称为声束。
换能器发射固定频率的声波，然后聆听被水体中颗粒物散射回来的声波。
假定颗粒物的运动速度和水体流速相同，当颗粒物的运动方向接近换能器时，换能器聆听到的回波频率比发射波的频率高；当颗粒物的运动方向背离换能器时，换能器聆听到的回波频率比发射波的频率低。
声学多普勒频移，即发射声波频率与回波频率之差由下式确定：CV F F S D 2 （1） （1）中：F D 为声学多普勒频移；F S 为发射声波频率；V 为颗粒物沿声波方向的移动速度；C 为声波在水中的传播速度。
2为系数，因为ADCP 既能发射声波又能接受回波，因此多普勒频移加倍。
图2四声束ADCP 换能器分布及编号示意ADCP 每个换能器轴线即为1个声束坐标，每个换能器测量的流速是水流沿其声束坐标方向的速度，任意3个换能器轴线即组成一组相互独立的空间声束坐标。
此外，ADCP 自身定义有直角坐标系：X -Y -Z 。
Z 方向与ADCP 轴线方向一致。
ADCP 首先测出沿每一声束坐标的流速分量，然后利用声束坐标与X -Y -Z 坐标之间的转换关系，将声束坐标系下的流速转换为X -Y -Z 坐标系下的三维流速，再利用罗盘和倾斜仪提供的方向、倾斜数据将X-Y-Z坐标系下的流速转换为地球坐标系下的流速。
而利用四个波束测量，增加了测量信息量，使流速测量的短期精度比采用三波束提高了25％，其对称性，能够有效地消除由于船只横摇和纵摆引起的流速测量误差。
图3 ADCP原理流程图四、实验内容1、通过Matlab作图给出测量过程中测量地形深度与行船轨迹变化关系；2、通过Matlab作图给出测量过程中行船轨迹上各店流速矢量分布图；3、通过Matlab作图给出某一测量断面全海深流速分布图；五、实验步骤1、通过Matlab编程三选二实现上述实验内容。
六、数据记录无实验五硬底均匀浅海声场建模研究一、实验目的1. 掌握利用简正波方法计算对典型浅海声场进行建模仿真；2. 掌握利用Matlab编程实现对单频声信号传播损失的计算；二、实验仪器计算机三、实验原理把浅海看做硬质海底，水深为常数和声速均匀的水层，是一简化了的浅海模型。
运用波动声学方法对简化浅海模型的分析，将得到有用的结论和了解浅海声传播的物理现象。
图1 硬底均匀浅海声道把浅海看作硬质海底，水深为常数和声速均匀的水层，是一简化了的浅海模型。
运用波动声学方法对简化浅海模型的分析，将得到有用的结论和了解浅海声传播的物理现象。
如图1仿真环境所示，若有一声速c =c 0、水深z =H 的均匀水层，z =0为海表面，海表面为一自由平整界面，z =H 为一完全硬质海底，点声源位于r =0、z =z 0处。
在该环境下，层中声场应满足非齐次赫姆霍兹方程，可写为：()02022π41r r --=+∂∂+⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂∂∂δA p k zp r p r r r （1） r 0为点源的位置r 0=0·r +z 0·z ，r 和z 为单位矢量。
δ(r －r 0)为三维狄拉克函数，定义为：()⎩⎨⎧=-⎰外包含在体积内包含在体积V V V V00001d r r r r δ （2）在圆柱对称情况下，体积分选成圆柱对称形式，则：()⎩⎨⎧=⋅-⎰1d d 20Vz r πr r r δ （3） 为了满足上式，把δ(r －r 0)选为：()()()00π21z z r r-⋅⋅=-δδδr r （4） 令A =1，式（1）可写成：()()020222221z z --=+∂∂+∂∂+∂∂δδr rp k z p r p r r p （5） 令()()()∑=nn n z Z r R z r p ,代入上式，经分离变量后得：()()0202222222d d d d 1d d z z r r Z k z Z R r R r r R Z n n n n n n n --=⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛++⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+∑δδ （6） 若Z n (z )满足22022d d 1n n n k z Z Z ζ=+，其中00c k ω=，ζn 为常数值，可得到Z n (z )所满足的微分方程：0d d 220222=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-+n n n Z c z Z ζω （7） 公式（7）的解需要满足正交归一化条件：()()⎩⎨⎧≠==⎰nm nm z z Z z Z Hm n 01d 0（8） Z n (z )被称为本征函数。
