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水下声学测距技术在海岸地形测量中的应用海岸地形测量是海洋科学和海洋工程领域的重要任务之一，它对于海岸管理、海洋工程建设和环境保护具有重要意义。
近年来，随着水下声学技术的发展和应用，水下声学测距技术逐渐成为海岸地形测量中的重要方法。
本文将介绍水下声学测距技术及其在海岸地形测量中的应用。
水下声学测距技术是利用声波在水中传播的原理，通过测量声波的传播时间来计算对象与声源的距离。
与传统的海洋地形测量方法相比，水下声学测距技术具有无需直接接触测量对象、测量范围广、分辨率高等优势，因此被广泛应用于海岸地形测量。
首先，水下声学测距技术可以用于测量海岸线的形态。
海岸线的形态对海岸地貌、波浪、沉积物运移等诸多方面具有重要影响，因此准确测量海岸线的形态变化对于海岸管理和预警具有重要意义。
通过将声源放置在海水中，利用声波的反射和折射特性，可以测量到海岸线与声源之间的距离，从而获得海岸线的形态。
其次，水下声学测距技术可以用于海底地形的测量。
海底地形的测量对于海洋工程建设、海洋资源开发等具有重要意义。
传统的海底地形测量方法主要依赖于潜水员进行人工测量，工作过程繁琐且存在一定的危险性。
而利用水下声学测距技术，只需要将声源放置在水下，即可通过测量声波的传播时间来推算出声源与海底的距离，进而获取海底地形的数据。
此外，水下声学测距技术还可以用于测量海底管道和电缆的敷设情况。
海底管道和电缆是海洋工程建设中常见的设施，它们的敷设情况对于海洋资源的开发和利用至关重要。
利用水下声学测距技术，可以通过测量声波在管道或电缆上传播的时间和路径，来推算出管道或电缆的敷设位置和状态，进而指导工程的施工和维护。
总体而言，水下声学测距技术在海岸地形测量中具有广泛的应用前景。
它可以实现对海岸线形态、海底地形、海底管道和电缆等多个方面的测量，为海洋科学和海洋工程领域的研究和应用提供了有力的数据支持。
随着水下声学测距技术和设备的不断升级和改进，相信其在海岸地形测量中的应用将会更加准确、高效和可靠。
水下声源定位技术的研究与应用一、引言水下声源定位技术是指通过声纳等探测设备来确定水下声源位置的技术。
随着深海勘探与开发的不断深入，越来越多的工作需要通过水下声源定位技术来实现。
本文将从水下声源定位技术的发展历程和基础知识、应用案例和未来发展方向等方面进行详细介绍。
二、水下声源定位技术的发展历程和基础知识自从20世纪初海洋调查开始，人们就开始尝试开发声纳技术来探测水下声源。
20世纪60年代，声纳技术得到逐步完善，水下声源定位技术也开始随着海洋科学的不断发展而不断改进和创新。
声纳技术主要需要用到声波、超声波等物理学知识和降噪、信号检测等信号处理技术。
其中，超声波可在水下传播距离更远，灵敏度更高。
而水下声源定位技术也开始向着精度、速度、探测深度和信噪比等方面进行不断优化。
三、水下声源定位技术的应用案例3.1 石油勘探石油是世界各国的重要能源资源。
在石油勘探中，水下声源定位技术被广泛应用。
声纳设备可以探测石油地层中的声波反射，获取地层信息，开展现场勘探和分析。
这种技术可以大幅减小开采成本，提高石油采集率和开采效益。
3.2 海底隧道施工海底隧道建设需要对隧道施工的稳定性和安全性进行保障。
其中，水下声源定位技术可以实时监测施工情况，获取隧道内相应数据，优化施工方案和提高施工效率，从而在海底隧道建设中发挥重要作用。
3.3 船舶探测水下声源定位技术广泛应用于船舶探测中。
通过声纳设备可以对深海中的障碍物和海床等进行探测。
这对于保障船只航行和预防海底障碍物的碰撞具有至关重要的意义。
四、水下声源定位技术的未来发展方向4.1 深海勘探随着海洋科学的不断进步，深海勘探成为了前沿性的课题。
因此，水下声源定位技术在深海勘探领域中的应用将越来越广泛。
优化声源定位技术精度，提高深海探测深度和信号传播能力，将有助于深海勘探领域的快速发展。
4.2 新型声纳设备新型水下声源定位技术的发展是具有重要意义的。
例如，开发集成了人工智能和机器学习等技术的水下声源探测设备，这将使声源定位技术的精度和速度得到极大的提高。
主要声学海流计介绍声学海流计有声学矢量平均海流计、声学多普勒海流计、声学多普勒海流剖面仪、声相关海流剖面仪。
声学矢量平均海流计通常有三个换能器，用三个分量的矢量合成得出海流矢量（流速和流向）。
声学多普勒海流计利用海水中运动散射体的后向散射声信号的多普勒频移原理来测量流速。
声学多普勒海流剖面仪和声相关海流剖面仪可以同时给出某一深度范围内流速和流向的分层分布，例如一次测量可以得到128层的海流，其流速和流向是某一厚度层水体运动速度矢量的平均值。
声学海流计利用声波在海水中的传播特性来测量海流。
声波是机械波，产生的多普勒频移效应来测定流速的。
其优点是能连续记录，仪器无机械活动部件，无摩擦，无滞后现象，测量感应时间快，不影响流场测量，可测微弱海流，声速可自动校准，测量更可靠。
由于声学海流计种类繁多，下面来介绍工作中常用的两款声学海流计，分别为UCM－60L 超声测流仪和船用浅海型多普勒海流剖面仪（ADCP）。
一、UCM－60L超声测流仪（一）用途及特点UCM-60L是一种声学矢量平均海流计，它通过测量超声波在水体中往返传播的时间差来测量流速。
声速与海水介质的温度有关，因此要进行温度误差修正。
除了声学换能器以外，仪器中还装有温度、电导率、压力、倾斜、方位等传感器。
温度和倾斜传感器主要用于测量结果的误差修正，方位传感器用于确定流向。
该仪器可分为直读式和自记式两种工作方式，通过软件控制，用户可通过定义一些参数和编程来操纵仪器，如更换采样速率、采样时间、数据平均时间、启动时间等。
主要测量流速、流向、声速、温度、电导率、深度（压力）、倾斜等环境和状态参数，并给出海水计算盐度和密度等环境参数。
测流仪由主机(即水下测量探头)、通讯电缆、终端三部分组成。
主机结构紧凑，所有的传感器、数据记录设备、微处理器、供电电池等均集中在直径100mm，长650mm的不锈钢耐压圆筒内，测量要素的探测、信号处理均在主机内完成。
整机无转动部件，机械磨损小。
第六章水下声标定位水声定位系统是用于测定水下或水面运载工具位置的定位系统。
水声定位系统利用超声波传播信号，具有的方向性好、贯穿能力强的特点。
水声定位系统有三种工作方式：长基线系统、短基线系统和超短基线系统。
6.1 水声定位基础6.1.1 水声定位的基本设备水声定位系统通常由船台设备和若干水下设备组成。
船台设备包括一台具有发射、接收和测距功能的控制、显示设备和置于船底的换能器（也可置于船后的“拖鱼”内）以及水听器阵。
水下设备主要是声学应答器基阵。
所谓基阵，即固设于海底的位置已准确测定的一组应答器阵列。
水声定位系统中有关电子设备的电路工作原理与一般电子线路相同，在此不予赘述。
下面仅简要介绍系统中的水声设备。
换能器是一种声电转换器，能根据需要使声振荡和电振荡相互转换。
为发射（或接收）信号服务，起着水声天线的作用，如经常使用的磁致伸缩换能器和电致伸缩换能器。
磁致伸缩换能器的基本原理是当绕有线圈的镍棒（通电）在交变磁场作用下会产生形变（振动）而产生声波，电能转变成声能；而磁化了的镍棒在外力（声波）作用下产生形变（振动），从而使棒内的磁场也相应变化，而产生电振荡，声能转变为电能。
水听器本身不发射声信号，只是接收声信号。
通过换能器将接收的声信号转主成电信号。
输入船台或岸台的接收机中。
应答器既能接收声信号，而且还能发射不同于所接收声信号频率的应答信号。
它是水声定位系统的主要水下设备。
它也能作为海底控制点的照准标志（称为水声声标）。
6.1.2 水声定位系统的基本定位方式水声定位系统通常有两种定位方式，即测距和测向。
一、测距水声测距定位原理如图6—1所示。
它由船台发射机通过安置于船底的换能器M向水下应答器P（位置已知）发射声脉冲信号（询问信号），应答器接收该信号后即发回一应答声脉冲信号，船台接收机记录发射询问信号图6—1和接收应答信号的时间间隔，通过下式即可算出船至水下应答器之间的距离（斜距）： Ct D 21=（6—1） 由于应答器的深度Z 已知，于是，船台至应答器之间的水平距离S 可按下式求出： 22Z D S -=（6—2）当有两个水下应答器，则可获得两条距离，以双圆方式交会出船位。
水下航行器导航与定位技术学习提纲主要参考书：1．导航与定位——现代战争的北斗星，干国强主编，国防工业出版社，20002．水下导航信息融合技术，朱海，莫军著，国防工业出版社，20023．卡尔曼滤波与组合导航原理，秦永元，西北工业大学出版社，1998主要内容：导航技术概论(参考书1)航位推算系统声学导航系统陆基无线电导航系统(参考书1)卫星导航系统(参考书1)惯性导航系统(参考书1)其它水下导航方法(重力梯度、地形匹配、磁导航等)水下组合导航技术(参考书1)要求：全文阅读讲义；阅读参考书指定章节；掌握各类主要导航方法的基本原理、适用范围、优缺点；掌握推算航位导航的计算方法。
目录水下航行器导航与定位技术 0第一章水下导航技术概论 (2)§1.1 导航的基本概念 (2)第二章航位推算 (2)§2.1概述 (2)§2.2航位推算的定义 (3)第三章声学导航系统 (9)第四章陆基无线电导航系统 (13)第五章卫星导航系统 (13)第六章惯性导航系统 (13)6．1航海陀螺仪器的发展 (13)6．2 以捷联惯导为核心的组合导航技术 (16)第七章其它水下导航技术 (17)§7.1 地形辅助导航 (17)§7.2 地球物理导航 (19)§7.3 各种水下助航方法(舰船导航，2001，6) (20)7.3.1 磁导航 (20)7.3.2重力导航 (21)§7.4 地形辅助导航技术 (23)第八章水下组合导航技术 (23)第一章水下导航技术概论导航的基本作用是引导飞机、舰船、车辆、个人等，安全准确地沿着所选定的路线，准时地到达目的地。
§1.1 导航的基本概念“导航”就是正确地引导航行器沿着预定的航线在规定的时间内到达目的地的过程。
为了完成这个任务，就需要随时知道航行器的瞬时地理位置、航行速度、航行器的姿态、航向等参数。
这些参数，通常称作导航参数。
声学技术▏声学多普勒测速仪标校技术研究船载多普勒测速仪通过对多普勒频移信息进行解算进而得到对海水或者对海底的速度信息，进一步可以得到载体航速、航迹等信息。
相比于全球定位系统(GPS)需要利用卫星定位，多普勒测速仪可以自主得到航迹航速，在进行水下探测时具有GPS所没有的优势。
测速仪的主要误差在于基阵安装时的安装偏角，无论人为如何精确地对准，包括前期的基阵设计和后期的基阵安装，测速基阵总会与载体艏向、横向和纵向间存在安装误差，该误差从空间上看是三维的误差，即与载体艏向误差、载体横向误差以及载体的纵向误差。
在安装时，我们希望GPS导航仪、姿态传感器和测速基阵的坐标系在空间上全部对齐，但是安装误差会以恒定偏移的形式添加到解算的载体速度上，从而使得画出的航迹路线与实际航迹偏离得越来越远。
虽然安装误差角度较小，并且下文可以看到的横摇偏差和纵摇偏差对载体运动的影响远小于航偏误差，但是使用多普勒测速仪估计对水速度时，偏移误差就显得非常重要，0.1°的纵摇误差会让船体运动的0.5%变成垂直分力，0.1°的航偏角误差会让船体运动的0.5%变成侧向分力。
偏差速度与船体运动速度相比较小，但是当研究对水速度时，由于水的运动速度通常比较小，而安装的误差保持不变，对水流测速的影响就会越来越大。
本文将介绍如何利用多普勒测速仪的对底测量速度校准航偏角，通过和GPS 的航迹比对，得到测速基阵安装的航偏角。
再利用纵向剖面的几何关系，进一步校准横摇偏角和纵摇偏角。
一、三维空间校准⒈航偏角校准首先对航偏角与横摇角和纵摇角做出说明：载体行驶时与大地坐标系下正北方向的夹角为航偏角；水平方向上，载体纵倾与水平面的夹角为纵摇角；载体横摇时与水平面的夹角为横摇角，此为普遍意义上的定义。
而在研究多普勒测速仪时，航偏角、纵摇角和横摇角的定义如下：安装时多普勒测速仪与载体之间存在安装偏角，与载体艏向的夹角为航偏角α，与载体纵向的夹角为纵摇角β，与载体横向的夹角为横摇角γ。
