本發(fā)明涉及一種多普勒計(jì)程儀對(duì)水測(cè)速精度考核的方法，屬于水聲測(cè)速技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

高精度聲學(xué)多普勒計(jì)程儀(Acoustic Doppler Log,ADL)可應(yīng)用于水面艦船和水下運(yùn)載器的導(dǎo)航定位，為導(dǎo)航系統(tǒng)提供精確的速度信息，以修正導(dǎo)航系統(tǒng)由于長時(shí)間的速度誤差累積，滿足遠(yuǎn)程、長時(shí)間航行的導(dǎo)航要求，因此提高多普勒計(jì)程儀的測(cè)速精度非常重要。

計(jì)程儀主要有拖曳計(jì)程儀、轉(zhuǎn)輪計(jì)程儀、水壓計(jì)程儀、電磁計(jì)程儀、多普勒計(jì)程儀、聲相關(guān)計(jì)程儀等類型。其中，多普勒計(jì)程儀準(zhǔn)確性好，靈敏度高，可測(cè)縱向和橫向速度，主要用于巨型船舶在狹水道航行、進(jìn)出港、靠離碼頭時(shí)提供船舶縱向和橫向運(yùn)動(dòng)的精確數(shù)據(jù)。多普勒計(jì)程儀受作用深度限制，超過數(shù)百米時(shí)，只能利用水層中的水團(tuán)質(zhì)點(diǎn)作反射層，變成對(duì)水計(jì)程儀。

多普勒計(jì)程儀的測(cè)速精度分為對(duì)地測(cè)速精度和對(duì)水測(cè)速精度兩部分。其中，衡量多普勒計(jì)程儀對(duì)地測(cè)速精度的常用方法主要為高精度GPS測(cè)速比對(duì)法，利用高精度的星站差分GPS的測(cè)速精度可到10^-2m/s量級(jí)，滿足對(duì)多普勒計(jì)程儀的對(duì)地測(cè)速精度評(píng)定需求。但現(xiàn)有的衡量多普勒計(jì)程儀對(duì)水測(cè)速精度的方法容易受風(fēng)速、風(fēng)向、各水流層流速流向等因素的影響，難以給出精確地評(píng)定多普勒計(jì)程儀對(duì)水測(cè)速精度。

目前，評(píng)定多普勒計(jì)程儀對(duì)不同水流層測(cè)速精度的常用方法為：水槽拖車試驗(yàn)、同步比測(cè)試驗(yàn)、自身航行試驗(yàn)。

水槽拖車試驗(yàn)適用于工作頻率大于300KHz的計(jì)程儀精度檢驗(yàn)，難以模擬真實(shí)的多普勒計(jì)程儀復(fù)雜的使用環(huán)境，不適用于高精度ADL測(cè)流精度考核。

同步比測(cè)試驗(yàn)是最為簡(jiǎn)單理想的精度檢驗(yàn)方法，但一方面，需要工作頻率與被檢驗(yàn)多普勒計(jì)程儀工作頻率不在同一頻段的更高精度的計(jì)程儀作為檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)儀器，而國外的高精度大深度多普勒計(jì)程儀對(duì)我國是全面限制的，這就使得同步比測(cè)法無法用于新研制的高精度計(jì)程儀；另一方面，實(shí)艇條件下，一般不具備同時(shí)安裝被測(cè)和同步比測(cè)的計(jì)程儀的條件，這進(jìn)一步限制了同步比測(cè)方法的使用。

對(duì)于工作頻率不大于300kHz的計(jì)程儀，且試驗(yàn)船上不具備同時(shí)安裝被測(cè)和同步比測(cè)的計(jì)程儀時(shí)，目前只有通過自身航行試驗(yàn)來考核計(jì)程儀的分層對(duì)水相對(duì)速度測(cè)量精度。目前，聲學(xué)多普勒計(jì)程儀檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)給出的自身航行試驗(yàn)法都是以高精度GPS作為檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)儀器，檢測(cè)原理主要有以下幾種：

(1)流速比對(duì)法(GB/T 24558-2009)

該方法的檢測(cè)原理為：試驗(yàn)船在同一航線上，進(jìn)行兩個(gè)航次試驗(yàn)，第一個(gè)航次中同時(shí)記錄ADL底跟蹤速度值(對(duì)地速度)與GPS速度值，第二個(gè)航次中記錄ADL測(cè)流速度值(對(duì)水速度)，計(jì)算ADL底跟蹤速度與ADL測(cè)流速度的差值(即ADL測(cè)得的水流速度)，通過與GPS測(cè)得的水流速度相比較的方法統(tǒng)計(jì)ADL對(duì)水測(cè)速偏差。

流速比對(duì)法的核心思想在于：ADL測(cè)得的水流速度等于GPS測(cè)得的水流速度。該方法有一個(gè)明顯的缺點(diǎn)：GPS測(cè)得的流速基準(zhǔn)值與ADL的測(cè)流精度相關(guān)，即考核基準(zhǔn)為非獨(dú)立項(xiàng)。嚴(yán)格意義上，該方法不能用于考核ADL測(cè)流精度。

(2)矢量差法(HY/T 102-2007)

該方法的檢測(cè)原理為：試驗(yàn)船在同一航線上作往返勻速直線航行，在滿足要求的試驗(yàn)區(qū)內(nèi)，同時(shí)記錄被檢ADL在同一地點(diǎn)往返航行的直接測(cè)量值(海流相對(duì)于載體的速度)、GPS測(cè)得的對(duì)地速度值，然后計(jì)算GPS同一地點(diǎn)的往返速度VGPS矢量差(矢量差用N、E分量分別相減后再合成計(jì)算)序列的平均值和被檢ADL相應(yīng)地點(diǎn)的往返速度矢量差序列VADL的平均值，最后通過計(jì)算相關(guān)系數(shù)r、回歸系數(shù)a和b來評(píng)判ADL的測(cè)速精度。

矢量差法的核心思想在于：被檢ADL在同一地點(diǎn)往返航行的直接測(cè)量值(海流相對(duì)于載體的速度)的矢量差等于載體往返航行的對(duì)地速度值(GPS測(cè)量值)的矢量差。該思想成立的前提條件是表層洋流速度與被測(cè)層洋流速度相同，且不考慮風(fēng)、浪涌等外界作用力的影響，否則該方法不成立。矢量差法的運(yùn)用條件，決定了該方法計(jì)算精度不高，較適用于平穩(wěn)流場(chǎng)，如湖泊、江、河或試驗(yàn)場(chǎng)海域)進(jìn)行試驗(yàn)，不適合在復(fù)雜多變的海洋環(huán)境中進(jìn)行試驗(yàn)，故而也無法驗(yàn)證ADL在真實(shí)海洋環(huán)境中的流速測(cè)量精度。

(3)“順-逆”合速度消流法(自身航行試驗(yàn))：

該方法的檢測(cè)原理為：試驗(yàn)船在同一航線上，通過“順-逆”或“逆-順”兩個(gè)航次消流的方式，由ADL對(duì)某一深度的水層進(jìn)行測(cè)速，通過與高精度GPS測(cè)得的對(duì)地速度相比較的方法統(tǒng)計(jì)ADL對(duì)水測(cè)速偏差。

“順-逆”合速度消流法的核心思想在于：被檢ADL在同一航線順流和逆流航行的直接測(cè)量值(海流相對(duì)于載體的速度)的合速度之和等于載體順流和逆流航行的對(duì)地速度值(GPS測(cè)量值)的合速度之和。該思想成立的前提條件是試驗(yàn)船的航向與洋流、風(fēng)等外界作用力的方向保持同向。當(dāng)洋流方向、風(fēng)向、浪涌流向等外界作用力方向與試驗(yàn)船的航向有夾角時(shí)，該方法的計(jì)算精度會(huì)受到影響，即“順-逆”合速度消流法的計(jì)算精度與洋流流速、風(fēng)速及洋流流向和風(fēng)向與試驗(yàn)船航向夾角大小等因素相關(guān)?！绊?逆”合速度消流法雖然可以用于在真實(shí)的海洋環(huán)境中對(duì)ADL的流速測(cè)量精度進(jìn)行考核，但為保障考核精度，對(duì)試驗(yàn)船的機(jī)動(dòng)、海區(qū)海況等試驗(yàn)條件要求苛刻，這就決定了該方法在實(shí)際試驗(yàn)中也無法獲得很高的考核精度。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是進(jìn)一步降低或消除現(xiàn)有“多普勒計(jì)程儀對(duì)水測(cè)速精度考核方法”中存在的“洋流流速流向、風(fēng)速風(fēng)向等外界因素影響ADL對(duì)水測(cè)速考核精度”的技術(shù)缺陷，提出了一種多普勒計(jì)程儀對(duì)水測(cè)速考核的方法。

一種多普勒計(jì)程儀對(duì)水測(cè)速精度考核的方法所依托的對(duì)水測(cè)速精度考核系統(tǒng)，主要包括數(shù)據(jù)采集分析設(shè)備、檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)儀器、慣導(dǎo)設(shè)備和多普勒計(jì)程儀；

其中，檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)儀器為GPS接收機(jī)或北斗接收機(jī)，GPS接收機(jī)，簡(jiǎn)稱GPS；全文中以GPS接收機(jī)為例進(jìn)行專利技術(shù)說明；

多普勒計(jì)程儀還可以是其他類型的計(jì)程儀；

各設(shè)備的功能如下：

數(shù)據(jù)采集分析設(shè)備同時(shí)采集檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)儀器發(fā)送的試驗(yàn)船實(shí)時(shí)位置信息和多普勒計(jì)程儀發(fā)送的試驗(yàn)船實(shí)時(shí)速度信息；

檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)儀器同時(shí)向慣導(dǎo)設(shè)備和多普勒計(jì)程儀發(fā)送時(shí)鐘信息；

慣導(dǎo)設(shè)備向多普勒計(jì)程儀發(fā)送試驗(yàn)船航向信息和縱橫搖角信息；

多普勒計(jì)程儀實(shí)時(shí)測(cè)量試驗(yàn)船的對(duì)水速度信息；

為保障測(cè)速精度，需要多普勒計(jì)程儀的設(shè)備載體在航行過程中保持輪機(jī)轉(zhuǎn)速V_e不變，航向偏差≤±1°；

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：

以GPS接收機(jī)作為檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)儀器，試驗(yàn)船在同一航線上往返航行三個(gè)航次，三個(gè)航次中分別記錄ADL測(cè)得的試驗(yàn)船相對(duì)于各水層的橫向分速度和縱向分速度；然后，對(duì)這三個(gè)航次記錄的各水層橫向平均分速度與縱向平均分速度進(jìn)行消流處理，消流處理的結(jié)果值的合速度即為樣機(jī)的待考核速度，最后，通過與GPS速度真值比對(duì)統(tǒng)計(jì)測(cè)量偏差；

其中，所述的同一航線上往返航行三個(gè)航次為“順-逆-順”，也可以為“逆-順-逆”；

GPS速度真值，約等于輪機(jī)轉(zhuǎn)速，其計(jì)算方法為：

在同一航線上往返航行的“順-逆-順”或“逆-順-逆”三個(gè)航次中，先將GPS接收機(jī)的速度分解到船的橫向和縱向兩個(gè)方向上，分別求出這兩個(gè)方向上三個(gè)航次的橫向分速度平均值、縱向分速度平均值；

再分別求出橫向和縱向兩個(gè)方向上GPS接收機(jī)平均速度的平均值；

然后，求出航跡向合速度，即為考核真值；

一種多普勒計(jì)程儀對(duì)水測(cè)速精度考核的方法，具體步驟如下：

步驟A、記錄第一航次數(shù)據(jù)；

其中，記錄第一航次數(shù)據(jù)的記錄時(shí)刻為：

第一航次數(shù)據(jù)包括：

第一航次多普勒計(jì)程儀橫向測(cè)速結(jié)果，記為：

第一航次多普勒計(jì)程儀縱向測(cè)速結(jié)果，記為：

第一航次GPS橫向測(cè)速結(jié)果，記為：

第一航次GPS縱向測(cè)速結(jié)果，記為：

其中，以及分別對(duì)應(yīng)時(shí)刻測(cè)得的相應(yīng)各項(xiàng)結(jié)果；

步驟B、記錄第二航次數(shù)據(jù)；

其中，記錄第二航次數(shù)據(jù)的記錄時(shí)刻為：

第二航次數(shù)據(jù)包括：

第二航次多普勒計(jì)程儀橫向測(cè)速結(jié)果，記為：

第二航次多普勒計(jì)程儀縱向測(cè)速結(jié)果，記為：

第二航次GPS橫向測(cè)速結(jié)果，記為：

第二航次GPS縱向測(cè)速結(jié)果，記為：

其中，以及分別對(duì)應(yīng)時(shí)刻測(cè)得的相應(yīng)各項(xiàng)結(jié)果；

步驟C、記錄第三航次數(shù)據(jù)；

其中，記錄第三航次數(shù)據(jù)的記錄時(shí)刻為：

第三航次數(shù)據(jù)包括：

第三航次多普勒計(jì)程儀橫向測(cè)速結(jié)果，記為：

第三航次多普勒計(jì)程儀縱向測(cè)速結(jié)果，記為：

第三航次GPS橫向測(cè)速結(jié)果，記為：

第三航次GPS縱向測(cè)速結(jié)果，記為：

其中，以及分別對(duì)應(yīng)時(shí)刻測(cè)得的相應(yīng)各項(xiàng)結(jié)果；

步驟D、統(tǒng)計(jì)上述三個(gè)航次的平均值，具體為：

D.1對(duì)步驟A的第一航次數(shù)據(jù)做如下統(tǒng)計(jì)：

通過(D11)計(jì)算多普勒計(jì)程儀橫向速度平均值：

通過(D12)計(jì)算多普勒計(jì)程儀縱向速度平均值：

通過(D13)計(jì)算GPS橫向速度平均值：

通過(D14)計(jì)算GPS縱向速度平均值：

D.2對(duì)步驟B的第二航次數(shù)據(jù)做如下統(tǒng)計(jì)：

通過(D21)計(jì)算多普勒計(jì)程儀橫向速度平均值：

通過(D22)計(jì)算多普勒計(jì)程儀縱向速度平均值：

通過(D23)計(jì)算GPS橫向速度平均值：

通過(D24)計(jì)算GPS縱向速度平均值：

D.3對(duì)步驟C的第三航次數(shù)據(jù)做如下統(tǒng)計(jì)：

通過(D31)計(jì)算多普勒計(jì)程儀橫向速度平均值：

通過(D32)計(jì)算多普勒計(jì)程儀縱向速度平均值：

通過(D33)計(jì)算GPS橫向速度平均值：

通過(D34)計(jì)算GPS縱向速度平均值：

步驟E、對(duì)步驟D的三個(gè)航次統(tǒng)計(jì)的多普勒計(jì)程儀和GPS的橫向、縱向速度測(cè)量值的平均值進(jìn)行消流處理，具體為：

E.1通過公式(E1)計(jì)算多普勒計(jì)程儀消流后的橫向速度平均值：

E.2通過公式(E2)計(jì)算多普勒計(jì)程儀消流后的縱向速度平均值：

E.3通過公式(E3)計(jì)算GPS消流后的橫向速度平均值：

E.4通過公式(E4)計(jì)算GPS消流后的縱向速度平均值：

步驟F、由值的大小可以判定往返航行三航次期間的洋流穩(wěn)定性以及試驗(yàn)船航向穩(wěn)定性，進(jìn)而判定該次考核樣本是否有效，ADL對(duì)水測(cè)速精度值可分為合速度考核與分速度考核兩種，具體為：

F.1當(dāng)以合速度進(jìn)行考核時(shí)，通過(F11)計(jì)算GPS速度真值：

多普勒計(jì)程儀待考核速度值通過(F12)計(jì)算：

由此可得多普勒計(jì)程儀對(duì)水測(cè)速的精度通過(F13)計(jì)算：

F.2當(dāng)以分速度進(jìn)行考核時(shí)，GPS橫向速度與縱向速度真值分別通過(E3)和(E4)計(jì)算，多普勒計(jì)程儀待考核橫向速度與縱向速度值分通過(E1)和(E2)計(jì)算，多普勒計(jì)程儀對(duì)水橫向與縱向測(cè)速精度通過(F21)計(jì)算：

至此，從步驟A到步驟F，完成了一種多普勒計(jì)程儀對(duì)水測(cè)速精度考核的方法。

有益效果

本發(fā)明一種多普勒計(jì)程儀對(duì)水測(cè)速精度考核的方法，與其他對(duì)水測(cè)速精度考核方法相比，具有如下有益效果：

1.本發(fā)明所提出的方法可以減小洋流流速流向、風(fēng)速風(fēng)向?qū)Χ嗥绽沼?jì)程儀測(cè)流速度考核精度的影響；

2.本發(fā)明所提出的方法通過分析抗洋流流速流向、風(fēng)速風(fēng)向等外界因素干擾的特性原理，理論分析了本發(fā)明所提方法相對(duì)于消流法的精度優(yōu)勢(shì)，極大地提高了對(duì)多普勒測(cè)速測(cè)流儀儀器設(shè)備測(cè)速精度評(píng)判，促進(jìn)了高精度多普勒測(cè)速測(cè)流儀制造行業(yè)的發(fā)展；

3.本方法不僅對(duì)考核多普勒計(jì)程儀對(duì)水測(cè)速精度有效，對(duì)考核其它計(jì)程儀或計(jì)程儀的測(cè)流精度同樣有效。

附圖說明

圖1是本發(fā)明一種多普勒計(jì)程儀對(duì)水測(cè)速精度考核的方法所依托的對(duì)水測(cè)速精度考核系統(tǒng)原理圖；

圖2是本發(fā)明一種多普勒計(jì)程儀對(duì)水測(cè)速精度考核的方法在風(fēng)和水流因素時(shí)，多普勒計(jì)程儀對(duì)水測(cè)速考核試驗(yàn)船航行的方案示意圖；

圖3是本發(fā)明一種多普勒計(jì)程儀對(duì)水測(cè)速精度考核的方法考慮風(fēng)和水流因素時(shí)，計(jì)程儀設(shè)備載體試驗(yàn)航行的解算示意圖；

其中，1為數(shù)據(jù)采集分析設(shè)備，2為GPS接收機(jī)，3為慣導(dǎo)設(shè)備，4為多普勒計(jì)程儀，5為試驗(yàn)船。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說明。

實(shí)施例1

本實(shí)施例闡述了本發(fā)明所采用的矢量平均法的抗干擾原理，具體為：

影響“順-逆”合速度標(biāo)量消流法對(duì)ADL測(cè)流考核精度的主要因素為各水流層的流速流向和風(fēng)速風(fēng)向，下面將從原理上分別分析考慮這些因素影響下，試驗(yàn)船在同一航線上往返勻速直線航行時(shí)，GPS接收機(jī)測(cè)得的試驗(yàn)船速度值V_GPS與ADL測(cè)得的試驗(yàn)船相對(duì)于各洋流層速度值的關(guān)系。在以下的分析中，假定：

a.往返勻速直航期間，各洋流層的流速、流向和風(fēng)速、風(fēng)向均保持穩(wěn)定，表層洋流的速度值為記ADL測(cè)得的試驗(yàn)船相對(duì)于第k層洋流速度值為

b.往返勻速直航的航跡線重合或近距離平行(航跡線下的洋流狀態(tài)一致)；

c.往返勻速直航期間，試驗(yàn)船的主機(jī)轉(zhuǎn)速V_主保持不變。

(1)不考慮風(fēng)和洋流的影響(平靜的海洋面，無洋流)

a)順流，航向角為β時(shí)

ADL測(cè)得的試驗(yàn)船相對(duì)于第k層洋流的橫向速度和縱向速度分別為

橫向速度：

縱向速度：

GPS接收機(jī)測(cè)得的試驗(yàn)船的對(duì)地橫向速度和縱向速度分別為

橫向速度：

縱向速度：

b)逆流，航向角為β+180°時(shí)

ADL測(cè)得的試驗(yàn)船相對(duì)于第k層洋流的橫向速度和縱向速度分別為

橫向速度：

縱向速度：

GPS接收機(jī)測(cè)得的試驗(yàn)船的對(duì)地橫向速度和縱向速度分別為

橫向速度：

縱向速度：

則，“順-逆”兩個(gè)航程與V_GPS的橫向與縱向分速度平均值分別為：

ADL橫向速度平均值：

ADL縱向速度平均值：

GPS接收機(jī)的橫向速度平均值：

GPS接收機(jī)的縱向速度平均值：

即有

(2)僅考慮表層洋流的影響(無風(fēng)，各層洋流的流速流向與表層洋流一致)，表層洋流流向與航向的夾角為

a)順流，航向角為β時(shí)

ADL測(cè)得的試驗(yàn)船相對(duì)于第k層洋流的橫向速度和縱向速度分別為

橫向速度：

縱向速度：

GPS接收機(jī)測(cè)得的試驗(yàn)船的對(duì)地橫向速度和縱向速度分別為

橫向速度：

縱向速度：

上式中，分別表示表層洋流的橫向、縱向速度。

b)逆流，航向角為β+180°時(shí)

ADL測(cè)得的試驗(yàn)船相對(duì)于第k層洋流的橫向速度和縱向速度分別為

橫向速度：

縱向速度：

上式中，分別表示表層洋流的橫向、縱向速度。

GPS接收機(jī)測(cè)得的試驗(yàn)船的對(duì)地橫向速度和縱向速度分別為

橫向速度：

縱向速度：

同理，可得

(3)僅考慮洋流的影響(無風(fēng)，各層洋流的流速流向均不相同)，第k層洋流流速為流向與航向的夾角為

a)順流，航向角為β時(shí)

ADL測(cè)得的試驗(yàn)船相對(duì)于第k層洋流的橫向速度和縱向速度分別為

橫向速度：

縱向速度：

GPS接收機(jī)測(cè)得的試驗(yàn)船的對(duì)地橫向速度和縱向速度分別為

橫向速度：

縱向速度：

b)逆流，航向角為β+180°時(shí)

ADL測(cè)得的試驗(yàn)船相對(duì)于第k層洋流的橫向速度和縱向速度分別為

橫向速度：

縱向速度：

GPS接收機(jī)測(cè)得的試驗(yàn)船的對(duì)地橫向速度和縱向速度分別為

橫向速度：

縱向速度：

同理，可得

(4)僅考慮風(fēng)和表層洋流的影響(有風(fēng)，各層洋流的流速流向與表層洋流一致)，風(fēng)速為V^風(fēng)，風(fēng)向與航向的夾角為θ^風(fēng)，第k層洋流流速為流向與航向的夾角為

a)順流，航向角為β時(shí)

ADL測(cè)得的試驗(yàn)船相對(duì)于第k層洋流的橫向速度和縱向速度分別為

橫向速度：

縱向速度：

GPS接收機(jī)測(cè)得的試驗(yàn)船的對(duì)地橫向速度和縱向速度分別為

橫向速度：

縱向速度：

b)逆流，航向角為β+180°時(shí)

ADL測(cè)得的試驗(yàn)船相對(duì)于第k層洋流的橫向速度和縱向速度分別為

橫向速度：

縱向速度：

GPS接收機(jī)測(cè)得的試驗(yàn)船的對(duì)地橫向速度和縱向速度分別為

橫向速度：

縱向速度：

同理，可得

(5)考慮風(fēng)和洋流的影響地方(有風(fēng)，各層洋流的流速流向均不相同)，風(fēng)速為V^風(fēng)，風(fēng)向與航向的夾角為θ^風(fēng)，第k層洋流流速為流向與航向的夾角為

a)順流，航向角為β時(shí)

ADL測(cè)得的試驗(yàn)船相對(duì)于第k層洋流的橫向速度和縱向速度分別為

橫向速度：

縱向速度：

GPS接收機(jī)測(cè)得的試驗(yàn)船的對(duì)地橫向速度和縱向速度分別為

橫向速度：

縱向速度：

b)逆流，航向角為β+180°時(shí)

ADL測(cè)得的試驗(yàn)船相對(duì)于第k層洋流的橫向速度和縱向速度分別為

橫向速度：

縱向速度：

GPS接收機(jī)測(cè)得的試驗(yàn)船的對(duì)地橫向速度和縱向速度分別為

橫向速度：

縱向速度：

同理，可得

綜上，可得如下結(jié)論：

“順-逆”或“逆-順”兩個(gè)航程的ADL速度矢量平均值與GPS速度矢量平均值相等，均為(0，V_主)，不受風(fēng)速、風(fēng)向和流速、流向的影響，當(dāng)以GPS速度矢量平均值作為考核基準(zhǔn)時(shí)，即可對(duì)ADL測(cè)流精度進(jìn)行精確考核。

由此得到一種高精度的ADL測(cè)流精度考核方法，命名為“矢量平均法”。該方法不受風(fēng)速、風(fēng)向、流速、流向等復(fù)雜海洋環(huán)境的影響，抗干擾能力強(qiáng)，對(duì)各層洋流流速的考核精度具有一致性。影響考核精度的主要因素為航向穩(wěn)定性。

實(shí)施例2

本實(shí)施例闡述了本發(fā)明所提出方法的檢測(cè)原理以及具體監(jiān)測(cè)步驟。

一種多普勒計(jì)程儀對(duì)水測(cè)速精度考核的方法所依托的對(duì)水測(cè)速精度考核系統(tǒng)原理圖如圖1所示。

由圖1可以看出：對(duì)水測(cè)速精度考核系統(tǒng)中各設(shè)備作用如下：1(數(shù)據(jù)采集分析設(shè)備)同時(shí)采集2(GPS接收機(jī))發(fā)送的試驗(yàn)船實(shí)時(shí)位置信息和4(多普勒計(jì)程儀)發(fā)送的試驗(yàn)船實(shí)時(shí)速度信息；2(GPS接收機(jī))同時(shí)向3(慣導(dǎo)設(shè)備)和4(多普勒計(jì)程儀)發(fā)送時(shí)鐘信息，3(慣導(dǎo)設(shè)備)向4(多普勒計(jì)程儀)發(fā)送試驗(yàn)船航向信息和縱橫搖角信息，4(多普勒計(jì)程儀)實(shí)時(shí)測(cè)量試驗(yàn)船的對(duì)水速度信息。

圖2給出了對(duì)水測(cè)速航行方案示意圖，以GPS作為檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)儀器，試驗(yàn)船在同一航線上往返航行三個(gè)航次(如“順-逆-順”或“逆-順-逆”)，三個(gè)航次中分別記錄ADL測(cè)得的試驗(yàn)船相對(duì)于各水層的橫向分速度和縱向分速度，然后對(duì)這三個(gè)航次記錄的各水層橫向平均分速度與縱向平均分速度進(jìn)行消流處理，其結(jié)果值的合速度即為樣機(jī)的待考核速度，通過與GPS速度真值(約等于輪機(jī)轉(zhuǎn)速)比對(duì)統(tǒng)計(jì)測(cè)量偏差。其中，GPS速度真值的計(jì)算方法為：在“順-逆-順”或“逆-順-逆”三個(gè)航次中，先將GPS速度分解到船的橫向和縱向兩個(gè)方向上，分別求出這兩個(gè)方向上三個(gè)航次的平均速度，再分別求出橫向和縱向兩個(gè)方向上GPS平均速度的平均值，然后求出航跡向合速度，即為考核真值。在以上測(cè)量過程中，為保障測(cè)速精度，需要多普勒計(jì)程儀設(shè)備載體在航行過程中保持輪機(jī)轉(zhuǎn)速V_e不變，航向偏差≤±1°，具體實(shí)現(xiàn)步驟如下：

第一航次數(shù)據(jù)：

記錄時(shí)刻：

多普勒計(jì)程儀橫向測(cè)速結(jié)果：

多普勒計(jì)程儀縱向測(cè)速結(jié)果：

GPS橫向測(cè)速結(jié)果：

GPS縱向測(cè)速結(jié)果：

第二航次數(shù)據(jù)：

記錄時(shí)刻：

第二航次數(shù)據(jù)包括：

多普勒計(jì)程儀橫向測(cè)速結(jié)果：

多普勒計(jì)程儀縱向測(cè)速結(jié)果：

GPS橫向測(cè)速結(jié)果：

GPS縱向測(cè)速結(jié)果：

第三航次數(shù)據(jù)：

記錄時(shí)刻：

多普勒計(jì)程儀橫向測(cè)速結(jié)果：

多普勒計(jì)程儀縱向測(cè)速結(jié)果：

GPS橫向測(cè)速結(jié)果：

GPS縱向測(cè)速結(jié)果：

統(tǒng)計(jì)上述三個(gè)航次各種分速度的平均值，分別如下：

第一個(gè)航次：

多普勒計(jì)程儀橫向速度平均值：

多普勒計(jì)程儀縱向速度平均值：

GPS橫向速度平均值：

GPS縱向速度平均值：

第二個(gè)航次：

多普勒計(jì)程儀橫向速度平均值：

多普勒計(jì)程儀縱向速度平均值：

GPS橫向速度平均值：

GPS縱向速度平均值：

第三個(gè)航次：

多普勒計(jì)程儀橫向速度平均值：

多普勒計(jì)程儀縱向速度平均值：

GPS橫向速度平均值：

GPS縱向速度平均值：

對(duì)以上三個(gè)航次計(jì)程儀和GPS的橫向、縱向速度測(cè)量值的平均值進(jìn)行消流處理：

多普勒計(jì)程儀消流后的橫向速度平均值：

多普勒計(jì)程儀消流后的縱向速度平均值：

GPS消流后的橫向速度平均值：

GPS消流后的縱向速度平均值：

由值的大小可以判定往返航行三航次期間的洋流穩(wěn)定性以及試驗(yàn)船航向穩(wěn)定性，進(jìn)而判定該次考核樣本是否有效。

當(dāng)以合速度進(jìn)行考核時(shí)，有：

GPS速度真值為：

多普勒計(jì)程儀待考核速度值為：

由此可得

多普勒計(jì)程儀對(duì)水測(cè)速的精度為：

當(dāng)以分速度進(jìn)行考核時(shí)，有

GPS橫向速度與縱向速度真值分別如式(7-3)、(7-4)所示，計(jì)程儀待考核橫向速度與縱向速度值分別如式(7-1)、(7-2)所示，計(jì)程儀對(duì)水橫向與縱向測(cè)速精度分別為：

實(shí)施例3

本實(shí)施例闡述了并比較了本發(fā)明所采用的矢量平均法和合速度標(biāo)量消流法的對(duì)水測(cè)速精度理論誤差值的大小。

現(xiàn)有的計(jì)程儀對(duì)水測(cè)速精度考核方法中，應(yīng)用最多精度最高也最貼近實(shí)際的是“順-逆”合速度標(biāo)量相消法，下面將詳細(xì)分析實(shí)際海洋環(huán)境下“順-逆”合速度標(biāo)量相消法與矢量平均法的考核精度高低。

在實(shí)際的海洋環(huán)境中，洋流流向和風(fēng)向與試驗(yàn)船的航向是有一定的夾角的，各層洋流的流向也不相同，唯一能精確控制的是試驗(yàn)船的主機(jī)轉(zhuǎn)速V_主。采用第2節(jié)的外界干擾分析第5項(xiàng)，假設(shè)：船航跡向?yàn)棣?，航向角為β，風(fēng)速為V^風(fēng)，風(fēng)向與航向的夾角為θ^風(fēng)，第k層洋流流速為流向與航向的夾角為試驗(yàn)期間航向角偏差為Δβ。以試驗(yàn)船艏艉向和橫向分別為X、Y軸建立解算坐標(biāo)系，如圖3所示給出了考慮水流流向和風(fēng)向因素時(shí)，計(jì)程儀設(shè)備載體試驗(yàn)航行的解算示意圖。

(A)“順-逆”合速度標(biāo)量消流法對(duì)水測(cè)速考核誤差分析

當(dāng)風(fēng)速、風(fēng)向和流速、流向穩(wěn)定，且Δβ＝0時(shí)，依據(jù)合速度標(biāo)量消流法測(cè)得的試驗(yàn)船速度真值為：

其中，依據(jù)前述(5)中考慮風(fēng)和洋流的影響中一系列公式可以得出：

而計(jì)程儀測(cè)得的試驗(yàn)船待考核速度值為：

其中，依據(jù)前述(5)中考慮風(fēng)和洋流的影響中一系列公式可以得出：

很明顯，當(dāng)或θ^風(fēng)≠0時(shí)，有即合速度標(biāo)量消流法的算法誤差理論值經(jīng)分析可知，在0～90°范圍內(nèi)，ΔV隨和θ^風(fēng)的增大而增大。

(B)矢量平均法對(duì)水測(cè)速考核誤差分析

由實(shí)施例2中內(nèi)容分析可知，當(dāng)風(fēng)速、風(fēng)向和流速、流向穩(wěn)定，且Δβ＝0時(shí)，矢量平均法的理論算法誤差為0，即

故而，從算法理論誤差分析上可知，本發(fā)明所采用的矢量平均法對(duì)水測(cè)速考核精度要高于合速度標(biāo)量消流法。

以上所述為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，本發(fā)明不應(yīng)該局限于該實(shí)施例和附圖所公開的內(nèi)容。凡是不脫離本發(fā)明所公開的精神下完成的等效或修改，都落入本發(fā)明保護(hù)的范圍。