作者：周昂锋1, 郭世旭1, 何龙标2, 杨平2, 王月兵1
作者单位：1. 中国计量大学计量测试工程学院, 浙江 杭州 310018;
2. 中国计量科学研究院力声所, 北京 102200
关键词：测试计量技术及仪器;校准方法;声学多普勒流速剖面仪;宽带信号;不确定度评定
摘要：
该文介绍一种可对声学多普勒流速剖面仪（acoustic Doppler current profiler, ADCP）宽带模式流速进行现场校准的方法。通过接收ADCP发射的宽带信号，经处理后回发带有频偏和时域延拓的信号以模拟不同水层流速信息，并以回发信号相对原始信号的频偏值为溯源量实现ADCP径向流速的校准。采用数字上变频的方式提高信号处理的频率精度，使其满足小流速的校准要求，拓宽测量下限。搭建校准装置在开阔海域开展校准实验，在0.02～1 m/s范围内进行径向流速的校准并进行测量不确定度评定，在测量范围内的测量不确定度为2.2 mm/s（k=2）。与采样间隔缩放法作比对，校准结果表明不确定度显著减小，验证方法可行。
Experimental study on field calibration method of broadband ADCP flow velocity
ZHOU Angfeng1, GUO Shixu1, HE Longbiao2, YANG Ping2, WANG Yuebing1
1. College of Metrology and Measurement Engineering, China Jiliang University, Hangzhou 310018, China;
2. Division of Mechanics and Acoustics, National Institute of Metrology, Beijing 102200, China
Abstract: A method for field calibration of acoustic Doppler current profiler (ADCP) broadband mode velocity is introduced. By receiving the broadband signal emitted by ADCP, the processed signal with frequency offset and time domain extension is sent back to simulate the flow velocity information of different water layers, and the frequency offset of the sent back signal relative to the original signal is used as the traceability to realize the calibration of ADCP radial flow velocity. The frequency accuracy of signal processing is improved by digital up-conversion, which meets the calibration requirements of small flow rate and broadens the measurement limit. The calibration device was set up to carry out the calibration experiment in the actual sea area. The radial velocity was calibrated and the measurement uncertainty was calculated in the range of 0.02-1 m/s. The value in the measurement range was 2.2 mm/s (k=2). Compared with other methods, the uncertainty is significantly reduced, which verifies the feasibility of the method.
Keywords: measuring and testing technologies and instruments;calibration method;ADCP;broadband signals;uncertainty assessment
2023, 49(9):16-22 收稿日期: 2021-09-17;收到修改稿日期: 2022-01-04
基金项目: 中国计量科学研究院基本科研业务费项目（AKYZD2112，AKYZZ2008）
作者简介: 周昂锋（1996-），男，浙江东阳市人，硕士研究生，专业方向为水声计量测试技术
参考文献
[1] 刘德铸. 声学多普勒流速测量关键技术研究[D]. 哈尔滨: 哈尔滨工程大学, 2010.
[2] 黄雄飞, 苑秉成. 宽带多普勒声纳信号波形设计[J]. 兵工学报, 2010, 31(9): 1193-1199
[3] 丁庆泽, 金将溢. ADCP测流原理研究[J]. 计算机时代, 2021(3): 14-16+22
[4] 声学多普勒流速剖面仪检测方法: HY/T 102—2007[S]. 北京 : 中国标准出版社, 2008.
[5] 智永明, 邵军, 唐跃平, 等. ADCP 流速仪检定拖车驱动方案探讨[J]. 中国测试, 2016, 42(11): 79-83,93
[6] 吴炳昭, 李占桥, 孙辉. ADCP比测试验的统计分析[J]. 海洋测绘, 2010, 30(6): 74-76
[7] 李占桥, 田志光, 吴宝勤. 两种型号 RDI ADCP 测速精度分析[J]. 海洋测绘, 2012, 32(6): 57-59
[8] CHEN Z, PAN S, ZHOU F, et al. A method for correcting discharge of boat-mounted ADCP measurements[J]. Flow Measurement and Instrumentation, 2021, 80(3): 101954
[9] 冯宏, 王忠康. 通用型高频宽带ADCP信号处理系统设计与实现[J]. 声学技术, 2020, 39(1): 110-116
[10] 李金明, 赵俊渭, 王明洲, 等. 一种高精度水下目标回波模拟技术的研究[J]. 仪器仪表学报, 2006(6): 560-563
[11] 蒋磊, 陈朋, 金峰, 等. 基于FPGA的海底回波信号模拟器[J]. 计算机工程, 2015, 41(10): 66-70
[12] 郭世旭, 杨枭杰, 王月兵, 等. 基于频偏应答的ADCP流速现场校准方法研究[J]. 计量学报, 2021, 42(1): 53-58
[13] 齐本胜, 范新南, 王森, 等. 宽带声学多普勒测流仪设计[J]. 仪器仪表学报, 2003(S2): 233-234
[14] 王森, 林善明, 张秀萍, 等. 宽带声学多普勒流量剖面仪的系统仿真[J]. 声学技术, 2004(2): 113-116
[15] 沈斌坚, 唐义政, 胡益群, 等. 国产宽带相控阵声学多普勒海流剖面仪[J]. 声学与电子工程, 2005(1): 1-3
[16] DOISY Y. Theoretical accuracy of Doppler navigation sonars and acoustic Doppler current profilers[J]. IEEE Journal of Oceanic Engineering, 2004, 29(2): 430-441
[17] 王秀波. 宽带多普勒测流技术研究[D]. 哈尔滨: 哈尔滨工程大学, 2005.
[18] 王彦东, 邵英, 王黎明, 等. 基于FPGA的智能高精度频率测量设计[J]. 中国测试, 2014, 40(4): 119-123
[19] 肖展, 胡玉苗. 标准节流式流量计在线校准系统的不确定度评定[J]. 中国测试, 2020, 46(S1): 81-85
