声波与惯性定位

作者&投稿:赵点 (若有异议请与网页底部的电邮联系)
声波,有惯性吗?~

没有惯性。声音是通过物体的震动发出的,空气中,震动的当然是空气。但空气是震动,而不是以340m/s 的速度运动。还有,惯性取决于质量。

声波能传多远,需要看声波的频率(传播介质对不同频率的声波吸收不一样),还要看起始点的声波能量是多少(能量大传的远,能量小传的近)、终了点的要求标准(如:要求标准是30dB就比要求40dB标准传的远)以及传播介质(介质不同,传播速度不同)、传播环境(是自然扩散还是非自然扩散,有无阻挡)


声波或声呐定位都是使用声呐测距和频移测量。高频声波传感器也叫做声信号发生器,有多种功能:发射频率范围为千赫兹的声波(声呐)脉冲,用另外一个传感器接收,就可以求出这两个传感器之间的距离。也可以将其用于炮检系统,根据船和其他炮点的位置,对炮点和拖缆进行定位。

在施工禁区可以使用用锚固定的声信号收发两用机。需要定位的船和下井仪器发射声呐脉冲,固定的声信号收发机接收到询问信号之后,发射编码响应。有些系统根据船上几个传感器接收到的信号的相位差确定声信号收发机的方向(与根据时差可以确定地震射线的视方向的原理类似),大多数系统都是测量双程旅行时的。如果水深在20m~500m之间,可以放置四个或更多的声信号收发机,每个收发机之间的距离为1km~6km。如果收发机离海底的距离为5m~10m,可以增大测量的量程。这些收发机是可回收的,使用年限为5a。

在每次使用之间需要对收发机的位置进行检验,这不仅因为收发机的位置是不确定的,而且可能存在局部的速度与传播条件的变化。一般使用另外的定位系统在测量区域内利用十字交叉法对收发机进行校验。因为有时收发机会移动,特别是在发生风暴时,所以在使用时需定期对其位置进行校验。声波收发机的相对定位精度的允许误差应该是±5m,而测量的绝对精度与定位收发机的方法有关。

多普勒声呐系统是一种船迹推算法,也就是说,从一个起点开始测量船速然后求积分,就得到船的位置。船的四个方向上,在靠近海底的四个位置上放置四个声呐束来测量船的速度。这些声呐信号反射回船上,而船相对于海底是移动的,所以声呐的频率经历了多普勒频移。根据每束声呐的频移就可得到船在每个方向上的速度分量。在运动的船上的观察者会发现,多普勒效应在移动的方向上相对于信号源压缩了波前。如果v是信号在介质中的传播速度,vs是船在声呐束方向上的速度分量,则在船上测量到的信号的波长为(v-vs)/fs;但是在一个固定的站点上观察到的波长是v/f0,所以,f0=fsv/(v-vs)。如果观察者以速度v0向一个固定的信号源移动,则观察到的结果是 如果信号源与观察者都移动, 如果观察者所在的船向一个反射点运动,则v0就变为vs,并且

地震勘探

在实际测量中,将船头和船尾的测量结果平均起来以减少船俯仰的影响;将船右舷和左舷的测量结果平均起来,以减少船左右摇晃产生的影响。一般四条声呐束与船的航线的夹角都为45°,而不是在航线的前后和垂直方向上,以提高测量的精度。根据测量结果可求出船的航速(结合陀螺罗盘的定向信息),将船速求积分,就可得到船的位置。速度测量中的微小误差在积分中会累积起来,会使每小时位置的累积误差达到100m。因此需要进行定期校准,才可保证测量的精度。也就是说,定期采用独立测量方法进行定位。在深水区域,水体的不均匀性使声呐束产生散射,观测到的是相对于水体的多普勒频移而不是相对于海底的测量结果,这些都会使测量精度明显降低。如果是300kHz的多普勒声呐系统,测到的洋底会浅200m,而若频率是150kHz,测量误差会达到400m~500m。

惯性导航系统测量正交方向的加速度,一次积分求出船速,再次求积分,就可得到船相对于某个已知起始点的位置。加速度计一般安放在一个稳定的平台上,用水准反馈系统保持系统的水平,陀螺反馈系统保持加速度计的方向。有另外一种独立的导航系统定期进行定位以校准惯性导航系统,减少测量的累积系统误差,在地球物理中使用的惯性导航系统的累积误差速率为200m/h。




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