多普勒计程仪

利用发射的声波和接收的水底反射波之间的多普勒频移测量船舶相对于水底的航速和累计航程。这种计程仪准确性好，灵敏度高，可测纵向和横向速度，但价格昂贵。主要用于巨型船舶在狭水道航行、进出港、靠离码头时提供船舶纵向和横向运动的精确数据。多普勒计程仪受作用深度限制，超过数百米时，只能利用水层中的水团质点作反射层，变成对水计程仪。

多普勒计程仪简介

多普勒计程仪是根据声波在水中的多普勒效应原理而制成的一种精密测速和累积航程的仪器。它是一种计算法定位导航设备,计算法定位导航是一种古老的技术,它必须依靠船速这一重要参数,船速的准确程度直接影响到定位精度。

利用发射的声波和接收的水底反射波之间的多普勒频移测量船舶相对于水底的航速和累计航程。这种计程仪准确性好，灵敏度高，可测纵向和横向速度，但价格昂贵。主要用于巨型船舶在狭水道航行、进出港、靠离码头时提供船舶纵向和横向运动的精确数据。多普勒计程仪受作用深度限制，超过数百米时，只能利用水层中的水团质点作反射层，变成对水计程仪。

多普勒计程仪发展史

随着技术的发展,到了十八世纪出现了拖拽式计程仪。在十九世纪中叶,人们利用船只运动时周围流体推动叶轮旋转的道理制成了转轮式测速计程仪。二十世纪二十年代,在皮托所作的关于流体动压力与流体速度平方成正比的实验结论启示下,研制成水压式计程仪。到了二十世纪中叶,利用法拉第电磁感应原理制成的电磁式计程仪,弥补了水压式计程仪不能测量倒退速度及测量灵敏度低的缺陷。在这以后随着电子技术的发展,对转轮式和动压式计程仪作了相应的改进。到了六十年代末和七十年代初电磁式计程仪又有了进一步的发展。随着船舶吨位的增大及其它导航定位系统的要求,不仅要求提供船舶前进、后退的速度,而且在船舶进出船坞,靠泊码头时,也要求提供船首或船尾的横移速度,并且需要所测定的速度不是相对于水流,而必须是船舶相对于地的速度"对测量的前进、后退或横移的速度门限也要求更高。因而,在七十年代就出现了利用声波在载体与接收体有相对运动的特性,即声波的多普勒效应而设计的多普勒计程仪(DVL)和利用相关技术处理回波信息的声相关计程仪(CVL)。这两种计程仪的出现以及回声测深仪就构成了水声导航体制,这使船舶水下的导航系统应用在民用运输船舶上,以其独立的工作方式,是其它水面导航定位系统所无法取代的,受到航海界的赞赏和广泛应用。

多普勒计程仪频率估计方法

速度测量是多普勒计程仪的主要功能。多普勒计程仪利用回波的多普勒频移从而解算出载体的速度,因此,测频精度的高低直接影响着测速精度的高低,频率测量成为多普勒计程仪的主要任务。选取一种精度高、运算量小的频率算法对多普勒计程仪来说尤为重要。

多普勒计程仪中最常用的频率估计方法是过零检测法。这种方法通常是在一个过零点处开始以非常高的时钟脉冲计数,来确定N个周期所需的时间,从而估计频率,这种方法运算量小,实现简单,但对噪声过于敏感,并且当观测长度较短时时间量化误差较大。

多普勒计程仪应用

多普勒计程仪特别适合测定浅水和低速时舰船的航速。由于多普勒计程仪测得的速度精度高,所以由多普勒计程仪、罗经组成的推算航行系统与卫星导航或精密无线电定位系统共同组成的组合导航系统具有很高的精度,可用于水面舰艇和各种工程作业、海洋考察的船只。另外,多普勒计程仪测得的速度还可用作惯导系统的速度阻尼信号。多普勒计程仪与惯导组合是船用惯性导航系统较为理想的组合模式之一。