多波束水深測(cè)量數(shù)據(jù)處理及思考(參考)-文庫吧
2025-06-01 01:22 本頁面
【正文】 羅經(jīng)安裝三個(gè)相互垂直的光纖陀螺，可分別測(cè)出地球自轉(zhuǎn)角速度在這三個(gè)垂直方向的分量值，如果三個(gè)光纖陀螺儀的旋轉(zhuǎn)軸分別與測(cè)量船坐標(biāo)系的三根軸相對(duì)應(yīng)平行，則由所測(cè)得的角速度分量便可確定船舶航向。公式如下： （7）而 （8）其中：ωe為地球自轉(zhuǎn)的角速度，φ為當(dāng)?shù)鼐暥龋?為ωe的水平方向分量，ω1為ωe的垂直方向分量。這是船舶平穩(wěn)水平時(shí)的航向計(jì)算公式，當(dāng)船舶傾斜時(shí)，三個(gè)光纖陀螺測(cè)出的是傾斜坐標(biāo)系三軸的角速度分量值，一般可借助于光纖羅經(jīng)儀自帶的姿態(tài)傳感器所測(cè)出的船舶的橫搖、縱搖，利用公式（1）進(jìn)行轉(zhuǎn)換，得到水平坐標(biāo)系的Xa、Ya軸方向的兩水平分量ωx和ωy，再由（7）式求得水平坐標(biāo)系的Ya軸的真方位A。42陀螺羅經(jīng)陀螺羅經(jīng)是基于物理學(xué)角動(dòng)量原理（或稱動(dòng)量矩原理）的一種導(dǎo)航儀器。根據(jù)角動(dòng)量原理，當(dāng)高速旋轉(zhuǎn)的陀螺轉(zhuǎn)子，沒有外力矩作用時(shí)，轉(zhuǎn)動(dòng)軸將保持方向不變，這就是陀螺儀的定軸性；而有外力矩作用時(shí)，轉(zhuǎn)動(dòng)軸將朝外力矩的方向轉(zhuǎn)動(dòng)，這就是陀螺儀的進(jìn)動(dòng)性。陀螺羅經(jīng)利用了陀螺儀的定軸性和進(jìn)動(dòng)性，由地球自轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生相應(yīng)的控制力矩（如重力力矩），使陀螺主軸自動(dòng)找北；外加使用阻尼力矩，使陀螺主軸穩(wěn)定指北。從結(jié)構(gòu)上看，陀螺羅經(jīng)一般由靈敏部分，隨動(dòng)部分和固定部分三部分組成。靈敏部分為陀螺球，內(nèi)有陀螺轉(zhuǎn)子、陀螺電機(jī)等，其作用是指北。隨動(dòng)部分包括隨動(dòng)支架、方位齒輪等，隨動(dòng)部分的作用之一是跟蹤陀螺球，使主羅經(jīng)刻度盤零度線與陀螺主軸方向保持一致；對(duì)于數(shù)碼刻度盤，陀螺球的航向檢測(cè)不用傳統(tǒng)的機(jī)械電器式的傳感器、齒輪、同步電機(jī)等，而是采用數(shù)碼檢測(cè)信號(hào)。固定部分包括羅經(jīng)桌或羅經(jīng)箱體等，其作用除了支承陀螺球、隨動(dòng)部分等外，是要利用其上設(shè)置的羅經(jīng)基線獲取航向。從對(duì)不同類型的陀螺羅經(jīng)的結(jié)構(gòu)分析，不難看出，船舶航向是陀螺主軸和羅經(jīng)基線在主羅經(jīng)刻度盤平面上投影線間的夾角。陀螺羅經(jīng)工作時(shí)，主羅經(jīng)刻度盤的可以繞垂直軸旋轉(zhuǎn)，而垂直軸安裝于固定部分位置相對(duì)不變，因此，當(dāng)船舶傾斜時(shí)，主羅經(jīng)刻度盤隨之傾斜。于是可得結(jié)論：陀螺羅經(jīng)測(cè)定的是傾斜面上的航向。如果，陀螺羅經(jīng)未進(jìn)行傾斜修正，必要時(shí)可按以下面的公式進(jìn)行處理。在水平坐標(biāo)系（X39。a Y39。a Z39。a）中，陀螺主軸向量為{x39。a，y39。a，z39。a}，在傾斜坐標(biāo)系中，陀螺主軸向量為{xb，yb，zb}，令z39。a = 0，xb = sin A39。，yb = cos A39。，根據(jù)公式（4）可得， （9）其中，A39。是陀螺羅經(jīng)未經(jīng)傾斜修正的航向，其余參數(shù)同（4）式，求得x39。a，y39。a后，再由下式 （10）求得Y39。a軸的真方位A1，Ya軸的真方位 （11）偏轉(zhuǎn)角ε按（6）式計(jì)算。航向傾斜改正估算，假定只存在橫搖，即β = 0，由（9）式不難得到： （12）此時(shí)，航向傾斜改正最大值出現(xiàn)在45176。、135176。、225176?；?15176。航向上，α = 10186。，176。；α = 15186。，傾斜改正約有1176。5 聲線計(jì)算多波束聲線彎曲計(jì)算采用二維模式，即聲速只在垂直深度上發(fā)生變化，而在水平方向上均勻。51公式對(duì)于連續(xù)變化的聲速，有 （13）其中，t為計(jì)算點(diǎn)單程旅行時(shí)的時(shí)間，θ是計(jì)算點(diǎn)聲線切線與垂線之間的夾角，v為計(jì)算點(diǎn)聲速，D為換能器到海底的水深，X為側(cè)向中心距。對(duì)于離散的聲速，有 （14）其中，Δt為各層單程旅行時(shí)的時(shí)間，θ是各層入射角，v為各層聲速，Δz是各層厚，D為換能器到海底的水深，X為側(cè)向中心距。圖5θ值按斯涅耳定律計(jì)算 （15）θ1是波束入射角，v1為換能器表面聲速。52水深及側(cè)向中心距表多波束水深測(cè)量每Ping波束少則幾十，多則上千，為減少重復(fù)計(jì)算，可根據(jù)垂線聲速預(yù)先計(jì)算不同入射角和不同旅行時(shí)間所對(duì)應(yīng)的水深及中心偏距，并制成表。再利用該表，并根據(jù)各波束實(shí)際的入射角和旅行時(shí)間插值計(jì)算出水深及偏距。插值計(jì)算一般采用線性內(nèi)插，如圖5是對(duì)應(yīng)（ti，ti+1）及（θi，θi+1）的四個(gè)水深和偏距，令， （16）有 （17） （1
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