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AADI Motus 传感器通过自主水面平台测量海流和波浪

发布日期: 2024-07-11
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在漂浮于水面的平台上使用声学多普勒海流计具有极大的技术挑战。因为每次测量都需要对姿态和朝向的不断变化进行瞬时补偿,金属组件产生的磁干扰以及与水下物体(如系泊索链)产生的声波散射还可能会带来流速和流向误差。此外,浮标在波浪中“晃动”,若采用宽带模式的声学传感器,数据就会变得更加嘈杂,如图 1。

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图1:宽带不适合在摇摆浮平台上测量海流,如图中结果来自传感器俯视的实时报告。该传感器支持双向通信,因此可以在窄带和宽带之间远程切换。请注意:激活宽带模式后的数据变得更加嘈杂,传感器的测量范围约为 70 米。

 

将核心声频为 600 kHz 的多普勒剖面海流计(DCPS-600)安装于漂浮在多风北海的一艘 Sailbuoy 自主航测船。这艘约 0.6 米长的小船航行在有石油平台的某处区域,同时该区域也部署几台固定在海底的仰视型声学多普勒海流剖面仪(ADCP)。将仰视型 ADCP 数据同步与在海浪中被“推”来“推”去的俯视型 DCPS 数据进行比较(如图 2)。我们会发现,在大多数情况两者测量结果非常一致。从这样一个微型的浮体上能够成功进行海流测量,有两个主要因素:使用了窄带模式以及实时连续地对声波每次测量值进行动态移动补偿。

 

我们还评估了专门测波浪的浮标与不同类别 “非理想”型的浮标,同时进行波浪的测量试验(注:非理想型浮标指如大型导航平台和波浪驱动的海面漫游浮体)。采用的测波传感器是基于加速度计的 Motus 定向波浪传感器,以印证先进的机械与电子降噪能力,并对非理想型浮台的运动进行内部动态补偿。

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图2:按波高和倾斜角度过滤的深度/平均流速,来自Wullenweber et al (2022)。

 

历经长达一年多的实验(图 3),波高从几厘米到18米不等,流速高达 3 节。注:Motus 传感器有内置的罗盘,但在磁性平台上使用时,仍建议连接外部 GPS 罗盘进行实时方向补偿。

 

Motus 传感器本身内部计算时域和频域波浪信息,可以高效、实时地输送数据。它还支持输出原始数据。

 

2017 年 2 月至 3 月 Hm0- 峰波波向散点图,颜色按峰波周期绘制

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图3:定向波浪信息示例。波高(按圆环刻度)、峰波周期(颜色)和波向。数据收集时间为 2017 年 2 月至 3 月的两个月,地点为挪威西海岸。Motus 可以区分涌浪和风浪。插图来自 Saetre et al.(2023)。

 

 

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