基于潜标的海洋湍流仪水下姿态与振动分析

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1、基于潜标的海洋湍流仪水下姿态与振动分析摘要海洋微尺度湍流混合过程是海洋大、中尺度运动能量向小尺度转移并最终耗散的主要途径，不仅对动量、质量和物质传输具有重要影响，同时还对大、中尺度运动如大洋热盐环流等具有重要调控作用。研究湍流混合现象对于加深理解海洋内部机理、揭示海洋现象本质有着重大的科学价值。长期、连续、定点观测是湍流观测一个新的方向。基于潜标平台湍流观测仪水下姿态和振动分析对于湍流数据处理具有重要意义。本文针对湍流观测仪检测信号存在较大干扰的问题开展研究，重点研究判定剪切检测信号是否可用的判据问题。考虑在实际的湍流观测中，不能单纯的采用剪切探头观测湍流

2、，还需要考虑观测平台的振动、姿态等情况。同时便于记录仪器在水中的姿态，需要安装姿态传感器同步测量仪器X、Y、Z轴加速度和航向角Heading、俯仰角Pitch、翻滚角Roll。本文对姿态加速度传感器获取的仪器水下参数开展分析工作。首先研究了振动信号预处理方法，主要包括采样数据的标准化、消除趋势项、采样数据平滑处理，同时在时域、频域内对信号进行分析。然后进行了现场试验数据处理，设计了无振动水槽试验和外海试验，提出了伪耗散评估平台振动强弱方法，从而判定检测的剪切信号是否可用。试验表明当耗散率与伪耗散差两个量级的时候，振动信号对剪切信号的干扰作用非常微弱，基本可

3、以忽略的结论。这一结论为以后分析存在振动信号干扰的剪切信号提供了量化的方法，方便了信号分析。关键字：潜标观测系统；湍流；剪切；姿态；加速度；湍流动能耗散率AnalysisoftheUnderwaterAttitudeandtheVibrationSignalsofOceanTurbulenceMeasurementInstrumentBasedonSubmergedBuoyAbstractTheturbulentmixingprocessintheoceanisthemainwayoflargescaleandmesoscaleoceanenergyswi

4、tchingtosmallscaleandevendissipation,whichnotonlyhasgreatinfluenceonmomentum,qualityandmasstransfer,butalsoplaysanimportantroleinregulatinglargescaleandmeso-scalemovementsuchasoceanthermohaline.Thestudyofturbulentmixingphenomenonisofgreatscientificvalueindeepeningunderstandingofoc

5、eaninternalmechanismandrevealingtheessenceofoceanphenomenon.Long-term,continuousandfixed-pointobservationisanewdirectioninturbulenceobservation.Analysisoftheunderwaterattitudeandthevibrationsignalsofoceanturbulencemeasurementinstrumentbasedonsubmergedbuoyisofgreatsignificanceintur

6、bulencedataprocessing.Thispaperaddressestheproblemthattheobservationbyturbulencemeasurementinstrumentcanbegreatlydisturbed,ofwhichtheemphasisisonthejudgmentofusabilityoftheshearsignals.Intheactualturbulenceobservation,theusageofshearprobeisnotenoughandthecaseslikevibrationandattit

7、udeofobservationplatformshouldbetakenintoaccount;onlycorrectingthedataofshearprobeandfusingfollow-updatacantheeffectofobservationplatformonturbulenceobservationbeeliminated.Inordertorecordtheinstrumentattitudeinwater,aattitudesensorisneededtoinstalltosynchronouslymeasureaccelerati

8、onofX,Y,Zaxis-esandangleofheading