多普勒海流剖面仪校准

多普勒海流剖面仪（ADCP）利用声学多普勒效应测量水体各层流速、流向及深度，广泛用于海洋观测、河道水文、港口与工程监测。受换能器老化、波束几何偏移、声速参数失配、姿态与罗经偏差、安装倾斜等因素影响，仪器会引入系统误差。校准的目的，就是通过实验室验证与现场比测，把仪器输出量值溯源到参考基准，保证流速、流向、水深和流量数据准确、可比、可追溯。

1适用范围与触发条件

本内容作为通用模板，适用于以下场景：

走航式ADCP（船载测流）

坐底式/固定式ADCP（H-ADCP在线监测）

自容式剖面海流计

相关声学多普勒点式流速仪（ADV类参照执行）

触发校准的情形：

新购入库或投用前的首次校准

周期性复校（一般12个月一次，汛期前建议加做一次）

检修后、换能器更换、摔碰撞击后

测量结果异常、比测超差、长期布放回收后

固件升级或安装位置变更后

2校准依据（通用引用）

实际编制作业指导书时，以现行有效版本为准。

JJG715《流速仪检定规程》

JJG1173《声学多普勒流速剖面仪检定规程》

GB/T24558《声学多普勒流速剖面仪》

SL/T443《声学多普勒流速剖面仪》（现行替代号）

SL337《声学多普勒流量测验规范》

HY/T102《声学多普勒流速剖面仪检测方法》

ISO24154、ISO24578（ADCP校准与操作指南）

出厂技术说明书、原厂波束矩阵、历次校准证书

3校准前准备

3.1资料核对

型号、序列号、固件版本、波束数、波束夹角

盲区、单元厚度、剖面层数、最大量程

原厂校准系数、历史比测关系线、既往误差特征

安装高程、起点距、俯仰角、横滚角、方位角

坐标系定义（ENU/地球坐标）、时钟与采样参数

3.2设备与标准器

实验室部分：

消声水池/标准水槽（配拖车或循环流发生器）

标准转速/拖车测速系统

标准温度计（分辨率≥0.01℃）、盐度计、声速剖面仪

精密角度转台、标准罗经校准台

标准压力计（测深/耐压通道）

标准计时器、测距仪

现场部分：

经检定的标准流速仪（转子式、电磁式或同精度ADCP）

差分GNSS（DGPS）、高精度时钟

水温盐度现场测量设备

原厂配置软件、数据线、清洁工具

3.3环境与工况

实验室：水温10–30℃，无强电磁干扰，水槽流态平稳无大漩涡

现场：顺直河段或均匀流场，避开弯道、闸坝、入汇口、桥墩回水区

散射体充足（清水可投加均匀散射介质）

水深不小于盲区3倍，换能器前方无遮挡

避开强磁场、螺旋桨尾流、气泡富集区

4校准项目与方法

4.1外观与通电检查

换能器面无划痕、凹坑、气泡附着、生物污附

电缆、水密接头、密封圈完好，针脚无氧化弯曲

开机自检通过，通信正常

各波束增益、发射功率、脉冲长度在出厂允许范围

备份原始配置文件与固件版本

4.2温度、盐度与声速校准

声速是ADCP解算的核心输入，声速错一点，流速和分层位置全错。

用标准温度计比对仪器内置温度示值，记偏差

用标准盐度计/标准海水样品核验盐度通道

实测水温、盐度、压力，按统一声速公式计算标准声速

将标准声速人工输入仪器，对比内置模型输出偏差

现场施测前补测表层、底层水温，更新声速剖面表

4.3深度与压力通道校准

压力式深度：用标准压力计多点加压，比仪器压力输出

测深通道：用标准距离、标准反射靶或模拟回波时延验证

核对海水密度、重力加速度、大气压力补偿和零点设置

记录压力示值误差=仪器输出−参考压力

4.4姿态与罗经校准

用标准倾斜台在俯仰、横滚范围内逐点比对姿态角

记录安装方向、参考零点、正行程与回程数据

罗经校准：空旷无铁磁干扰处做旋转标定

核对磁偏角、安装方位、坐标定义、数据符号约定

4.5波束几何与安装角检查

检查波束指向角、相位一致性、换能器阵列几何关系

用专用测角工装/精密安装夹具/标准反射目标验证

船载设备做底跟踪航程vsGPS航程比对（波束对齐测试）

可接受判据参考：底跟踪航程/DGPS航程比值0.995–1.003

4.6流速校准（拖车法/水槽法）

将ADCP固定于消声水池拖车或标准流速装置

设多个速度点，覆盖0.2m/s至量程上限（也含近零小流速）

每点稳定运行后采数，取有效ensemble平均

对比标准速度（拖车速度/标准流速仪）与仪器输出

计算各点偏差、线性度、重复性

4.7流向与方位校准

仪器测量轴与已知流向对齐，或用标准转台改变方位

记录仪器输出流向与参考方位之差

方向性误差采用线性修正或角度修正表

船载设备可联合水跟踪、底跟踪、GNSS航向做综合偏差估计

4.8底跟踪与载体补偿校准

静止状态下启动底跟踪，理想输出速度≈0，记漂移量

拖车移动时比底跟踪速度vs标准拖车速度

底跟踪精度通常要求≤±1%±0.5cm/s

水深过大或底质弱反射时，切GNSS船速补偿并记录

4.9信号质量基线测试

在静水或标准流场中记录：

信噪比SNR（有效数据一般SNR>15dB）

相关性系数（通常≥70%）

误差流速ErrorVelocity（阈值≤0.2m/s）

各波束增益一致性、坏单元比例

5现场比测与率定

5.1比测条件

水流平稳时段开展，通航河道避开船只扰动

覆盖高/中/低水位，大/中/小流速

基本水文站比测不少于30次，专用站不少于15次

两设备空间间隔合理，避免波束被铅鱼、船体、支架遮挡

5.2流速、流向比测

标准流速仪施测断面内30点以上流速流向，每点历时约100s

ADCP同位置定点施测，历时≥30s（条件好时建议同步100s）

合格判据（常规）：

流速相对系统误差≤±1%

流速随机不确定度≤3.0%

流向偏差≤±2°（差条件可放宽到±10°）

条件较差时可放宽：流速系统误差≤±1.5%，不确定度≤5.0%

5.3流量比测

ADCP施测两个测回，取均值作为一次流量

与流速仪常测法成果比对

流量偏差≤±5%为合格

超差时先查底跟踪丢失、移动床、边缘距离、外推方法

5.4固定式ADCP率定

对单元流速做合理性分析，筛选代表流速方案（≥5种组合）

建立代表流速Vm与断面平均流速V的关系线

一元线性：V=b₁+b₂·Vm

一元二次：V=b₁+b₂·Vm+b₃·Vm²

幂函数：V=b₁·Vm^b₂

分段线性/多元线性

选系统误差与随机不确定度最优的线，满足SL/T247要求

6数据处理与判定

6.1误差计算

偏差Bias=均值（仪器值−参考值）

均方根误差RMSE

相对系统误差=（ADCP均值−标准值）/标准值×100%

重复性：同流场多次测量标准差（一般<0.2cm/s）

流量偏差=（Q_ADCP−Q标准）/Q标准×100%

6.2通用判定参考

以上为行业通用参考值，具体以仪器出厂指标和所用规程为准。

6.3数据清洗

剔SNR过低、相关性异常、底跟踪丢失的单元

处理表层盲区、底层旁瓣区外推（幂律或常数法）

检查流速尖峰、波束不一致、ensemble丢失率

所有原始.000/.PD0、配置文件、处理日志全量留存

7校准报告内容

报告至少包含：

仪器信息：型号、SN、频率、波束数、固件版本

标准器信息：名称、编号、检定有效期

环境参数：水温、盐度、水深、天气、流态

校准项目：逐项列方法、测点、原始数据

误差表：各速度点偏差、RMSE、系统误差、不确定度

修正量：声速输入值、姿态零偏、罗经偏差、波束对齐因子

率定关系线（固定式）：线型、系数、残差

结论：合格/限用/返厂，附使用限制说明

附件：原始文件清单、现场照片、比测记录表

8周期维护与质控习惯

周期：12个月一次；汛期前加测；撞击/换件即校

每次出海/出测后：淡水冲洗、晾干、查密封圈、存原箱

电池不长期留箱内，防漏液

固件升级后重做诊断与波束对齐检查

每次测流前：罗经校准、移动床测试、静止零速测试、边缘距测量

原始数据当场双备份（现场盘+异地介质），回室2个工作日内归档

9常见超差原因速查

流速整体偏大/偏小→声速输错、波束角参数错、单元厚度错

流向拧着→安装方位角错、磁偏角没扣、罗经未标

底跟踪漂→底质软、地形陡、旁瓣干扰、底跟踪门太宽

上层乱、下层稳→气泡/船底扰动、盲区设置过小

关系线散→代表层选错、断面冲淤、比测不同步

换季突变→水温盐度没更新、盐楔分层没处理