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摘要
投弃式海流剖面测量技术已成为当今国际上进行海流环境监测的高新技术之一,而我国在这方面的研究则刚刚起步。该方法通过测量海水运动切割地磁场所产生的感应电场,来探测海流运动规律。在地磁场稳定的情况下,海流感应电场的大小主要取决于海流的速度,故通过测量海流产生的感生电场,就可以了解海流的大小,从而研究海流的运动特征,XCP投弃式海流剖面仪正是基于此原理设计而成。目前,掌握该技术的国家仅有美国,其与日本共同垄断了 XCP产品,并对非盟友国家实行技术封锁,自主开发XCP技术对我国进行海洋科学调查、军事海洋动力环境观测和特殊海域动力环境观测具有重要意义。本论文分析了海流感生电场的基本原理,提出了投弃式海流电场剖面仪的技术方案,并根据投弃式海流电场剖面仪的实际需求,研发了 XCP海流电场传感器,并通过XCP探头的自旋转(16r/s),实现了将海流电场信号AM调制并频移至海流电场传感器的超低噪声频段,解决了在高噪声背景下快速测量纳伏级微弱海流电场信号。本论文设计实现了 XCP探头前端弱信号处理电路,对海流电场微弱信号进行滤波提取的同时可实现对海流电场同向分量进行硬件电路补偿,在一定程度上克服了 XCP探头下沉引起感生电场的强干扰。在XCP探头内部采用SoPC技术实现对海流电场信号、罗盘线圈信号和温度信息的快速测量及其数字化处理,并将数字信息以UART协议及LVDS物理层数传方式发送到XCP浮筒端,开创了长度2km、直径0.1mm漆包线动态数据传输技术,解决了 XCP探头和XCP浮筒之间的数字化数据传输问题。本论文根据XCP探头所采集的海流电场信号与罗盘线圈信号的同相分量、正交分量、基线量数据,研究了 XCP海流数据处理方式,从而计算出了海流的东向与北向相对速度分量。采用所研发的XCP,进行了 3航次的海洋试验,积累了 XCP海试经验,并在我国南海海域首次采集到海面至海下千米深度的XCP海流电场信息和海洋温度信息。
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