SDE-28D双频测深仪操作手册20101015学习资料.doc
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1、 SDE28D双频测深仪 南方测深仪 产品系列之SDE-28D双频测深仪操 作 与 应 用 手 册(第一版)广州南方卫星导航仪器有限公司2010年9月南方双频测深仪操作手册 3目 录第一章 原理介绍和参数说明11.1 测深仪简介11.2测深仪的基本原理21.2.1水底信号识别技术31.2.2水底门跟踪技术(时间门跟踪技术)31.2.3发射脉宽选择31.2.4信号门限31.2.5自动增益控制(AGC)41.2.6时间增益控制(TVG)41.2.7包络信号识别技术41.2.8 DSP数字处理技术51.3 测深仪的相关名词51.3.1 水深数据分类51.3.2 水深数据格式61.3.3 测量周期71
2、.3.4 吃水设置81.3.5 声速设置9第二章 SDE-28D的硬件介绍112.1 技术特点与性能指标112.2 SDE-28D主机介绍132.2.1 SDE-28D面板说明132.2.2 SDE-28D接口说明142.2.3 SDE-28D附件说明162.3 SDE-28D测量系统安装要点17第三章 SDE-28D操作软件介绍193.1 SDE-28D操作软件界面193.2水深图像窗口和波形窗口203.2.1水深图像窗口203.2.2量程标尺203.3控制软件的主菜单223.3.1文件栏:223.3.2设置栏:233.3.3视图栏:243.3.4帮助栏:253.3.5快捷工具栏功能与说明:
3、273.3.6水深数据回放:283.3.7回放状态的控制键界面:303.3.8视图设置:303.3.9测量参数设置313.3.10测深仪参数设置:323.3.11测深仪档位设置353.3.12系统设置:36第四章 SDE-28D实地操作步骤394.1.测深仪的现场安装:394.2.水深测量系统的连接:394.2.1与GPS设备的连接安装394.2.2连接安装的注意事项404.3.软件的操作:414.3.1测量导航软件的主要操作要点414.3.1.1自由行测量软件中的主要设置:414.4、测深仪的设置与操作:464.4.1测深仪控制程序操作:474.4.2 测深仪的测量功能选项484.5水深测量
4、过程中应注意的事项:50第五章 SDE-28D测量实例说明515.1快捷参数调节方式:515.2测深仪需要调整和设置的参数有:535.3 SDE-28D双频测深仪在疏浚工地中的测量记录图53第六章 SDE-28D 外业测量快速配置指南58南方双频测深仪操作手册 59第一章 原理介绍和参数说明1.1 测深仪简介首先,感谢您选择了南方SDE-28D型全数字化双频测深仪。这里我们将向您介绍该仪器的性能、操作和使用要点,它会帮助您掌握和使用南方双频测深仪,并通过您的熟练应用为您带来外业工作上的方便,以达到快捷和理想的测量效果。南方SDE-28D型全数字化双频测深仪是南方公司新推出的又一款新产品,它沿袭
5、了南方测绘产品家族的风格,是以精湛的工艺和先进数字处理技术相结合铸就的高性能产品。测深仪主机采用了DSP数字化处理技术和包络信号识别与处理技术,提高了数字化处理速度和水底回波与干扰的识别能力,不仅能保证水深测量的精度,同时还能有效地排除浑水、流沙层、杂草、船体噪音和水中涡流对水深测量的影响,更有效地减少假水深的干扰。 SDE-28D双频测深仪的标准配置为200kHz和20kHz,(另外低频还备有24kHz、33kHz和41kHz供选择)。高频200kHz为国际通用的测深仪频率,其测量精度高也是一致认可的,低频20KHz不仅穿透力强且抗干扰性好,对疏浚施工中的回淤与浮泥层厚度的测定也非常有效。南
6、方SDE-28D型双频测深仪是水文测量、疏浚工程施工测量、港口工程、航道水深检测与浮泥层测定等的理想水深测量设备。南方SDE-28D采用工控集成设计,内置水上测量导航软件,是集水深测量、软件图形导航、定位、水深数据采集等功能于一体的水上测量系统。它经历了多方面、不同水域、海区的测试、改进和完善,以其技术先进、性能稳定、操作简单、携带方便、价格合理而得到一致好评,是一款性价比极高的新产品。SDE-28D主机自带12.1英寸彩色触摸式显示屏,可外接键盘、鼠标操作或点击屏幕操作,内嵌WINDOWS XP操作系统,CPU主频:1.6GHZ,内置4G工业级的CF存储器,能连接任何厂家的GPS进行定位测量
7、,水深测量数据更新率最高可达30Hz/s,可运行不同软件商提供的水上测量软件,设备兼容性强,抗震、防水性能好,是一款海洋、江河、湖泊水深测量和港口、航道疏浚工程测量的理想设备,特别是在疏浚工程浮泥层的检测中倍受好评。1.2测深仪的基本原理测深仪的工作原理是利用超声波穿透介质并在不同介质表面会产生反射的现象,利用超声波换能器(探头)发射超声波,测出发射波与回波之间的时间差来进行测量和计算水深的。假设超声波在水中的传播速度为V,假设换能器(探头)发出的超声波到达水底,并由水底反射回到探头被接收,信号往返行程所经历的时间为t,则:Z = Vt2;同时根据探头上固定杆的刻度可获知水面与探头之间的距离,
8、即吃水深度,两者之和即为最终水深值,如图1-1,图1-1 测深仪工作原理高频换能器的信号频率一般在200kHz左右,低频换能器的信号频率一般在20kHz左右,低频信号由于波长较长,衍射能力强,故穿透能力也强,可穿透一定厚度的浮泥层。1.2.1水底信号识别技术虽然回声测深的原理很简单,但水中的情况却很复杂,水底的反射条件各不相同,水中有鱼群出没或漂浮杂物、水草,会干扰超声波的传播与接收。在浅水区如果发射能量较强还有可能出现二次、三次回波,如何从众多的干扰与杂波中跟踪得到真正的水底回波信号,需要采用相关的水底信号识别技术。1.2.2水底门跟踪技术(时间门跟踪技术)由于水底的变化是比较平缓的,两次测
9、深之间(约0.1秒),水深变化不会太大,我们假定二次深度的变化量为10%,则我们就在上次正确回波时刻前10%Z到后10%Z开一道时间门,只有在时间门内的回波我们才认为是正确的回波,这10%就叫时间门宽度,一旦时间门内没有回波,就逐渐扩大时间门直至全程搜索回波,直到重新捕获正确的回波。1.2.3发射脉宽选择发射脉宽为超声波发射的持续时间,由于水吸收超声波的能力和水的深度与盐度有关,在水深或盐度大的地方要适当加大脉冲宽度以确保回波信号有一定的强度。对于大多数情况来说,水底面的回波脉冲宽度是最大的,而干扰信号和二次回波的脉冲宽度相对要小,脉宽选择就是识别最大脉冲宽度的脉冲作为正确回波信号,当然还要配
10、合时间门一起来识别。1.2.4信号门限如果你的测区或环境有较多的干扰,你可以把信号门限设置增大,把信号门限提高就可以把干扰信号滤除掉。但是信号门限也不能过大,过大有可能把较弱的回波信号也滤除掉,门限的过大或过小在一定的程度上会影响正常的水深测量和水深信号的数字化处理,所以适当地选取合适的信号门限对于抑制干扰,保持信号稳定和连续跟踪回波能起到有效的帮助。1.2.5自动增益控制(AGC)自动增益控制技术可以根据回波脉冲的信号的强度进行自动增益,回波信号过强时自动控制接收放大电路降低增益防止干扰信号过多。当回波信号幅度过小时,自动控制接收放大电路并提高增益,以保证接收连续的回波。自动增益范围的大小是
11、衡量接收通道性能的关键,通常的水深测量中可以根据现场水质情况使用自动增益或手动增益。1.2.6时间增益控制(TVG)声波在水中传播时,声强按指数规律衰减,为保持信号幅度的平稳,TVG将控制接收放大器按相反的规律增长放大倍数,这就是时间增益控制。在正常的测量过程中TVG的参数设置要求与水深测量性质有很大的关系,而疏浚测量则对TVG的设置参数要求更高,在操作与使用中要不断地积累经验,以便更好地使用好仪器和体现双频测深仪的优点。1.2.7包络信号识别技术在一个发射周期内对所有的回波信号进行检波识别,根据信号的强弱和连续的回波与幅度的大小进行智能化识别,从中区分出水中干扰信号、浮泥层信号、二次回波信号
12、并确定出真正的水深回波。尤其是对低频回波信号的处理与识别能更加有效地排除其它杂波的干扰或误判,真正能体现出低频的穿透性与深度数字化的优势,真实再现水下断面和挖泥的断面,解决了高频在浑水和浮泥层中测不到底的问题,为疏浚工程施工测量提供了更有效的检测手段。 图1-2 低频在基槽施工检测中的记录效果图1.2.8 DSP数字处理技术DSP 英文全称 “Digital Signal Processor”,南方双频测深仪采用了先进的DSP数字信号处理单元和数字处理技术,整体上由高速DSP数字处理芯片组成的数字处理单元对测深仪的发射与回波信号进行独立的数字化处理,减轻了单片机与工控机的运行负荷,提高了整机的
13、运行速度与稳定性。SDE-28D双频测深仪具有回波图像细腻、数据更新率快、数字化水深数据精确度高的优势,也是当前国内继HY系列测深仪之后的第二家采用DSP数字处理技术的测深仪生产厂家。1.3 测深仪的相关名词1.3.1 水深数据分类南方测深仪内部根据对水底和水中复杂情况进行详细分析,将测量所得的水深数据分为三类,即正确水深值、合理突变值和错误水深值。说明如下:1、正确水深值为正常测量下所得水深值;2、合理突变值为当水底地貌有突变或水中有合理突变时所得的测量结果,因为它正确反映了水底的变化,所以应给接受设备发送;3、错误水深值为由干扰或其他意外错误而产生的错误数据。上述数据的判别和分类完全由软件
14、自动完成,结果稳定可靠。三种数据仅仅反应在水深数据判别上,对图像的记录没有任何影响,图像是全部记录真实的水底超声波的反射情况。1.3.2 水深数据格式SDE-28D测深仪的数据格式目前可以设置的有六种,我们挑出其中三种有代表性的格式进行说明,便于HYPACK软件用户或其它采用进口软件用户选择连接:1南方格式,该数据格式为测深仪默认格式,如使用南方测量软件,无需改动,只需在南方水上测量软件中的测深仪选项里设为“SDE-28D双频”。南方格式只显示正确水深值和合理突变值,错误水深值不显示。格式说明如下:$GPSSS,005. 34,1463,0. 60,0. 3,0. 5, ,*f$GPSSS为数
15、据头,005. 34 为水深数据,单位为米,当前表示水深为5. 34米1463为声速,单位为米0.60为探头吃水,单位为米0. 3为脉冲宽度,单位为毫秒0. 5为测量周期,单位为秒,*f为校验码,f为校验字符串,可变为回车符,(不可显示)为换行符,(不可显示)发出数据例如:$GPSSS,005.07,1463,0.60,0.3,0.5, ,*E3$GPSSS,005.10,1463,0.60,0.3,0.5, ,*DA$GPSSS,005.07,1463,0.60,0.3,0.5, ,*FB2DESO 25格式,为国际常用水深数据格式,进口测量软件多有此格式选择,它只显示正确水深值和合理突变值
16、,错误水深值不显示。若高频通道:DA. m*若低频通道:DB.m*D为识别头A表示高频通道B表示低频通道.为水深,单位为米代表一位空格m代表单位为米为回车符,(不可显示)为换行符,(不可显示)3NMEADBT格式,为国际标准水深数据格式,所有的测深仪都有此格式输出,所有的水上测量软件都可连接此格式数据。当用户使用其他水上测量软件连接南方测深仪时,可以尝试选择该数据格式连接。1.3.3 测量周期测量周期反映了采集一次水深所需的时间,一般GPS定位为每秒一次,对应水深记录也为每秒一次,这样可以保证至少每个GPS位置都有对应的水深,水深数据的采集速率应该高于GPS的频率才能保证至少每个GPS位置都有
17、对应的水深数据,具有图像记录功能的测深仪的测量速度还应快于这个周期。南方SDE-28D双频测深仪的测量周期最大可达20次/秒,正常时水深数据输出为14HZ/s,可保证和满足大比例尺水深测量的基本要求。南方SDE-28D数字化双频测深仪的测量周期是根据量程档位的选择而同步变动的,即量程档位小测量周期密,量程档位大则测量周期疏,测量周期是指测深仪在每秒钟内的测量次数,也就是通常说的水深数据更新率。1.3.4 吃水设置图1-3 测量参数设置超声波换能器必须全部埋入水中后才能正常工作。工作中,用户需将探头绑在船身一侧,探头吃水一般在0.5米左右。防止由于探头在水中运动而产生的气泡使测量出现假水深数据,
18、如果船速过快,还需适当加大吃水。换能器吃水原则上要求大于测量船本身的吃水,探头吃水深度输入测深仪后,测出的水深数据就已经是由吃水改正后的实际水深了。1.3.5 声速设置温度()声速(m/s)温度()声速(m/s)温度()声速(m/s)01402.74181476.35361522.0611407.71191479.55371523.9321412.57201482.66381525.7431417.32211485.69391527.4941421.96221488.63401529.1851426.50231491.50411530.8061430.92241494.20421532.377
19、1435.24251497.00431533.8881439.46261499.64441535.3391443.58271502.20451536.72101447.59281504.68461538.06111451.51291507.10471539.84121455.34301509.44481540.57131459.07311511.71491541.74141462.70321513.91501542.87151466.25331516.05161469.70341518.12171473.07351520.12表1-1 淡水声速表注:上表仅为参考数据,仅做为用户设置水深的参考,
20、用户还需用其他方法来校准测深仪。水中的声速一般在1300米/秒至1650米/秒之间,理论值为1500米/秒。可直接在主机上进行设置,一般来说,海水由于盐度高,密度较大,所以海水中的声速要大于淡水中的声速。表1-1为在不同温度条件下的淡水声速,用户可参照进行设置,一般来说需要专门的测定方法,即使用比对板放入指定深度,然后用测深仪测量进行声速计算。在声速设置后,点击计算按钮即可进入声速计算对话框,如下图1-4。图1-4 声速计算如果使用的是比对板,可以选择比对深度,然后输入实际测量得到的深度值,以及输入比对板入水深度,点击计算按钮,即可计算得到当前水况的声速值。如果使用温度和盐度计算模型,可以直接
21、输入当前水况的温度和盐度,就可以计算得到当前水况的声速值。在测深仪软件里面,吃水和声速都可以在测量参数界面进行设置,直接键入参数,设置软件。第二章 SDE-28D的硬件介绍2.1 技术特点与性能指标图2-1 SDE-28D 测深仪主机南方SDE-28D是一款轻巧、便携、坚固、高性能的双频测深仪,集测深、定位导航、数据保存、数据处理等多项功能于一体,低频配有多种频率可选。技术特点:1、 高速DSP芯片处理技术确保波形与水深值可靠;2、 自带工控电脑,内嵌winXP操作系统,1.6G主频,1G内存,4G存储卡,操作运行速度快;3、 内置导航测量软件,集测深、定位导航、数据记录与处理多项功能于一体;
22、4、 高频测量水深精确,低频测量穿透力强,适合复杂水域测量和检测疏浚区域浮泥层厚度;5、 软件自动控制脉宽、增益、功率和档位,界面简洁,操作简单;6、 C盘写保护,重启还原,保障系统和数据安全;7、 水深和图像同步实时记录,回放时便于水深检查和快速打印;8、 全金属外壳,结构紧凑、抗震及密封性好、适合水上高强度作业。性能与技术指标:测量深度:高频0.3300m; 低频最大1200m;吃水范围:09m;发射角度:高频:7度; 低频: 24度;工作频率:高频:200kHz;低频:20kHz、24kHz、33kHz与41kHz可选;测深范围:1.21000m 20kHz;1.0 800m 24kHz
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