多普勒計程儀是現代船舶、水下潛器及海洋科考平臺實現高精度測速與定位的核心導航設備,利用多普pler效應,通過發射超聲波并接收海底或水體中懸浮顆粒的回波,精確測量船舶相對于水底或水層的絕對速度,不受海流影響。
多普勒計程儀廣泛應用于遠洋航行、動態定位(DP)、水下機器人(ROV)控制等領域。

 
  1、換能器陣列
  作為系統的“聲學窗口”,換能器通常安裝于船底龍骨或耐壓殼體外部,由壓電陶瓷材料制成,具備發射與接收雙重功能。采用多波束設計(常見四波束:前、后、左、右),向海底或水層傾斜發射超聲脈沖(頻率多為60-300kHz),接收因多普勒頻移產生的回波信號。其密封性高,耐壓、防腐,適應深海環境。
  2、發射/接收電路
  發射電路將電能轉換為高頻高壓脈沖,驅動換能器產生超聲波束。接收電路則放大微弱的回波信號,濾除噪聲,進行混頻與解調,提取多普勒頻移量。高信噪比設計確保在復雜水文條件下仍能穩定工作。
  3、數字信號處理器
  核心部件采用高性能DSP或FPGA芯片,實時處理四波束的多普勒頻移數據。通過矢量分解與合成算法,計算出船舶在縱向(前進/后退)、橫向(左移/右移)及垂直方向的速度分量。具備自適應濾波、雜波抑制與運動補償功能,提升復雜海況下的測量精度。
  4、姿態傳感器
  集成陀螺儀、加速度計或與外部慣導系統(INS)聯動,實時獲取船舶的橫搖、縱搖與艏搖姿態。將姿態數據引入速度計算模型,修正因船體傾斜導致的聲束指向偏差,確保速度測量的準確性。
  5、控制與顯示單元
  配備LCD或觸摸屏操作面板,實時顯示航速、航程、水深、信號強度等參數。支持多種通信接口(如NMEA0183、RS422、Ethernet),與雷達、電子海圖(ECDIS)、自動舵等系統集成,實現全船信息共享。
  6、水層/底跟蹤模式切換
  底跟蹤:適用于淺海(通常<200m),以海底為參考,提供絕對對地速度。
  水層跟蹤:用于深海,以水體中懸浮顆粒為參考,提供對水速度,需結合GPS修正。