1. 试验背景
多普勒计程仪（DVL）是一种利用水下声波的多普勒效应进行测速和计算航程的仪器，随着科学技术的发展和海洋开发的重视，多普勒计程仪的应用日益广泛，更高性能、更小型化的多普勒计程仪的研发受到各国的高度重视。
本公司自主研发生产的 DVL-600 系列多普勒计程仪性能已经可以媲美TRDI 同系列产品，可实现国产化替代，为验证本公司DVL-600 系列产品的性能，特开展湖上试验。通过与高精度 GPS 航迹相比较，验证本产品的高性能。同时通过分析研究湖上试验数据，为进一步提高设备的测速和计算航程性能提供数据支撑。
2. 试验简介
2.1 试验目的：
本次试验主要验证 DVL-600K 三大能力：
(1)稳定跟踪复杂海（湖）底的能力；
(2)稳定、精确地测量速度的能力；
(3)精确的航程计算能力。
通过与 GPS 比较，航程偏差小于千分之三即为达到设计要求。
2.2 试验时间：
2022 年 11 月 22 日至 2022 年 11 月 26 日,为期 5 天。
2.3 实验地点：
杭州淳安县千岛湖镇中心码头：
图 2. 1 、千岛湖中心码头
2.4 试验设备：
2 台 DVL-600K 设备；
1 套 GPS；
2 套 锂电池；
2.5 实验平台：
千岛湖某型游船
图 2.2 、实验船
3. 试验内容
本次试验主要验证 DVL-600K 设备的底跟踪、测速和航程计算的性能。
3.1 准备阶段
DVL 设备固定到船体。将定制固定架安装在船体前部，两端共可挂载 4 台 DVL 设备。供电通信缆一端连接设备后，另一端穿过固定架中空部分，放置于船舱内连接电脑串口、锂电池控制。
图 3. 1 设备准备阶段
GPS 安装与调试。定制固定架有 GPS 专用螺杆，将 GPS 旋入螺杆，串口通信线引入船舱内，连接电脑并配置好 GPS 所需输出模式 GPRMC，输出频率 1Hz。
图 3.2 GPS 固定
稳压电源、示波器等调试工具准备。
3.2 调试阶段
DVL 内部装配。功率发射、温度传感器、姿态传感器接线检查，是否按照前进方向顺时针接好四路换能器信号，内存卡、功放板到调理板的 7 根排插是否插好。将壳体公座上的插头插到板子插座上，给板子缠好静电胶带，安装密封圈并打好硅脂，封舱。
图 3.3 封舱前检查
DVL 设备固定船体前，需进行设备调试。DVL 设备的壳体螺丝锁紧前，连接供电通信缆，上电检查设备版本信息、是否正常工作、温度与姿态传感器数据获取是否正常：使用指南针对准 DVL 的前进方向，查看 DVL 输出的 PD6 结果中，SA 项的航向角是否与指南针方向相同；SA 项的温度是否与实际环境温度大致相符。确认无误后，锁紧螺丝和通电通信母缆的锁紧盖，将设备固定好并放入水中。
图 3.4 设备安装固定
3.3 试验结果
两台DVL-600K 安装方式如下图所示：
图 3.5 设备安装方向
其中x 为船前进方向，设备 1（图 3.4 中蓝色设备）夹角为 45 ° , 设备 2（图3.4 中银色设备）夹角为 0 °。
航线试验过程中，设备的参数设置为自动设置，根据实时测量的湖底深度自动调整发射信号的脉宽、功率等参数，操作简洁。
3.3.1 设备 1 试验结果
设备 1 总共完成 3 条有效航线，航线试验过程中，设备的参数设置为自动设置，根据实时测量的湖底深度自动调整发射信号的脉宽、功率等参数，操作简洁。
1、航线 1
航线 1 历时约 1600s，期间试验船保持约 7~8 节的速度行驶，总航程约 6.5km， 整个过程设备湖底跟踪稳定，船速测量稳定精确，航程计算精确。底跟踪、测速和航程计算结果分别如图 3.6~3.11 所示。
图 3.6 湖底稳定跟踪结果
从图 3.6 中可以看出，航线 1 过程中，湖底高低起伏变化剧烈，从 20m 到 50m 起伏不断，但是设备 1 依然能保持稳定的湖底跟踪，证明本设备具备稳定跟踪复杂湖（海）底的能力。
图 3.7 姿态、航向角
图 3.8 波束坐标下速度计算结果
图 3.9 仪器坐标下速度计算结果
图 3. 10 大地坐标下速度计算结果
从图 3.7~3.10 中可以看出，航线 1 过程中，DVL-600K 计算的波束坐标、仪器坐标和大地坐标下的速度稳定，且与实际的船速基本一致，可以证明本设备具有稳定、精确地测量速度的能力。
图 3. 11 DVL 与 GSP 航程比对结果
从图 3.11 中可以看出，航线 1 过程中，DVL-600K 计算的航程（红色）与 GPS（绿色）记录的航程基本一致，经计算总航程 6458.3m，两者终点偏差 19.1m， 相对误差为 2.9‰ ，足以证明本设备具有精确的航程计算能力。
2、航线 2
航线 2 历时约 700s，期间试验船保持约 6~7 节的速度行驶，总航程约 2.5km， 整个过程设备湖底跟踪稳定，船速测量稳定精确，航程计算精确。底跟踪、测速 和航程计算结果分别如图 3.12~3.17 所示。
图 3. 12 湖底稳定跟踪结果
从图 3.12 中可以看出，航线 2 过程中，湖底高低起伏一开始变化剧烈，后趋于稳定，从 20m 到 60m 起伏不断，但是设备 1 依然能保持稳定的湖底跟踪，证明 本设备具备稳定跟踪复杂湖（海）底的能力。
图 3.13 姿态、航向角
图 3. 14 波束坐标下速度计算结果
图 3. 15 仪器坐标下速度计算结果
图 3. 16 大地坐标下速度计算结果
从图 3.13~3.16 中可以看出，航线 2 过程中，DVL-600K 计算的波束坐标、仪器坐标和大地坐标下的速度稳定，且与实际的船速基本一致，可以证明本设备具有稳定、精确地测量速度的能力。
图 3. 17 DVL 与 GSP 航程比对结果
从图 3.17 中可以看出，航线 2 过程中，DVL-600K 计算的航程（红色）与 GPS（绿色）记录的航程基本一致，经计算总航程 2575.6m，两者终点偏差 6.2m，相 对误差为 2.4‰ ，足以证明本设备具有精确的航程计算能力。
3、航线 3
航线 3 历时约 700s，期间试验船保持约 7~8 节的速度行驶，总航程约 3km， 整个过程设备湖底跟踪稳定，船速测量稳定精确，航程计算精确。底跟踪、测速 和航程计算结果分别如图 3.18~3.23 所示。
图 3. 18 湖底稳定跟踪结果
从图 3.18 中可以看出，航线3 过程中，湖底高低起伏一开始缓慢变浅，后变化剧烈，从 20m 到 55m 起伏不断，但是设备 1 依然能保持稳定的湖底跟踪，证明本设备具备稳定跟踪复杂湖（海）底的能力。
图 3. 19 姿态、航向角
图 3.20 波束坐标下速度计算结果
图 3.21 仪器坐标下速度计算结果
图 3.22 大地坐标下速度计算结果
从图 3.19~3.22 中可以看出，航线 3 过程中，DVL-600K 计算的波束坐标、仪器坐标和大地坐标下的速度稳定，且与实际的船速基本一致，可以证明本设备具有稳定、精确地测量速度的能力。
图 3.23 DVL 与 GSP 航程比对结果
从图 3.23 中可以看出，航线 3 过程中，DVL-600K 计算的航程（红色）与 GPS （绿色）记录的航程基本一致，经计算总航程 2848.1m，两者终点偏差 7.8m，相对误差为 2.7‰ ，足以证明本设备具有精确的航程计算能力。
3.3.2 设备 2 试验结果
设备 2 总共完成 3 条有效航线，航线试验过程中，设备的参数设置为自动设 置，根据实时测量的湖底深度自动调整发射信号的脉宽、功率等参数，操作简洁。
1、航线 1
航线 1 历时约 700s，期间试验船保持约 7~8 节的速度行驶，总航程约 2.7km， 整个过程设备湖底跟踪稳定，船速测量稳定精确，航程计算精确。底跟踪、测速和航程计算结果分别如图 3.24~3.29 所示。
图 3.24 湖底稳定跟踪结果
从图 3.24 中可以看出，航线 1 过程中，湖底高低起伏变化相对剧烈，从 20m 到 50m 起伏不断，但是设备 2 依然能保持稳定的湖底跟踪，证明本设备具备稳定跟踪复杂湖（海）底的能力。
图 3.25 姿态、航向角
图 3.26 波束坐标下速度计算结果
图 3.27 仪器坐标下速度计算结果
图 3.28 大地坐标下速度计算结果
从图 3.25~3.28 中可以看出，航线 1 过程中，DVL-600K 计算的波束坐标、仪器坐标和大地坐标下的速度稳定，且与实际的船速基本一致，可以证明本设备具有稳定、精确地测量速度的能力。
图 3.29 DVL 与 GSP 航程比对结果
从图 3.29 中可以看出，航线 1 过程中，DVL-600K 计算的航程（红色）与 GPS （绿色）记录的航程基本一致，经计算总航程 2708.2m，两者终点偏差 5.2m，相 对误差为 1.9‰ ，足以证明本设备具有精确的航程计算能力。
2、航线 2和3
图 3.30 航线 2 DVL 与GSP 航程比对结果
图 3.31 航线 3 DVL 与 GSP 航程比对结果
从图 3.30 和 3.31 中可以看出，航线 2 和 3 过程中，DVL-600K 计算的航程（红 色）与 GPS（绿色）记录的航程基本一致，经计算总航程分别为 2998.2m 和 2656.1m， 两者终点偏差分别为 5.2m 和 7.5m，相对误差分别为 1.7‰和 2.8‰，可以证明本 设备具有精确的航程计算能力。
4. 试验总结
两台 DVL-600K 设备分别采用 1 号波束与船前进方向成 45 °夹角和 0 °夹角的安装方式，各完成 3 条航线，分别对两台设别的底跟踪能力、测速精度和航程计算精度进行测试，测试结果如下：
（1）6 条航线下，两台设备面对湖底高度变化剧烈的情况下依然准备、连续地跟踪到湖底，说明设备具备稳定跟踪复杂海（湖）底的能力；
（2）6 条航线下，两台设备计算的波束坐标、仪器坐标和大地坐标下的速度稳定，且与实际的船速基本一致，说明设备具备稳定、精确测速的能力；
（3）6 条航线地航程分别为 6458.3m、2575.6m、2848.1m、2708.2m、2998.2m 和 2656.1m，与 GPS 地航程计算误差分别为 2.9‰、2.4‰、2.7‰ 、1.9‰ 、1.7‰ 和 2.8‰ ，均小于 3‰ ，达到设计要求，满足高精度 DVL 的使用要求。
...
DVL-600K 千岛湖试验