准拉格朗日平台声学多普勒流速剖面仪测量中的波浪诱导偏差

紧凑型自主海洋航行器，包括水面和水下航行器，现在通常被用于使用声学多普勒流速剖面仪 (ADCP) 进行海洋流速观测。然而，在不可避免的地表波浪存在下，这些平台进行的 ADCP 测量容易受到波浪相关轨道运动和平台倾斜引起的偏差影响。在典型的海洋条件下，偏差的幅度可达每秒数十厘米。本文在小振幅线性波近似下解析推导了依赖于深度的偏差公式。考虑了多种场景，包括水面和水下平台、向上和向下看的 ADCP、自由漂流和自推进航行器。结果表明，偏差是波场特性、平台响应动力学和 ADCP 配置（特别是方向和波束角）的函数。在所有情况下，波浪诱导偏差表现出类似于 Stokes 漂流的参数标度，尽管存在一些关键细微差别。解析推导通过半解析模型进行了验证，该模型也可用于估计更复杂测量配置和完全非线性波浪下的偏差。进一步分析揭示了向上和向下看的 ADCP 配置之间意想不到的根本差异，为旨在最小化和缓解自主海洋观测中波浪诱导偏差的实验设计提供了见解。