GPS聲納定位實驗

1、GPS聲納定位實驗一、實驗目的1、利用時差法測量聲速和距離2、了解聲納原理，用超聲波定位目標二、實驗儀器GPS水下超聲定位儀一套三、實驗原理對一物體進行定位（假設在同一水平面上）需要兩個坐標，以極坐標系為例，需要知道物體離參考點的距離和角度。本實驗裝置中（如下圖），可以通過超聲波確定,結(jié)合角度就能對物體進行定位。超聲波直接測出的是，r的實驗測量值可以由下列公式計算：同時，r的真實值還可以由標尺直接讀出，記為r。物體的角度實驗測量值可以由下列公式計算：同時，的真實值還可以由標尺直接讀出，記為。超聲波速度由以下經(jīng)驗公式求出：,T為水的溫度而,。四、實驗內(nèi)容與結(jié)果分析1) 定標，求傳感器到圓柱體容器

2、中心的長度P測得實驗室溫度，利用公式計算當下溫度下聲波在水中器中的傳播速度。用儀器中所帶的銅塊掛在圓柱體容器中心下的螺釘上，測量時間，計算長度P。測得水溫,求得計算得出v=1383.8m/s，測得計算得出P=12.59cm。2) 運動軌跡追蹤確定被測物的運動軌跡、起點與終點坐標，將被測物每放一個位置測量一次時間和角度。再根據(jù)公式求得。a. 被測物作直線運動調(diào)整，改變，實驗測得一組超聲波到達被測物需要的時間，而，由計算得出一組，結(jié)果如下：表1 直線運動測量結(jié)果編號12345678 (us)123129136142149156162170(cm)4567891011(cm)4.435.266.23

3、7.068.038.999.8210.93-10.70-5.17-3.78-0.82-0.320.061.750.62(cm)-0.43-0.26-0.23-0.06-0.030.010.180.07繪出實驗與理論所得的運動軌跡如下：圖1 被測物進行直線運動的運動軌跡結(jié)果討論從表1看出，測量值與實際值的絕對誤差比較小，最大的誤差也只有4mm，從圖1也可以看出運動軌跡的真實值與理論值比較吻合。對于相對誤差而言，絕大部分的測量值與實際值的相對誤差較小，但被測物靠近超聲波發(fā)射裝置（即較?。r，相對誤差比較大。下面對此進行分析，由于r=vt，對該式進行微分得到：dr=tdv+vdt=tdv+v/f，f

4、為計時電路的計時頻率，這表明r的誤差來自兩方面，一是聲速誤差在時間上的積累tdv，二是計時頻率f，而相對誤差dr/r=dr/(vt)=v/dv+1/tf，第二項表明相對誤差隨著時間t的增加而不斷減小。而被測物靠近發(fā)射裝置時，時間t較小，所以相對誤差較大。另外，絕對誤差除了上述兩個誤差來源外，還與被測物的尺寸有關。b. 被測物沿圓周運動固定不變，改變，實驗測得一組超聲波到達被測物需要的時間及其相應的，而，由計算得出一組，結(jié)果如下：表2 圓周運動測量結(jié)果編號12345678 (us)163162159156152145138130010151823263034(cm)101010101010101

5、0(cm)9.969.989.949.8510.019.629.549.48-0.37-0.19-0.64-1.490.06-3.75-4.62-5.23(cm)-0.04-0.02-0.06-0.150.01-0.38-0.46-0.520102030405060700.013.625.032.043.251.361.471.6Inf35.7824.976.717.972.702.272.330.00 3.58 4.99 2.01 3.19 1.35 1.36 1.63 繪出實驗與理論所得的運動軌跡如下：圖2 被測物進行圓周運動的運動軌跡結(jié)果討論  在被測物直線移動過程中，隨著的減小能器的距離也相應減小，角度步長的增大，由于被測物體的直徑大，以及換能器的檢測具有一定的范圍，導致?lián)Q能器不一定正視被檢測物體，又為超聲速速度過快，使得當被測物體與換能器的距離越來越小時，i的誤差也越來越大。 在被測物作圓周移動過程中，隨著向兩邊增大與換能器的距離逐漸減小，因為相對取的ri較大，一定程度上減小了實驗誤差，因此所測得的數(shù)據(jù)以及數(shù)據(jù)處理結(jié)果都相對比較接近理論值。 在實驗過程中，由于人為的調(diào)整換能器角度，使得產(chǎn)生較大