4 三维的水流速度矢量
迄今为止这个讨论已经指明了单声束只能测量与声束平行的速度部分。这一部分解释了一个ADCP如何利用四个声束来获得速度的三个方向和额外的多余（然而仍然是有用的）信息。为了利用多声束来获得三维的速度，应该假设水流经过固定深度的水层时是均衡的
。
多声束
当一个ADCP利用多声束指向不同的方向时，它能检测不同的速度部分。例如，如果一个ADCP把一条声束指向东，一条向北，那么它将测量东和北的水流部分。如果这个ADCP指向其他的方向，利用三角关系可以把它转换成向北和向东的部分。关键的一点是每一个水流部分需要一条声束。因此，要测量三个速度部分（例如，东，北和上），至少应该有三条声束。
在一个水平分层的水流均匀性
利用三角关系来计算水流的一个问题是这些声束使他们在不同的地方测量。如果水流的速度在不同的地方是不相同的，那么三角关系将会不起作用。水流必须水平均匀，也就是说，他们在这四条声束上必须是一样的。庆幸的是，在海洋、江和湖泊中水平的均匀性是一个合理的假设。
利用四条ADCP声束计算速度
Figure12阐明了我们如何利用一个ADCP的四条声束来计算三个速度部分。一对声束获得一个水平分量和一个垂直分量。第二对声束产生了第二对垂直相交的水平分量和垂直速度分量。因此，有对两个水平速度分量和两个垂直速度分量的估计。Figure 12指明了这个声束被指定为东/西和南/北，但是方向是任意的。
Figure 12.声束和地球速度部分的关系。
速度误差：为什么有用
在声音速度的两个估计之间速度误差是不同的。速度误差依赖于数据冗余：计算三维的速度只需要三条声束。第四条ADCP声束是多余的但却不是浪费的。如果水平均匀性的假设是合理的，这个速度误差是可以计算的。对于评估数据质量是一个很重要的内在的方式。
Figure13展示了两种不同的情形。在第一种情况下，在一个深度的水流速度的四个声束方向是一样的。在第二种情形下，只有一个声束方向的速度是不同的。平均来说，第二种情形下的速度误差要比第一种情形下的大一些。记住，无论这个速度是否与声束相同都无关紧要，因为这个ADCP声束可能是坏的或者是实际的水流也是不同的。由于水中的不均匀性，速度误差能够检测到错误，当然也可能是由制造设备时引起的错误。
Figure 13.非均匀水流导致大的速度误差。
Janus 配置方式
我们把ADCP传感器配置叫做Janus配置，以Roman god的名字命名，这个人看起来既前进又后退。对于拒绝由ADCP倾斜引起的水平速度误差，这个Janus配置方式是格外好用的。这是因为：
① 当计算水平速度时这两个相对的声束允许不考虑垂直分量。
② 倾斜的不确定性引起的单声束的速度误差与倾斜的误差的正弦成比例。
在Janus配置中的声束把速度误差减少为倾斜误差的二次方。也就是说，速度误差与倾斜误差的平方成比例。
5速度剖面
ADCPs最重要的特征就是它测量水流剖面的能力。ADCPs把这些速度
剖面分割成统一的部分，叫做深度单元（深度单元也经常被叫做盒子）。这一部分解释了这些剖面是如何产生的以及涉及到的一些因素。
深度单元
每个深度单元对应一个单个测流计。因此一个ADCP的速度剖面就像是一串测流计统一的分布在一个停泊区（Figure 14）。因此，我们可以通过类推的方法做如下定义：
① 深度单元的尺寸=流速计之间的距离 ② 深度单元的数量=流速计的数量
在这一串流速计和ADCP速度剖面之间有两个重要的不同点。这第一个不同就是在ADCP剖面中的深度单元总是被统一划分，而测流计被放置在不规则的区间上。第二点不同就是ADCP在每个深度单元的深度变化范围内测量平均速度而测流计仅在空间中离散的点上测量水流。
深度单元有规律的布置
剖面上速度数据的有规律布置可以使处理数据和中断测量数据简单化。这个有规律的布置与规定的采样速率相对应。处理不规则的采样数据比处理有固定采样频率的数据要难得多。这个特点也适用于垂直剖面的测量。
Figure 14.ADCP深度单元与传统的流速计做比较。
在每个深度单元的变化范围内计算平均值
不像传统的测流计一样，ADCPs不用在水中小的、局部的空间内测量水流。相反，他们在整个深度单元的深度变化范围内计算速度的平均值。这个平均值减少了空间假频的影响。时间序列的假频导致高频率的信号看起来像低频信号。这个影响与深度是等价的。对深度变化范围内观察到的速度进行滤波可以拒绝垂直变化的速度，这个速度比在一个深度单元时要小，因此，这就减少了测量的不确定性。
距离选通
剖面由距离选通这个回声信号产生。距离选通把接收到的信号分解成连续的部分来单独处理。来自远距离的回声返回ADCP要比近距离的返回ADCP所花费的时间长。因此，连续的距离选通对应着来自不断增加距离的深度脉冲的回声。
距离选通和深度单元之间的关系
一个深度单元在一个水柱范围内测量平均速度，但是通常情况下这个平均值在这个范围内是不统一的。在这个深度单元中间对声速是最敏感的，而在边界是最不敏感的。剩下的这部分就解释了这种现象发生的原因，并且描述了导致加权函数的原因。
Figure 15阐明了距离选通和深度单元之间的关系。这一环节与来自ADCP的时间和距离有关。在时间轴的左边是发射脉冲。发射脉冲的传播方向用向右上方倾斜的线表示。返回传感器的回声用向右下方倾斜的线表示。
随着时间的增加，发射脉冲向远离ADCP的方向传播。一旦发射脉冲完整之后，ADCP就立即关闭传感器，等待很短的一段时间，人们把这段时间叫做空白期。现在这个回声就开始处理对应于距离Gate1的回声。当Gate1处理完之后，它就直接开始处理Gate2，等等。这些步骤在水平轴上表示出来了。
Figure 15.距离时-间情节展示了如何发射脉冲和回声在空间中师如何传播的。时间在传播脉冲开始时计时，距离从到达传感器表面时计算，
Figure 16.距离-时间情节的细节。
要想理解Figure 15是如何工作的，首先考虑发射脉冲前沿的回声，其中这个发射脉冲来源于位于Cell1中心的一个散射体。沿着这条传播线，这条线标出了发射脉冲的前沿——这条线沿着发射方向向上倾斜。现在找到这条线对应的回声——这条线从发射脉冲前沿和Cell1中心的交接点处向下倾斜。这些线追踪了发射脉冲前沿到散射体的道路和前沿回声返回传感器表面的道路，这些都在Figure 16A中详细的表示出来了。Figure 16B追踪了发射脉冲后沿到不同散射粒子的道路和它的回声返回传感器表面的道路。这两个回声都在距离 Gate 1的开始时到达传感器。
一旦你理解了前面段落中展示的概念，你就能追踪和研究Cell 1轮廓上的传播途径。你也能学会Cell 1的中心
如何把回声信号的最大部分作用于距离Gate 1。来自相距Cell 1中心最远的回声仅对来自发射脉冲前沿的信号起作用。来自相距Cell 1近的部分仅对来自发射脉冲后沿的信号起作用。你也可以明白这些相邻的单元是如何交迭的。
针对一个深度单元的加权函数
在Figure 15中，位于菱形时空面积中心的散射体比位于菱形边界和底部的散射体给距离Gate 1的信号提供更多的能量。这就意味着他们对在Gate 1测量的平均水流速度起更大的决定性作用。每个深度单元的速度都是用在Figure 17中的三角加权函数计算平均值的。注意每个深度单元都与自己相邻的深度单元相互交迭。在相邻的深度单元中的15%的交迭引起相关。