基于最值算法的ADCP回波信号处理

发布时间：2017-08-04 05:28

  本文关键词：基于最值算法的ADCP回波信号处理

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【摘要】：声学多普勒流速剖面仪(ADCP)是根据声波的多普勒效应制成的一种精密测速仪器。以复自相关理论为基础的功率谱估计算法是ADCP设计时最常用的测频算法,但功率谱时域谱矩估计算法的相关系数需经验选取,自动化程度较低,而频域谱矩估算法计算复杂。本文以复自相关理论为基础设计了最值算法,提高了计算效率。首先,介绍了水下声波的性质以及声波的多普勒效应,给出了一维坐标下的多普勒效应公式。建立了声波的发射与接收数学模型,推导得出单路换能器测算水流速度的公式与仪器坐标下的三维水流速度。其次,由于复自相关函数的相角存在周期,本文将条件约束下的穷举算法应用到多普勒频移测量中。由于现实中多普勒频移存在最值,提出了测量多普勒频移的最值算法,最值算法给出了相关系数的取值上限,提高了自动化程度,这是本文的创新点。将穷举算法与最值算法离散化,给出计算多普勒频移的步骤及流程图,在Matlab下仿真分析证实最值算法是正确的。最后,采用四通道解调芯片AD8339设计了模拟解调电路,采用MAX274设计了模拟滤波器电路,采用AD7356设计了采样电路。根据最值算法原理给出了采样后信号的运算流程。
【关键词】：多普勒 复自相关 最值算法
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TB565
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 第一章 绪论8-14
• 1.1 课题背景及研究的目的和意义8-9
• 1.2 国内外研究现状分析9-12
• 1.2.1 多普勒测频技术的历史9
• 1.2.2 国外研究现状9-11
• 1.2.3 国内研究现状11-12
• 1.3 本文的主要研究内容12-14
• 第二章 ADCP的工作原理14-26
• 2.1 水下声波14-16
• 2.1.1 声波的性质14
• 2.1.2 多普勒效应14-15
• 2.1.3 多普勒效应公式15-16
• 2.2 ADCP的测量原理16-22
• 2.2.1 发射与接收模型16-18
• 2.2.2 仪器坐标18-20
• 2.2.3 水声换能器20-22
• 2.3 测距原理22-25
• 2.3.1 声呐方程23-24
• 2.3.2 时差法与水层分层24-25
• 2.4 本章小节25-26
• 第三章 频移估算方法研究26-51
• 3.1 回波信号处理26-30
• 3.1.1 信号处理流程26-27
• 3.1.2 复信号的自相关运算27-28
• 3.1.3 功率谱估计算法28-30
• 3.2 频移估计算法研究30-35
• 3.2.1 穷举算法30-31
• 3.2.2 最值算法31-34
• 3.2.3 算法的对比34-35
• 3.3 算法的离散化35-42
• 3.3.1 算法的离散化35-37
• 3.3.2 算法步骤37-40
• 3.3.3 最值算法的仿真验证40-42
• 3.4 算法的仿真分析42-50
• 3.4.1 运算时间42
• 3.4.2 平均值与方差分析42-46
• 3.4.3 误差分析46-50
• 3.5 本章小节50-51
• 第四章 回波信号处理电路51-68
• 4.1 电路结构51-55
• 4.1.1 参数选择51-52
• 4.1.2 FPGA简介52-53
• 4.1.3 硬件结构图53-54
• 4.1.4 声波的发射54-55
• 4.2 回波信号处理55-63
• 4.2.1 正弦信号的产生55-57
• 4.2.2 解调电路57-59
• 4.2.3 滤波器电路59-61
• 4.2.4 采样电路61-63
• 4.3 最值算法的实现63-67
• 4.3.1 相关运算的流程63-64
• 4.3.2 多普勒频移的计算64-65
• 4.3.3 器件选型65-66
• 4.3.4 电路控制66-67
• 4.5 本章小节67-68
• 结论68-69
• 参考文献69-75
• 致谢75

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前5条

1 饶中洋;冯春媛;;宽带ADCP的复相关算法仿真[J];海洋技术;2011年02期

2 张春海;董晓冰;;声学多普勒测流原理及应用研究[J];吉林水利;2013年11期

3 欧阳在平,代水平,李炎松;三峡工程明渠截流水文测验测船设计与实践[J];人民长江;2003年S1期

4 WANG Yaping;GAO Shu;;ADCP measurements of suspended sediment flux at the entrance to Jiaozhou Bay, western Yellow Sea[J];Acta Oceanologica Sinica;2013年12期

5 董夏;韩增林;关欣;;中国战略性海洋新兴产业发展趋势预测[J];云南地理环境研究;2012年02期

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本文编号：617949