多普勒计程仪的信号处理算法研究与系统软件设计

发布时间：2017-08-02 16:32

  本文关键词：多普勒计程仪的信号处理算法研究与系统软件设计

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【摘要】：多普勒计程仪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高度重视。因此，本文主要研究多普勒计程仪的信号处理算法和上位机系统软件设计。 本文首先研究基于相移束控的波束合成算法。在多普勒频率估计前，首先需对信号进行正交解调和波束合成，波束合成算法的复杂度直接影响到整个多普勒测速系统的实时性，鉴于此，从降低算法复杂度出发，利用正交解调后信号的正交性和希尔伯特变换性质，将正交解调和波束合成器作为一个模块设计，提出一种快速波束合成算法，大大降低了波束合成的复杂度。 然后研究了多普勒计程仪的频率估计算法。对窄带和宽带信号多普勒频率估计采用不同正交解调的快速波束合成的复相关算法进行了详尽的性能仿真分析和比较，宽带信号多普勒频率估计的复相关算法对正交解调误差的敏感度远远低于窄带信号多普勒频率估计，但是宽带信号多普勒频率估计中复相关算法的精度仍然会受到正交解调的影响。由于宽带信号采用二相伪随机编码信号，该信号是循环平稳信号，利用其循环平稳性研究了一种基于循环统计量的多普勒频率估计方法。利用信号在循环频率处的循环互模糊函数对频率进行估计，此算法虽然复杂度较高，但是不需要对信号进行正交解调，且其精度高。 最后设计实现了多普勒计程仪的上位机软件。该软件的设计平台是Windows操作系统，采用Visual C++6.0进行开发。上位机系统软件的主要功能包括串口设置、系统设置、数据显示、系统日志、系统帮助等。多普勒计程仪的上位机软件，通过RS-232C把上位机的串口和下位机单板的串口连接起来，，上位机将配置参数发送给下位机，上位机把下位机所传输上来的数据进行处理计算得到多普勒频偏值，并将计算结果在界面显示区实时显示频率值和波形，方便用户进行远程实时监控。
【关键词】：多普勒计程仪 波束合成 频率估计 循环平稳 复相关 软件设计
【学位授予单位】：杭州电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：U666.1;TN911.7
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-7
• 目录7-10
• 第1章 绪论10-16
• 1.1 研究目的与意义10-11
• 1.2 国内外研究现状和发展趋势11-14
• 1.2.1 多普勒计程仪研究概况及趋势11-13
• 1.2.1.1 国外研究概况及趋势11-12
• 1.2.1.2 国内研究概况及趋势12-13
• 1.2.2 多普勒计程仪频率估计方法概述13-14
• 1.3 本文主要工作和结构安排14-16
• 第2章 多普勒计程仪测速原理16-26
• 2.1 引言16
• 2.2 多普勒速度估计原理16-18
• 2.2.1 多普勒效应概述16-17
• 2.2.2 多普勒测速基本原理17-18
• 2.3 影响多普勒速度估计的因素及解决方法18-24
• 2.3.1 公式近似带来的误差18
• 2.3.2 船只颠簸摇摆造成的影响18-19
• 2.3.3 波束宽度的影响19-20
• 2.3.4 波束倾角的影响20-21
• 2.3.5 声速的影响21-22
• 2.3.6 工作频率的影响22
• 2.3.7 詹纳斯(JANUS)配置误差补偿22-24
• 2.4 本章小节24-26
• 第3章 正交解调和波束合成技术研究26-38
• 3.1 引言26
• 3.2 正交解调26-28
• 3.2.1 传统正交解调26-27
• 3.2.2 数字正交接收机27-28
• 3.2.3 频域正交解调28
• 3.3 相移束控技术28-35
• 3.3.1 波束指向性和波束图28-29
• 3.3.2 相移束控收发技术原理29-33
• 3.3.3 快速相控波束合成算法33-35
• 3.4 算法仿真及性能分析35-37
• 3.5 本章小节37-38
• 第4章 多普勒计程仪的频率估计方法研究38-56
• 4.1 引言38
• 4.2 基于复相关的频率估计方法38-47
• 4.2.1 复相关频率估计38-41
• 4.2.2 算法仿真及性能分析41-47
• 4.3 基于循环统计量的频率估计方法47-55
• 4.3.1 循环平稳特性47-48
• 4.3.2 频率估计方法48-52
• 4.3.3 算法仿真及性能分析52-55
• 4.4 本章小节55-56
• 第5章 多普勒计程仪上位机软件设计56-68
• 5.1 引言56
• 5.2 上位机系统软件总体设计56-59
• 5.2.1 上位机系统软件的功能分析56-57
• 5.2.2 上位机系统软件的流程设计57
• 5.2.3 上位机系统软件的主体界面设计57-59
• 5.3 串口通信59-65
• 5.3.1 打开串口60-61
• 5.3.2 关闭串口61
• 5.3.3 配置串口61-63
• 5.3.4 数据接收63
• 5.3.5 数据发送63
• 5.3.6 超时设置63-64
• 5.3.7 事件设置64-65
• 5.4 FPGA 寄存器与帧传输格式65-67
• 5.5 多普勒频偏计算67
• 5.6 本章小节67-68
• 第6章 总结与展望68-70
• 6.1 总结68-69
• 6.2 不足与展望69-70
• 致谢70-71
• 参考文献71-74
• 附录74

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

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本文编号：610228