ADCP环境适应性多普勒频率估计技术研究及DSP实现
发布时间：2020-12-12 10:34
声学多普勒流速剖面仪(ADCP)是现代水文测量中的常用仪器,主要用来测量河流和海流的流速。ADCP系统利用了声学多普勒效应,通过估计回波的多普勒频移计算出相应的流速。复杂的测量环境对回波信号的质量影响很大,严重影响了水流的估计精度。因此,本文针对ADCP测量环境,研究具有环境适应性的多普勒频率估计技术,提出了相应改进方法。具体工作如下:1.论文分析讨论了ADCP的多普勒测流原理、换能器阵型、水流分层原理、底跟踪方法等基本理论与方法,分析了常用的复自相关法多普勒频率估计方法,以及宽带测流等三种测流方式。2.在宽带测流方式和复自相关法多普勒频率估计的基础上,本文提出了基于复自相关峰间线性相位特性的多普勒频率估计方法,通过分析相位编码调制信号的复自相关峰间相位特性,推导获得了峰间相位最小二乘解。同时,针对相位最小二乘解的相位模糊问题,提出了基于频偏预估的相位解模糊方法。该方法利用频谱分析频域分辨率优于相位模糊区间对应频率长度的特性,通过FFT变换预估多普勒频率,实现相位解模糊。仿真分析验证了上述方法的有效性。3.本文分析了散射体分布等环境因素对测流回波信噪比等信号质量的影响,提出了基于变长脉...
【文章来源】：东南大学江苏省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：86 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
ADCP信号散射过程
深度范围为第二层，对应的时间段为 t2~t3，以此类推。通过处计出第一层的水流速信息，以此类推，可以估计出其他单元2-3，可以发现相邻单元层之间有 cT/2 范围的公共区域，重叠元层间存在层间干扰。频率估计方法7)知多普勒频率和径向流速成正比，因此在实际工程中先估勒频率再计算出相应流速。ADCP 系统的实时性和高精度要计算复杂度和较高的估计精度，下面将介绍复自相关法频率关法法[18]的主要思想是利用两段信号之间的相位关系[33]解算信号不同信号的频率估计，并且计算快速而灵活，兼顾了高计算此在工程应用中得到较为广泛的使用。下面简要介绍其原理S(f)
图 5-8 多普勒频率估计标准差对比图图 5-9 为基于能量权值加权平均多普勒频率估计的流速剖面图；图 5-10 为基于基于复自相关法多普勒频率估计的流速剖面图。与图 5-10 相比，可以发现图 5-9 在同一层上的颜色变化小，说明同一水层的流速变化小，反映了多普勒频率估计的标准差的降低。此外，与图 5-10 相比，图 5-9 在纵向上颜色变化更加平缓，说明水流的多普勒频率的估计在深度上的变化更加平滑，抑制了估计值的随机起伏。图 5-9 和图 5-10 的对比，可以直观的验证基于能量权值加权平均多普勒频率估计的可用性、有效性和应用效果。0 5 10 15 20 25 300102030层数 /层普多频率估计勒水流速剖面图(m/s)
【参考文献】：
期刊论文
[1]OMAP平台嵌入式声学多普勒流速剖面仪系统设计与实现[J]. 石靖鹏,彭东立,朱安珏. 声学技术. 2014(03)
[2]基于时域相位思想的复自相关算法的研究[J]. 温宗周,吕钱. 信息技术. 2014(02)
[3]基于GPS的ADCP流速和流量精确确定方法[J]. 陈志高,张红梅,赵建虎. 中国矿业大学学报. 2013(04)
[4]宽带声学多普勒流速剖面仪的中频正交采样算法[J]. 彭东立,马海涛,许伟杰. 声学技术. 2013(01)
[5]m序列及其在通信中的应用[J]. 林智慧,陈绥阳,王元一. 现代电子技术. 2009(09)
[6]巴克码信号处理的计算机仿真[J]. 侯民胜. 现代电子技术. 2008(23)
[7]国产宽带相控阵声学多普勒海流剖面仪[J]. 沈斌坚,唐义政,胡益群,耿涛. 声学与电子工程. 2005(01)
[8]多普勒和多普勒效应的起源[J]. 刘战存. 物理. 2003(07)
[9]相控阵多普勒测速技术研究[J]. 田坦,张殿伦,卢逢春,陈国忠,张咏霞. 哈尔滨工程大学学报. 2002(01)
[10]非相干脉冲激光多普勒雷达测速系统[J]. 刘智深,宋小全,刘金涛,张凯临. 科学通报. 2001(24)
博士论文
[1]声学多普勒流速测量关键技术研究[D]. 刘德铸.哈尔滨工程大学 2010
[2]基于软件无线电的数字ADCP信号处理系统的研究[D]. 朱昊.天津大学 2005
硕士论文
[1]ADCP环境适应性处理方法研究[D]. 徐祥.东南大学 2016
[2]ADCP系统DSP算法的优化与研究[D]. 项宁.东南大学 2016
[3]随机序列滑动平均强偏差定理及应用[D]. 周冬悦.南京理工大学 2014
[4]海浪方向谱的阵列测量方法研究[D]. 张东亮.国家海洋技术中心 2007
[5]机载脉冲多普勒雷达回波模拟研究[D]. 刘占军.西北工业大学 2006
[6]宽带多普勒测流技术研究[D]. 王秀波.哈尔滨工程大学 2005
本文编号：2912389
【文章来源】：东南大学江苏省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：86 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
ADCP信号散射过程
深度范围为第二层，对应的时间段为 t2~t3，以此类推。通过处计出第一层的水流速信息，以此类推，可以估计出其他单元2-3，可以发现相邻单元层之间有 cT/2 范围的公共区域，重叠元层间存在层间干扰。频率估计方法7)知多普勒频率和径向流速成正比，因此在实际工程中先估勒频率再计算出相应流速。ADCP 系统的实时性和高精度要计算复杂度和较高的估计精度，下面将介绍复自相关法频率关法法[18]的主要思想是利用两段信号之间的相位关系[33]解算信号不同信号的频率估计，并且计算快速而灵活，兼顾了高计算此在工程应用中得到较为广泛的使用。下面简要介绍其原理S(f)
图 5-8 多普勒频率估计标准差对比图图 5-9 为基于能量权值加权平均多普勒频率估计的流速剖面图；图 5-10 为基于基于复自相关法多普勒频率估计的流速剖面图。与图 5-10 相比，可以发现图 5-9 在同一层上的颜色变化小，说明同一水层的流速变化小，反映了多普勒频率估计的标准差的降低。此外，与图 5-10 相比，图 5-9 在纵向上颜色变化更加平缓，说明水流的多普勒频率的估计在深度上的变化更加平滑，抑制了估计值的随机起伏。图 5-9 和图 5-10 的对比，可以直观的验证基于能量权值加权平均多普勒频率估计的可用性、有效性和应用效果。0 5 10 15 20 25 300102030层数 /层普多频率估计勒水流速剖面图(m/s)
【参考文献】：
期刊论文
[1]OMAP平台嵌入式声学多普勒流速剖面仪系统设计与实现[J]. 石靖鹏,彭东立,朱安珏. 声学技术. 2014(03)
[2]基于时域相位思想的复自相关算法的研究[J]. 温宗周,吕钱. 信息技术. 2014(02)
[3]基于GPS的ADCP流速和流量精确确定方法[J]. 陈志高,张红梅,赵建虎. 中国矿业大学学报. 2013(04)
[4]宽带声学多普勒流速剖面仪的中频正交采样算法[J]. 彭东立,马海涛,许伟杰. 声学技术. 2013(01)
[5]m序列及其在通信中的应用[J]. 林智慧,陈绥阳,王元一. 现代电子技术. 2009(09)
[6]巴克码信号处理的计算机仿真[J]. 侯民胜. 现代电子技术. 2008(23)
[7]国产宽带相控阵声学多普勒海流剖面仪[J]. 沈斌坚,唐义政,胡益群,耿涛. 声学与电子工程. 2005(01)
[8]多普勒和多普勒效应的起源[J]. 刘战存. 物理. 2003(07)
[9]相控阵多普勒测速技术研究[J]. 田坦,张殿伦,卢逢春,陈国忠,张咏霞. 哈尔滨工程大学学报. 2002(01)
[10]非相干脉冲激光多普勒雷达测速系统[J]. 刘智深,宋小全,刘金涛,张凯临. 科学通报. 2001(24)
博士论文
[1]声学多普勒流速测量关键技术研究[D]. 刘德铸.哈尔滨工程大学 2010
[2]基于软件无线电的数字ADCP信号处理系统的研究[D]. 朱昊.天津大学 2005
硕士论文
[1]ADCP环境适应性处理方法研究[D]. 徐祥.东南大学 2016
[2]ADCP系统DSP算法的优化与研究[D]. 项宁.东南大学 2016
[3]随机序列滑动平均强偏差定理及应用[D]. 周冬悦.南京理工大学 2014
[4]海浪方向谱的阵列测量方法研究[D]. 张东亮.国家海洋技术中心 2007
[5]机载脉冲多普勒雷达回波模拟研究[D]. 刘占军.西北工业大学 2006
[6]宽带多普勒测流技术研究[D]. 王秀波.哈尔滨工程大学 2005
本文编号：2912389
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/shuiwenshuili/2912389.html
