ADCP环境适应性处理方法研究

发布时间：2017-08-06 11:16

  本文关键词：ADCP环境适应性处理方法研究

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【摘要】：ADCP(Acoustic Doppler Current Profilers,声学多普勒流速剖面仪)是二十世纪八十年代初发展起来的一种测流设备,主要用来测量大范围海流的速度,在河流测量中有着极为广泛的应用。系统基本原理是利用多普勒效应,得到与发射信号对应的水流回波并对回波信号进行分层、计算,得到剖面流速信息。本文在对ADCP技术的基本理论和Matlab建模进行研究后,提出了环境适应思想并将其运用到ADCP系统当中。同时针对测量中出现的测速模糊和层间干扰这两个测量时不可避免的问题提出改进方案,完成了系统软件平台的搭建和水上实验分析,论文具体内容如下：1.简述ADCP测流的基本原理。对多普勒效应、不同换能器的阵列形式、水流分层概念、底跟踪测量方法进行简要介绍,论证了回波信号与空间分层的对应关系,从盲区和旁瓣干扰两个角度探讨了ADCP测流的局限性。2.对基于复自相关理论的频率估计方法在ADCP测流中的可行性进行了验证；分析了不同测流方式的性能,包括窄带非相干测流、窄带相干测流和宽带测流,得出宽带测量通过编码改善了信号相关性,增大了时间带宽积,是对窄带非相干和窄带相关两种测流方式的优点结合的结论；通过改变发射信号参数,验证发射信号形式对测流性能的影响。3.针对ADCP测量中出现的测速模糊和层间干扰这两个问题,提出一种基于脉冲延时变化的解模糊算法,同时针对解模糊范围、解模糊准确性和具体实现这三者之间的矛盾,通过组合判定对原有算法进行改进。对于测量时的层间干扰问题,提出使用滑动平均算法抑制层间干扰,通过精细化分层增加滑动平均算法的样本点,进一步抑制了层间干扰。通过Matlab验证了以上两种算法的可行性。4.完成了基于CCS的OMAPL138处理器的软件开发,在软件中实现上述两种算法。系统中加强了开发板与各模块之间的通信,信号和算法参数均可以根据环境的不同实时改变,为环境适应思想提供了软件支持。同时进行了场外水上实验,分析实验结果验证了算法的可行性。
【关键词】：ADCP 复自相关 宽带测流 环境适应 解模糊 层间干扰
【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TH766.21
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第一章 绪论10-18
• 1.1 研究背景及意义10-11
• 1.2 国内外研究现状11-13
• 1.2.1 国外研究情况11-12
• 1.2.2 国内研究情况12-13
• 1.3 ADCP的分类13-15
• 1.3.1 船载式ADCP13
• 1.3.2 拖拽式ADCP13-14
• 1.3.3 座底式ADCP14
• 1.3.4 横向安装的ADCP14-15
• 1.4 论文的主要内容及创新点15-18
• 1.4.1 文章主要内容和结构15-16
• 1.4.2 文章创新点16-18
• 第二章 声学多普勒测流基本原理18-26
• 2.1 多普勒效应18-19
• 2.2 ADCP的换能器阵型19-20
• 2.3 水流分层20-21
• 2.4 底跟踪测量21-22
• 2.5 ADCP测流的局限性22-24
• 2.5.1 盲区22-23
• 2.5.2 旁瓣干扰23-24
• 2.6 本章小结24-26
• 第三章 流速测量方式与性能比较26-52
• 3.1 复自相关算法26-32
• 3.1.1 频率估计算法26
• 3.1.2 复自相关算法原理26-29
• 3.1.3 复自相关算法的DSP实现29-32
• 3.1.3.1 信号处理流程29-31
• 3.1.3.2 算法的离散化31-32
• 3.2 ADCP测流方式32-44
• 3.2.1 窄带测流方式32-39
• 3.2.1.1 单频脉冲信号32-33
• 3.2.1.2 非相干测流方式33-36
• 3.2.1.3 相干测流方式36-39
• 3.2.2 宽带测流方式39-44
• 3.2.2.1 二进制编码调相信号39-42
• 3.2.2.2 宽带测流方式42-44
• 3.3 测流性能分析44-50
• 3.3.1 编码形式对测流性能的影响44-47
• 3.3.2 码元宽度对测流性能的影响47-48
• 3.3.3 编码重复次数对测流性能的影响48-50
• 3.4 本章小结50-52
• 第四章 环境适应性误差修正52-76
• 4.1 测速模糊及解决方案52-65
• 4.1.1 测速模糊原理52-53
• 4.1.2 基于脉冲延时变化的解模糊方法53-55
• 4.1.3 组合判定下脉冲延时改变的解模糊方法55-57
• 4.1.4 仿真实验及结果分析57-65
• 4.2 低空间分辨率下的层间干扰消除65-74
• 4.2.1 基于滑动平均的层间干扰消除65-69
• 4.2.1.1 滑动平均基本原理65-67
• 4.2.1.2 滑动平均算法在ADCP中的应用67-69
• 4.2.2 分层精细化处理69-71
• 4.2.3 仿真实验及结果分析71-74
• 4.3 本章小结74-76
• 第五章 环境适应性系统的实现及水上实验76-94
• 5.1 系统总体方案设计76-77
• 5.2 软件设计模块77-82
• 5.2.1 CCS开发环境77-78
• 5.2.2 OMAPL138处理器的介绍78-79
• 5.2.3 基于CCS5.4.0的OMAPL138的开发79-82
• 5.3 软件实现部分82-89
• 5.3.1 基于读写锁机制的双核通信82-83
• 5.3.1.1 读写锁介绍82-83
• 5.3.1.2 读写锁机制在OMAPL138处理器的应用83
• 5.3.2 通信模块配置83-86
• 5.3.3 环境适应性机制的实现86-89
• 5.3.3.1 信号形式的改变86-87
• 5.3.3.2 解模糊算法的实现87-88
• 5.3.3.3 层间干扰消除的实现88-89
• 5.4 水上实验89-93
• 5.4.1 实验场景介绍89-90
• 5.4.2 实验结果及分析90-93
• 5.4.2.1 回波信号分析90-91
• 5.4.2.2 层间干扰消除验证91-93
• 5.5 本章小结93-94
• 第六章 总结与展望94-96
• 6.1 总结94-95
• 6.2 展望95-96
• 参考文献96-100
• 致谢100-102
• 硕士研究生期间参与的项目和论文102

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本文编号：629618