一种新型ADCP数学模型的可行性研究

发布时间：2017-07-21 02:22

  本文关键词：一种新型ADCP数学模型的可行性研究

  更多相关文章： ADCP 多普勒效应 DDS 扫频信号 频移

【摘要】：21世纪是海洋的世纪,随着中国强海之路的发展,必然对海洋智能仪器提出更高的要求。而ADCP作为海洋智能仪器中的典型代表将重点发展。本文的研究内容来自国家863项目海洋监测技术主题“多参数海洋监测浮标”的子课题。本文的主要任务是验证了一种新的测量多普勒频移的方法,并且对将该方法应用到ADCP(声学多普勒流速剖面仪)系统进行测量的可行性进行了研究,该测量方法是整个ADCP系统的核心。ADCP(Acoustic Doppler Current Profilers)声学多普勒流速剖面仪是目前国际上最先进、最流行的测量流速的设备,给水文工作者、环境保护部门、土木水利工程项目都带来了很大的方便。近年来,随着嵌入式技术的快速发展,我国对声学多普勒流速剖面仪取得了很大的成果,在实时性、快速处理方面取得了不错的成绩;但是目前我国还没有一款用作商业用途的ADCP,因此开发稳定、可靠、灵活的商业用途的产品迫在眉睫。本文最后进行了初步实验验证,对接收波形和理论波形进行了对比,验证了论文所提出数学模型的可行性,并且分析指出本系统存在的缺点和今后研究方向。本文的主要工作和创新点包括以下几个方面1.分析了基于多普勒效应的ADCP测量原理。将验证的测量多普勒频移的方法应用到ADCP系统中。该测量方法能够减少水下噪声对测量信号的影响。2.系统在经过理论验证之后给出了系统建模的方法,并且验证了这个新型ADCP系统的可行性和可靠性。该数学模型简化了电路设计,提高了后续电路处理的灵活性。3.发射电路的设计。发射电路采用了DDS(直接数字合成)技术,该技术可以产生复杂频率的扫频信号,方便精确控制步进频率和步进频率的扫描时间,满足本文对发射信号的要求。4.接收电路设计。接收电路采用了一个复杂的集成谐振电路,这样简化了电路结构,更重要的是这种紧凑的结构能够提高信号的信噪比。
【关键词】：ADCP 多普勒效应 DDS 扫频信号 频移
【学位授予单位】：中国海洋大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：P716
【目录】：

• 摘要5-6
• abstract6-10
• 第1章 绪论10-20
• 1.1 ADCP系统的作用和研究意义10-11
• 1.2 ADCP技术的发展和国内外研究状况11-15
• 1.2.1 ADCP技术的发展11
• 1.2.2 国外研究情况11-14
• 1.2.3 国内研究情况14-15
• 1.3 ADCP分类15-19
• 1.3.1 底座式ADCP16-17
• 1.3.2 悬浮式ADCP17
• 1.3.3 走航式ADCP17-18
• 1.3.4 拖曳式ADCP18
• 1.3.5 横向固定安装的ADCP18-19
• 1.4 嵌入式系统设计19
• 1.5 本章小结19-20
• 第2章 ADCP的测量原理及坐标变换20-36
• 2.1 声学测速原理20
• 2.2 ADCP的测量原理---多普勒效应20-27
• 2.2.1 超声波传感器的原理23-24
• 2.2.2 ADCP的分层原理24-26
• 2.2.3 波束倾斜角度和流速剖面之间的关系26-27
• 2.4 ADCP系统测流的局限性27-28
• 2.5 ADCP坐标变换28-32
• 2.5.1 波束坐标到仪器坐标的转换28-30
• 2.5.2 仪器坐标到大地坐标的变换30-32
• 2.5.3 坐标转换过程中的误差分析32
• 2.6 水下噪声与声波传播损耗32-34
• 2.6.1 水下噪声32-33
• 2.6.2 声波传播损耗33-34
• 2.7 多径效应34
• 2.8 本章小结34-36
• 第3章 ADCP系统数学模型的建立36-43
• 3.1 ADCP系统发射信号设计36-37
• 3.2 接收信号分析与处理37-39
• 3.2.1 自相关函数37-38
• 3.2.2 数学模型的参数校准38-39
• 3.3 散射体距离和流速的计算39-41
• 3.3.1 散射体距离的计算39-40
• 3.3.2 散射体速度的计算40-41
• 3.4 超声波传播速度的校正41-42
• 3.4.1 影响超声波水下传播速度的因素41-42
• 3.4.2 超声波速度的校正42
• 3.5 本章小节42-43
• 第4章 ADCP系统的实验电路设计43-55
• 4.1 ADCP系统的组成43
• 4.2 传感器的选型43-44
• 4.3 发射电路设计44-47
• 4.3.1 DDS的基本原理44-45
• 4.3.2 基于DDS技术的AD9959的功能45-46
• 4.3.3 发射电路流程图设计46-47
• 4.4 接收电路设计47-51
• 4.4.1 接收电路设计流程图47-48
• 4.4.2 一个通道的接收电路设计48-49
• 4.4.3 自相关解调电路设计49-50
• 4.4.4 接收电路的参数校准50-51
• 4.5 AD采样原理分析51-52
• 4.6 实验结果52-54
• 4.7 本章小结54-55
• 第5章 总结与展望55-57
• 5.1 本文的主要作用和贡献55
• 5.2 展望和研究55-57
• 参考文献57-59
• 致谢59-60
• 个人简历60-61
• 硕士期间发表的论文61

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本文编号：571065