国产宽带相控阵声学多普勒海流剖面仪

自从提出用多普勒技术测量海流的原理后，海洋科学工作者一直把它作为高新技术进行研究。声学多普勒海流剖面仪的问世被认为是海洋测流技术的重大突破。本文介绍了我国自行研制的宽带相控阵声学多普勒海流剖面仪(BBPAADCP)的测流原理、组成和目前取得的效果。     

声学多普勒海流剖面仪误差源分析

介绍了声学多普勒海流剖面仪的测速原理．推导了多普勒海流剖面仪的速度解算方法．同时指出测量中存在的误差源并对其进行分析．研究了消除或减小误差的方法．为提高多普勒海流剖面仪的测量精度提供了理论依据和可行的方法。     

宽带声学多普勒流速剖面仪回波信号模型分析

宽带声学多普勒流速剖面仪（Broadband Acoustic Doppler Current Profile,BBADCP）通过接收海洋体积混响信号进行频偏估计,体积散射模型的准确性决定了理论仿真的正确性。针对BBADCP的信号模型特点,建立了散射体单元散射叠加效应的海洋体积回波时空特性及散射模型,推导了叠加噪声后散射回波的具体表达式。通过散射回波的离散化,把各参数（幅度、频率、调制）分离开来,单独考虑各参数对测速精度的影响。利用复协方差算法对水流流速进行估计,分析了信噪比、水流流速、紊流效应等因素对BBADCP流速估计的影响,验证了体积散射模型的正确性。     

宽带声学多普勒流速剖面仪的中频正交采样算法

宽带声学多普勒流速剖面仪(Broadband Acoustic Doppler Current Profile,BBADCP)发射由伪随机编码调制的正弦信号,信号带宽在频域上产生展宽,成为带通信号。宽带回波信号的处理多采用正交解调的方法,但此方法对采样率的要求较高,硬件较难实现。利用数字中频正交采样法来实现,大大降低了采样频率,并且针对BBADCP解模糊速度的要求,进行了宽带回波信号的仿真试验,结果证明插值的数字中频正交采样法适合于BBADCP的信号处理。     

宽带声学多普勒流速剖面仪球面散射回波模型研究

宽带声学多普勒流速剖面仪通过处理水下体积回波信号进行流速估计,回波模型的准确度决定了理论仿真的正确性。针对回波的散射特性,通过分析水层回波信号的时空关系,提出一种球面散射水层回波模型,并利用坐标旋转方法推导出该水层回波解析式。相比其他方法,该模型解析式充分体现了散射体模型形状对回波的作用,更加接近实际情况。对该模型下回波信号进行频谱和自相关特性分析,采用复相关算法估算流速。通过与实测数据进行对比,结果证明了该回波信号模型与解析式的正确性。     

相控阵声学多普勒海流剖面仪的增益控制

根据多普勒海流剖面仪回波信号的变化规律，提出在工程上易实现的时间增益控制方法，并在自制PAADCP中得到应用。     

宽带多普勒流速剖面仪移相波束形成适用条件分析

分析了移相在宽带多普勒流剖面仪(Broadband Acoustic Doppler Current Profiler,BBADCP)中的误差表现,确定了 BBADCP使用移相方式的适用条件.从宽带编码信号特征出发,分析了移相造成的时域"错位"和频域频谱幅值不均匀衰减、功率谱密度分散现象,确定了影响阵列输出的变量分别为...     

基于Modbus协议的声学多普勒流速剖面仪软件实现

为了配合各地水情中心或预警预报系统的建设,研制了一款多普勒测流剖面仪,它具有真实反映流场,并且一次可以测量一个剖面上的若干层水流速度等优点。首先对这款多普勒测流剖面仪的系统功能进行了描述,结合Modbus协议特点,给出了本系统的读写数据的Modbus通信实例;在TI的OMAPL137硬件和嵌入式Linux操作系统的基础上,给出了实现Modbus RTU协议从站的设计方案;通过将从站采集到的水流速度传输至主站实时显示验证了该方案。实验证明该方案有效地实现了多普勒流速剖面仪在水利系统的现场数据传输。     

运动声源的多普勒信号仿真

运动声源会产生多普勒频移信号，本文以简单的点声源为例讨论了运动声源产生多普勒频移信号的原理，并根据这一原理编制了相应的程序来直观的表示。为分析多普勒频移信号提供信号源。     

国产超宽频海底剖面仪

介绍了我国自主研制的超宽频海底剖面仪的工作原理、组成、用途和目前取得的成果。     

一种解决BBADCP测速模糊的方法

宽带声学多普勒海流剖面仪采用重复相位编码信号和复协方差方法进行频移量的估计．具有较高的测速精度,但是在测速上具有速度模糊,在不改变原有的系统结构的基础上对宽带多普勒海流剖面仪的信号处理方法进行改进,提出采用回波自相关的第一个旁瓣的位置解决测速模糊的方法,并推导了计算公式。最后进行了数字计算和仿真。结果证明了这种方法的正确性和可行性。     

相位编码信号声学多普勒测流中的波形参数优化方法

针对相位编码声学多普勒测流中发射信号参数固定引起的适应性不强的问题,在基于信号模糊函数及其模的二阶导数的基础上,提出了两种根据测量需求和环境条件调整发射信号波形参数的优化方法,它们是分层精度约束下取得最佳速度估计精度的波形参数优化方法以及测速精度约束下实现最细分层厚度的波形参数优化方法,分别给出了参数优化的原理和具体的操作步骤。理论分析和实验数据分析结果均表明,相对于缺省参数信号,优化参数方法得到的信号具有明显的性能优势,且优化程度与理论预测基本相符。     

流速剖面测量中的发射波形设计

在水体剖面的流速测量过程中,深度分辨率和速度分辨率是重要的性能指标。为了满足日益提高的测量分辨率要求,文章从模糊度函数出发,设计组合波形作为流速剖面测量的发射信号,并根据其测速原理提出相应的信号处理方法,最后通过数值仿真验证该方法的有效性。理论分析和仿真结果表明:与脉宽相同的单频发射信号相比,组合波形具有更好的深度分辨率;与其中的子波形相比,组合波形在具有相同深度分辨率的前提下,获得了更好的速度分辨率和输出信噪比。     

宽带多普勒测速技术中跨周期模糊问题的研究

宽带声学多普勒流速剖面仪,利用伪随机编码调制发射脉冲信号以及复相关算法计算各水层反射回波的多普勒频移,进而达到测速的目的。复相关算法中,在排除模糊速度干扰的情况下,测速精度与脉冲信号的长度存在正比的关系。而脉冲宽度越长,所用来调制发射脉冲信号的编码阶数也越高,随之带来的便是速度模糊的问题。在复相关测频算法的基础上,针对长编码脉冲信号出现的周期性测频模糊情况,利用短编码脉冲信号的测频结果作为判别标准,选取恰当的周期性频偏作为计算结果,既提高了测速精度,又解决了精度提高所带来的周期性速度模糊问题,并且在实际应用中,提高了低信噪比条件下的测速精度。     

一种有效的水声通信多普勒处理方法

在水声通信中,由于发射和接收平台之间的相对运动,多普勒频移是无法避免的。多普勒频移使信号频率和相位发生变化,降低载波估计的精度,造成自适应均衡器的发散,使整个系统的性能下降。文中设计了一种应用于水声多载波相干调制系统的多普勒处理方法,采用块估计和线性插值以抵消多普勒频移的影响。仿真结果表明,该方法能有效地抵消多普勒频移对多载波相干调制系统的影响。在信噪比为-10dB、数据率为100bit/s的条件下,系统允许相对运动速度可达到±10m/s。     

激光多普勒测速仪信噪比及多普勒电流的研究

研究并给出了参考光束型激光多普勒测速仪中计算信噪比的一般公式,并进行数值模拟,分析了光斑尺寸和探测器孔径对信噪比的影响;同时给出多普勒电流的计算公式,并从理论上分析了参考光束与信号光束的空间位置关系对多普勒电流的影响.理论分析及数值模拟表明,信噪比是参考光光强的增函数,但当参考光光强达到一定值时,信噪比增加的非常缓慢,趋近极限值ηIs/(hv△f);两光束艾里斑尺寸相当时,信噪比最大,可达0.7ηPs/(hv△f).两束光不平行时,多普勒电流的大小与两束光的角度偏差关系很大;而两光束平行时,光束入射角对多普勒电流几乎没有影响.     

宽带声学多普勒计程仪性能试验分析

宽带声学多普勒计程仪与窄带声学多普勒计程仪相比,具有更高的测速精度和更广泛的应用价值。其中宽带信号的编码形式是提升宽带多普勒计程仪性能的重要因素。文章利用宽带测速的标准差公式分析了宽带多普勒测速精度的误差来源,提出了采用差分全球定位系统（Differential Global Positioning System,DGPS）和iXSEA公司的Octans光纤罗经组合测速参考系统进行测速精度考核的试验方法,分别对63、31和15阶（即码元数）的三种m码形式的编码序列脉冲,在高航速和低航速下,进行了对地和对水的测速考核试验以及数据分析。试验结果表明,宽带声学多普勒计程仪具有比传统计程仪测速精度高、稳定性好的特点。文章为宽带多普勒计程仪在实际应用中的参数选择提供了重要的试验依据。