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。     

一种提高多普勒测速仪测频精度的方法

多普勒测速仪是水面或水下平台速度测量的主要设备。提出了利用随机样本一致(Random Sample Consensus,RANSAC)算法来估计多普勒频移,从而使速度测量具有更高的稳定性。多普勒测速仪信号处理的核心是测量多普勒频移,该方法利用回波复相关相位是多普勒频移的一次函数来估计多普勒频移,进而计算得到平台速度,在估计频移时采用RANSAC算法以提高测频精度。为了验证方法有效性,对信号形式为连续波(Continuous Wave,CW)脉冲对的情形进行了仿真。结果表明,提出方法的稳定性得到明显提高。     

相关时延估计误差对测频误差的影响

声学多普勒测速技术采用宽带编码信号进行多普勒频移估计时会产生测频误差,该误差来源主要分为两种：（1）宽带信号频谱不对称;（2）相关时延存在估计误差。文章主要讨论相关时延估计误差对测频误差的影响,分析了其产生的原因以及该误差对测频误差的影响。忽略相关函数简化误差以及滤波后频点不对称,推导得到由相关时延估计误差导致的测频误差的解析式。进行了仿真和湖试数据分析,不同频移下的测频误差与理论测频误差一致,不同填充系数下的实际测速误差与理论测频误差变化趋势相同。该对比结果验证了相关时延估计误差会对测频误差产生影响,证明了由相关时延估计误差导致的测频误差的解析式可信。     

回波信号限幅对声学多普勒测速偏差的影响

声学多普勒测速设备常采用复协方差算法测量多普勒频移，当回波信号出现限幅时会产生频移测量偏差，进而导致测速偏差。文章基于复协方差算法分析了回波信号限幅引起多普勒测速偏差问题的原因，得出限幅后频移测量偏差随真实频移变化而呈现正弦振荡变化的规律，分别使用窄带和宽带发射信号完成回波限幅仿真计算。基于声学多普勒测速仿真器和海上试验完成了对声学多普勒测速设备回波限幅数据的采集，仿真和试验数据结果与理论分析结果一致。     

基于FPGA的激光外差干涉仪反正切解调技术

针对高频声学应用中多普勒信号软件解调的局限,提出了一种基于FPGA的数字硬件信号解调方案。基于AD9467设计了高速ADC采集系统,以实现原始多普勒信号的奈奎斯特采样或带通采样;基于Xilinx Zynq-7000片上芯片系统设计数字信号处理系统,实现了DDS合成参考信号与多普勒信号混频、低通滤波产生I&Q基带信号对,采用CORDIC算法对I&Q基带信号对反正切解调得到待测振动位移,实现了多普勒信号的实时解调。50～500kHz范围的数值仿真和50～300kHz范围的初步实验结果验证了设计方案的可行性。     

正交复滤波器与小波的数值构造

研究了参数化正交复滤波器与小波的数值构造方法.在以往研究成果的基础上,建立了构造正交复滤波器的蝶形算法,该算法便于计算任意长度紧支集复滤波器,便于优化参数设计所需的滤波器与小波.并且研究了参数变化与复滤波器性质的关系,给出相关定理并加以证明.最后给出不同参数下复滤波器、复尺度函数和复小波的计算实例,通过参数优化得到具有对称性和近似线性幅频特性的复小波函数.     

基于频域变采样的OFDM水声移动通信多普勒补偿算法

针对正交频分复用技术(Orthogonal Frequency Division Multiplexing,OFDM)在水声移动通信条件下存在对多普勒频偏敏感的缺陷,提出了一种基于频域变采样技术的多普勒补偿算法。利用移动通信条件下OFDM子载波正交性不变的特点,通过频域变采样实现对多普勒的快速补偿,并采用编码反馈校验技术跟踪系统多普勒变化,达到了OFDM移动通信条件下实时通信的目的。仿真和水池实验结果证实:频域变采样多普勒补偿算法不仅可以实时地跟踪通信载体运动变化,快速补偿多普勒,同时大幅降低了时域变采样多普勒补偿算法的计算量,降低了通信系统硬件平台复杂度。     

振动传感器的相位特性测量

本文描述用激光干涉的方法测量机械振动的幅值及相位,并由此测量振动传感器灵敏度的幅频及相频特性,重点是相频特性,特别是反正切函数的计算方法。     

一种激光多普勒信号的频率估计算法

分析了激光多普勒回波信号的特征,提出了一种激光多普勒信号的频率估计算法.用FFT(Fast Fourier Transform)技术求得信号的自相关函数,并由功率谱得到信号频率的粗估计,然后用粗估计值对自相关函数移频,并根据移频信号自相关函数在一点的相位,估计频偏,对粗估计进行频率校正得到频率估计值.在进行信号频率粗估计和求相位时,利用计算过程中得到的结果和FFT因子的对称性,减少运算量.仿真结果表明,本算法有较小的均方根误差和平均绝对误差,应用于激光多普勒测速实验,结果与仿真一致.     

水声DS-CDMA通信中多相位假设码片速率自适应判决反馈均衡算法研究

研究了直接序列扩频码分复用(DS-CDMA)通信中基于多相位假设的码片速率自适应判决反馈均衡算法.水声信道的衰落和多普勒频移会严重影响扩频信号的相关特性,需要在做解扩频之前进行多普勒频移补偿和信道自适应均衡.将空间分集-多普勒频移补偿-自最佳自适应判决反馈均衡算法应用到DS-CDMA通信中,提出一种基于多相位假设的码片速率自适应判决反馈均衡算法,并用实际的千岛湖实验数据和仿真数据对算法性能进行了分析.结果表明算法以增加计算复杂性为代价显著提高了DS-CDMA通信性能,在复杂快变的多途和多普勒频移条件下可以保证低的误符号率,在低信噪比条件下能够稳定工作,总体性能良好.     

基于FIR 数字滤波器的扫描图像去网

针对扫描图像,提出了一种基于FIR 数字低通滤波器的去网方法,该方法是将图像从空间域转换到频率域,对频率域图像进行FIR 低通滤波处理,结合图像评价指标PSNR,选择最优的滤波器参数。用该去网算法与常用的去网算法进行了比较,结果表明,该去网算法在达到去网效果的同时能够更好地保留边缘信息。     

缓冲材料蠕变特性测试系统设计

目的介绍一种缓冲材料蠕变测试系统的设计方法,该系统包括测试装置的硬件设计和相应的测试软件开发。方法设计一种新的缓冲材料蠕变特性的测试装置,并用Lab VIEW软件开发其测试软件系统,采用PC机自带的声卡作为数据采集卡,配合传感器、压频(V/F)转换器等硬件对缓冲材料在一定静压下的厚度变化量进行数据采集与分析,得出缓冲材料蠕变特性曲线。结果位移传感器采集缓冲材料随时间的位移形变,经信号调理、低通滤波后,输入给以LM331芯片所组成的V/F转换器,声卡采集该转换器所输出的频率信号并转换为数字信号,计算机读取该数字信号并在测试软件界面输出蠕变-时间、位移-时间、应力-时间等曲线。结论该测试装置和软件测试系统操作简单,使用PC自带声卡替代昂贵的数据采集卡作为数据采集系统,降低了成本,灵活性和可靠性较高,使缓冲材料的蠕变特性测试更加方便快捷,为更好地掌握缓冲材料蠕变特性进行缓冲设计提供了强有力的工具。     

Blood noise reduction in intravascular ultrasound imaging

Scattering from red blood cells (blood noise) increases significantly as the ultrasound frequency is increased above 10 MHz. This reduces the contrast between the vessel wall and the lumen in intravascular ultrasound imaging which makes it difficult to localize the vessel wall and plaque. A blood noise filter based on beam tilting and digital lateral low pass filtering is described. Beam tilting introduces a Doppler shift from blood which results in a frequency separation of the vessel wall signal and the blood noise. The performance of the filter is investigated by simulations and by in vitro experiments. The filter is found to be effective for blood velocities exceeding approximately 50 cm s^-1 at a 20 MHz ultrasound frequency with a beam tilt angle of 10 degrees and a frame rate of 15 f.p.s. By increasing the system frequency to 40 MHz, increase the beam tilt angle to 15 degrees and reduce the frame rate to 10 f.p.s., the filter is effective for blood velocities below 10 cm s^-1     

Fluid velocity measurements in a microchannel performed with two new optical heterodyne microscopes

Two laser Doppler microscopes (LDMs) based on an optical heterodyne interferometer have been developed for measuring fluid velocity in a microchannel. One of LDMs receives light from a Zeeman laser, and one easily obtains the standard heterodyne signal because a polarizer is set in front of a photomultiplier tube. The other LDM, with light from a He-Ne laser, employs a diffractive grating as a frequency shifter that is modulated in a sinusoidal movement by a piezoelectric transducer stack. By this modulation the nonstandard heterodyne signal is further processed by a new synthetic heterodyne algorithm. Finally, the phase shift related to the fluid velocity in both LDMs is demodulated by digital postprocessing in fast-Fourier-transform, bandpass filtering, inverse-fast-Fourier-transform, and arctangent algorithms.     

基于DSP的某型无人机飞控系统硬件平台的设计

介绍了某型无人机飞行控制系统硬件平台的总体设计和具体实现方案。系统以TMS320LF2407A数字信号处理器为核心，外围扩展了高精度模数转换器、数模转换器、非易失性数据存储器(NV-SRAM)和异步串行通信接口，使系统具有了较丰富的硬件资源。整个系统体积小、重量轻、成本低，比较适用于小型无人机。     

Frequency-locked light scattering: real-time Doppler velocimetry with closed-loop feedback control

Real-time measurement capability of a frequency-modulated filtered light-scattering- (FM FLS) Doppler velocimeter has been demonstrated. Doppler-shifted light from a frequency-modulated Ti:sapphire laser scattered from a supersonic flow is imaged through a potassium vapor cell and is detected by FM spectroscopy. The FM signal is used in closed-loop feedback control of the laser frequency to lock the Doppler-shifted scattered light to the resonance frequency of the filter. The difference between the filter resonance frequency and the laser frequency when the scattered light is frequency locked to the filter resonance is the flow-induced Doppler shift. Changes in flow velocity are tracked by changes in laser frequency, which is subsequently measured to obtain the Doppler shift. The frequency-locking capability of the technique was achieved with use of a simple analog controller. The random Doppler shift measurement errors (2varsigma) were approximately 20 MHz, which correspond to velocity measurement errors for the real-time measurement of less than 3% in a 10-Hz bandwidth.     

多相分解滤波器在OFDM高速水声通信中的应用

影响OFDM浅海高速水声通信的一个重要的因素是多普勒,多普勒频率会导致OFDM子载波间的正交性被破坏,进而带来OFDM子载波间干扰,严重影响OFDM水声通信的质量,因此必须对如何消除多普勒进行研究。在水声通信中消除多普勒的影响通常分两步：首先对多普勒因子正确估计,进而对接收数据变采样。在仿真实现变采样的基础上,利用多相分解降低其运算量,实现了高速率的变采样滤波器,并将算法运用到OFDM系统仿真中,最终对OFDM湖试数据进行解码,取得了满意的结果,很大程度上降低了多普勒频移对OFDM水声通信系统的影响。     

利用正交相位法提取双向性血流的一种补偿方法

正交相位法是超声多普勒技术中提取双向性血流信息的一种重要方法。由于正交信号对之间通常存在幅度和相位的不平衡，从而导致了正、反血流信息的混淆，影响了平均频率，最大的估计和声谱图的正确显示，本文提出的补偿方法，让其中一个正交信号通过按一定要求设计的线性滤波器，从而得到幅度和相位基本平衡的正交信号对，提高了超声多普勒系统提取双向性血流的性能。