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。     

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。     

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。     

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.     

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。     

宽带与窄带模型下的时延——多普勒滤波比较

1引言在主动声纳探测中,估计目标的径向距离和径向速度是其重要目的之一。通常是通过发射信号与接收信号的拷贝相关来获得模糊度函数[1],实现时延--多普勒滤波的。时延对应着目标的径向距离,多普勒频移对应目标的径向速度。窄带模型是宽带模型的一种弱化,它操作简单,方便运算,但当发射信     

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。     

激光多普勒测速频率估计的Cramer-Rao下限

本文推导了激光多普勒测速(LDA)频率估计的Cramer-Rao下限.得到了不同于目前LDA工作者广为使用的基于纯频谐波信号的分析结果.得出以下结论:对大多数LDA测量而言,其频率估计的Cramer-Rao下限将是同样情况下纯频谐波信号频率估计的2到6倍.     

激光多普勒测速频率估计的Cram r-Rao下限

本文推导了激光多普勒测速 (LDA)频率估计的Cram r Rao下限。得到了不同于目前LDA工作者广为使用的基于纯频谐波信号的分析结果。得出以下结论 :对大多数LDA测量而言 ,其频率估计的Cram r Rao下限将是同样情况下纯频谐波信号频率估计的 2到 6倍。     

层栅激光多普勒测振系统研究

应用单周期层栅和基于旋转场辨别速度方向的激光多普勒测振系统是近年来研制出的一种新型测速手段。本文在阐述测量原理的基础上,重点介绍了本系统的光学、光电转换、频压转换以及微机信号处理等各组成部分,综述理论与实验研究成果。     

基于分数阶傅里叶变换的水声信道参数估计

准确估计水声信道参数,对提高通信系统的性能有着重要的意义。Chirp脉冲有良好的相关性,常被用作信道探测信号。鉴于分数阶傅里叶变换(Fractional Fourier Transform,FRFT)对chirp类信号的处理特性,用chirp信号作为测量信号,FRFT作为后端处理技术,可以得到很好的处理效果。研究了基于FRFT的水声信道多途时延和多普勒频偏参数估计的原理和方法,该方法通过发射具有正、负调频斜率的组合线性调频信号,在接收端根据FRFT幅值输出的峰值位置估计信道参数。仿真结果表明,此方法计算量与FFT相当,且有较高的估计精度。     

Approximate Cramer-Rao bound on Doppler error in correlation-processing relatively narrowband noise radar

Limitations on accuracy of Doppler estimation in continuous-wave noise radar with correlation processing are studied. Second-order properties of output of the correlation receiver are evaluated and an approximate Cramer-Rao bound on errors of Doppler measurement is derived. The accuracy of Doppler measurements is found to be affected by the following factors: power spectral density of noise signal, frequency response of the low-pass filter in correlator, observation time, velocity of the target and signal to noise ratio. It is shown that the random nature of the transmitted signal induces additional fluctuations at the output of correlator which limit the accuracy even in the infinite signal to noise case. Qualitative extension of the results to a case covering multiple targets and clutter is made. It is argued that the performance will decrease and that increasing transmitted power may not provide significant improvement when clutter is present.     

水声通信Doppler扩展估计的实验研究

发射机和接收机之间的相对运动引起Doppler扩展,即时间选择性衰落,它导致发射信号频率扩展。Doppler扩展是动态通信时导致误码率上升的主要原因之一,所以通信接收机首先需要估计Doppler扩展,然后才能补偿Doppler扩展,从而够降低动态情况下的误码率。单频信号是频率敏感信号,根据相对发射机的频率偏移量可以估计Doppler扩展。由于声传播速率相对较低,Doppler扩展导致接收信号相对发射信号产生时间上的伸缩变化,这样也可以采用测量伸缩量的办法估计Doppler扩展。通过水声通信湖上试验,验证了这两种方法的可行性,为未来的水声通信研究提供借鉴和参考。     

OFDM水声通信多普勒估计与跟踪方法

水声通信中传统宽带多普勒估计方法难以准确跟踪时变多普勒因子,从而导致正交频分复用(Orthogonal Fre‐quency Division Multiplexing, OFDM)在变速运动通信场景中补偿性能不佳。针对该问题,文章提出了一种基于空载波的多普勒估计与跟踪算法。首先对三频信号做线性调频 Z 变换(Chirp-Z Transform, CZT)得到多普勒先验值,然后利用 OFDM 符号中的空载波结合载波频偏(Carrier Frequency Offset, CFO)搜索补偿技术,把估计的最优 CFO 值转换为宽带多普勒因子,进而计算当前符号的加速度并预测下一符号的速度。通过更新加速度对预测值进行修正,实现每个 OFDM 符号的多普勒估计。数值仿真和湖试结果表明,文中算法不仅能有效跟踪多普勒的变化,在匀速和变速条件下都有较好的补偿性能,而且对帧结构设计要求低,对先验误差不敏感,有利于水声通信系统的工程实现。     

星载合成孔径雷达多普勒调频斜率的时频估计方法

分析了星载合成孔径雷达（ＳＡＲ）回波的时频特性，提出了利用Ｖｉｌｌｅ－Ｍｏｙａｌ分布估计星载ＳＡＲ多普勒调频斜率的方法，处理ＥＲＳ－１实测数据的结果表明，其结果优于目前常的子孔径相关方法。     

Quantization error in processing the signal from a laser Doppler anemometer

The effect of quantization noise arising in the course of digital processing of the signal of a laser Doppler anemometer on the error in Doppler signal frequency estimation in the time domain is considered. It is shown that in high-precision measurements the quantization noise that appears in amplitude quantization of the signal of a laser Doppler anemometer is comparable with other noise sources and must be taken into account in estimation of the limiting accuracy of a laser Doppler anemometer. Results of a simulation and experiment are presented. Translated from Izmeritel'naya Tekhnika, No. 9, pp. 15–17, September. 1998.     

Investigation of Errors in Estimates of the Frequency of Signals of Laser Doppler Anemometers Using Wavelet Analysis

A method of processing the signals of laser Doppler anemometers using wavelet transformation is considered. The errors of Doppler frequency estimation obtained from an analysis of the wavelet spectrum of the signal are calculated and the influence of a number of parameters on these errors is investigated. Recommendations for performing measurements are given.     

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。     

Interpolation methods for time-delay estimation using cross-correlation method for blood velocity measurement

The cross-correlation method (CCM) for blood flow velocity measurement using Doppler ultrasound is based on time delay estimation of echoes from pulse-to-pulse. The sampling frequency of the received signal is usually kept as low as possible in order to reduce computational complexity, and the peak in the correlation function is found by interpolating the correlation function. The parabolic-fit interpolation method introduces a bias at low sampling rate to the ultrasound center frequency ratio. In this study, four different methods are suggested to improve the estimation accuracy: (1) Parabolic interpolation with bias-compensation, derived from a theoretical signal model. (2) Parabolic interpolation combined with linear filter interpolation of the correlation function. (3) Parabolic interpolation to the complex correlation function envelope. (4) Matched filter interpolation applied to the correlation function. The new interpolation methods are analyzed both by computer simulated signals and RF-signals recorded from a patient with time delay larger than 1/f(0), where f(0) is the center frequency. The simulation results show that these methods are more accurate than the parabolic-fit method. From the simulation, the worst estimation accuracy is about 1.25% of 1/f(0) for the parabolic-fit interpolation, and it is improved by the above methods to less than 0.5% of 1/f(0) when the sampling rate is 10 MHz, the center frequency is 2.5 MHz and the bandwidth is 1 MHz. This improvement also can be observed in the experimental data. Furthermore, the matched filter interpolation gives the best performance when signal-to-noise ratio (SNR) is low. This is verified both by simulation and experimentation.