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。     

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。     

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。     

宽带声学多普勒流速剖面仪作用距离估计

宽带声学多普勒流速剖面仪,由于其具有很高的空间分辨率和时间分辨率,所以在水文、运输、测控等方面都有很广泛的应用,而其最大作用距离对于其应用范围具有重要意义。根据主动声纳方程各项的意义,分析了深度单元厚度、温度和频率等条件因素对宽带声学多普勒流速剖面仪作用距离的影响,从而对宽带声学多普勒流速剖面仪的最大作用距离进行估计,得到理论计算值。将理论计算值与RDI公司的宽带声学多普勒流速剖面仪作用距离进行比较,作用距离范围吻合性很好。对BBADCP以及具有相同工作原理的声相关计程仪、多普勒计程仪和NBADCP进行对比分析,指出它们在作用距离上的区别。     

河流截面流量与速度水位关系的拟合研究

基于声学多普勒流速剖面仪测得的不同水位河流截面的平均流速,研究了走航式宽带声学多普勒流量测量系统中,流量与速度水位关系的拟合表达式。采用窄深矩形截面和梯形截面流速分布模型,结合声学多普勒流速剖面仪求得不同水位下的平均流速值,在MATLAB平台下,对两种不同截面中流量与速度水位关系进行了拟合,并求得均方根误差检验拟合的精度。仿真结果表明:通过走航式宽带声学多普勒流量测量算法求得的河流截面流量,与由流速分布模型求得的流量真值间的误差,满足单次流量测验允许的误差要求,表明给出的流量与速度水位关系拟合公式能够较好地表现河流截面的流量变化趋势。对于天然明渠流量推算具有重要的参考价值。     

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...     

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。     

一种尺度目标模拟器的多普勒模拟效果分析

在水声对抗中,尺度目标模拟器需要不断提高对潜艇声学特性的模拟逼真度,而多普勒频移是潜艇声学回波的主要参数之一,是鱼雷识别真假目标的重要依据。从潜艇的多普勒频移计算方法入手,通过仿真计算,分析了一种依靠自然航速形成多普勒效应的单收多发模拟器所产生信号与真实潜艇反射回波信号的多普勒频移差异。结果表明,差异主要由单收多发模拟器接收位置与发射位置不能一一对应造成。模拟器产生信号的多普勒频移较真实潜艇目标信号的多普勒频移小,特别是在与潜艇长度相当的近距离多普勒频移偏差显著增大。在目标模拟器设计中减小所述差异,可以提高对潜艇多普勒声学特性的模拟逼真度。     

探测尾流自导鱼雷主动声呐的波形设计

为了实现对不同速度尾流自导鱼雷的稳定探测,建立尾流自导鱼雷典型弹道模型,对运动平台主动声呐混响和鱼雷目标回波的多普勒特性进行分析。研究结果表明对于探测尾流自导鱼雷的主动声呐来说,当鱼雷速度小于2倍平台速度时目标多普勒较小且不稳定,仅依靠多普勒滤波难以完全避开混响干扰并实现稳定探测。提出使用宽带多普勒敏感信号与CW信号的组合形式来探测尾流自导鱼雷。仿真给出了组合信号的距离、速度分辨力和混响抑制能力,证明了其性能良好。     

相控阵ADCP编码信号相移波束形成

相对于活塞式声学多普勒流速剖面仪,相控阵声学多普勒流速剖面仪的换能器体积大大缩小,并且依托相控阵本身的物理特性,无需进行声速补偿。利用窄带相控阵声学多普勒流速剖面仪系统进行编码信号的发射与接收,从而提高相控阵声学多普勒流速剖面仪的设备性能。首先介绍了相控阵ADCP的波束形成方法,然后分别介绍了相控阵的相移波束形成和时延波束形成原理,对编码信号相移相控波束形成情况下,相控阵发射和接收信号波束开角进行了对比,并对作用距离、测量精度、系统复杂度等系统性能进行了分析。分析结果表明:窄带相控阵声学多普勒流速剖面仪可以进行编码信号的发射和接收,能够提高系统的空间分辨率和测量精度,从而提高相控阵声学多普勒流速剖面仪的性能。     

基于频偏应答的ADCP流速现场校准方法研究

针对声学多普勒流速剖面仪(ADCP)现场校准困难的问题,介绍了一种基于频偏应答的ADCP流速现场校准方法.通过声信号应答器,设置回发信号相对于发射信号的频偏实现速度矢量的模拟,并以频率为溯源量,对ADCP发射的信号及应答器回发频偏信号进行频率校准,进而实现ADCP流速参数的现场校准.研制了一套基于频偏应答的ADCP流速...     

基于DSP-FPGA平台的ADCP高沙流量测量系统

基于TMS320C6748与Spartan-6平台完成声学多普勒流速剖面仪(Acoustic Doppler Current Profiler, ADCP)的设计,并实现高含沙量情况下的水流流量精确测量。数字信号处理模块(Digital Signal Processing, DSP)完成上位机通信、系统控制、现场可编程门阵列模块(Field Programmable Gate Array, FPGA)交互、外设数据接入、信号数据处理等功能,FPGA完成发射信号调制、接收信号采集等功能。利用测量船搭载ADCP高沙流量测量系统在黄河流域进行测量,ADCP接入全球定位系统(Global Positioning System, GPS)和测深仪数据,在高含沙量水域进行断面流量测试,验证系统的可行性及测量精度。结果显示,在含沙量达到15.5 kg·m-3的水文环境下,ADCP系统可正常稳定地完成测量作业,测量得到的流量相对误差为1.01%,满足高精度流量测量系统的要求。     

基于ADCP“动底”测量的流量补偿算法

声学多普勒流速剖面仪(Acoustic Doppler Current Profiler, ADCP)对河流进行流量测量时,ADCP 一般采用底跟踪模式(以河底为参考系)获得流速、断面面积,进而获得当前流域的流量,但当河流存在大量走沙(“动底”)情况时,底跟踪速度缺少顺水流分量,致使底跟踪轨迹向上游偏移底跟踪速度偏小,进而导致流量偏小。文章通过对动底原理进行分析、对动底测量方法中的回路法进行研究,提出一种基于 GGA 的全球定位信息系统(Global Positioning System, GPS)模式下平均动底速度测量方法以及两种动底流量补偿方法,并利用实测数据进行分析验证,结果表明本文提出的动底速度测量方法及动底流量补偿方法对“动底”检测与补偿有显著的效果。     

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。     

通用型高频宽带ADCP信号处理系统设计与实现

文章介绍了一种高频采集、数字解调滤波的通用型高频宽带声学多普勒流速剖面仪(Acoustic Doppler Current Profilers,ADCP)信号处理系统的设计和实现过程。该系统以现场可编程逻辑门阵列(Field Programmable Gate Array,FPGA)+数字信号处理器(Digital Signal Processor,DSP)+低功耗单片机(Mixed Signal Processor 430,MSP430)为架构平台,利用三者在信号处理领域的不同优势,采用软硬件协同设计的方式,解决了高频ADCP高采样率、高数据处理能力及低功耗的应用需求,在保证数据处理速度的基础上实现了相位的严格正交,且通过参数化配置实现了多频段、多功能的通用性设计,可适用于不同频段的走航式及自容式ADCP中。经湖上试验验证,该系统测速精度高,性能稳定可靠,达到了预期的设计指标。该系统的软硬件划分方式对其他高频海洋设备的研制具有一定的参考价值。