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。     

衍射光栅的运动速度与多普勒频移信号的测量

一、前言利用激光多普勒效应进行气体液体和固体的速度测量,已在国内外得到广泛的重视和研究,并已将此新技术用于科研和生产。但是,通过测量激光的多普勒频移值△f,来求运动体的速度,其测速精度将受激光波长、接收方向及双光束夹角等换算因子精度的影响。衍射光栅多普勒频移信号△f,可由双光栅干涉系统产生,它所得到的多普勒信号和入射光的方向及光波波长均没有关系,只决定于光栅常数和光栅的运动速度。通过分偏振移相,还能得到四个90°相移的干涉信号,可直接用计数示波器和李沙育图形测量光栅的运动速度。因此,利用衍射光栅测量运动物体的速度     

空气声源激发的浅海声场的理论研究

研究了将空气中声速分布建模为Epstein分布,水层和海底均为均匀分布的三层介质模型的条件下,空气中点源激发的水下声场。既推导得到了声压场的形式解,通过数值分析,表明空气中点源激发浅水波导,在水层中形成的波导简正波具有实数本征值,可以远距离传播,称其为"水波"。空气层中的Epstein波导简正波在水层中为非均匀波,传播速度取决于空气中声速,称其为"水面波",并指出空气中声源运动产生的水面波多普勒频移大于水波多普勒频移。     

基于ZoomFFT的反多普勒频移算法在水声通信中的应用

引言 水声通信中,信号发射机与接收机之间的相互运动和水体的流动都将引起信号的多普勒频移;多普勒频移通常会降低匹配滤波器的检测能力,当其超出一定的容限之后,通信的可靠性会严重降低,以至于无法正常通信.     

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。     

多普勒畸变声学信号的伪时频分析及其校正

位于运动轨迹旁的麦克风采集的运动声源信号存在多普勒畸变现象,这增加了信号分析的难度,特别对于高速列车道旁声学故障诊断工作。为了提高诊断的准确性和可靠性,提出了一种新的基于摩尔斯声学理论的多普勒信号伪时频分析,该分析给出了一种伪时频分布,对信号的时间中心和特征频率进行了有效估计,得到的参数用于信号重采样以校正其多普勒畸变,校正信号中能有效提取出信号中包含的故障信息。仿真信号和实验信号的分析结果表明,该方法能够用于提取多普勒畸变信号的参数,并加以校正,在道旁声学故障诊断中有较好的应用前景。     

检测激光多普勒信号的新方法

为了准确地检测激光多普勒信号,提出了一种新的信号检测方法。在算法中应用梯度下降方法推导出算法的系统方程,并且应用庞加莱映射稳定原理给出系统稳定的存在条件。应用该算法能够检测激光多普勒信号,估计多普勒频移。测试结果表明,测出数据的相对误差小于0．7％。     

测量雷达的距离多普勒耦合修正方法研究

线性调频脉冲压缩体制的测量雷达,在探测运动目标时,由于距离-多普勒耦合效应的影响,多普勒频移会使雷达产生测距误差,且该误差与目标径向速度成正比。针对该问题,文章在分析多普勒频移对线性调频脉压影响的基础上,给出了距离多普勒耦合修正方法,并利用雷达实测数据进行了验证,有效提高了测量雷达的测距精度。     

多普勒效应对应用IMP算法估计目标方位的影响

ＩＭＰ算法用于运动目标线谱信号处理时,为了解运动目标多普勒效应对ＩＭＰ算法目标方位角估计的影响,本文利用水池试验数据进行了仿真研究。文中叙述了ＩＭＰ算法目标方位估计原理,给出运动目标在多普勒频移情况下,ＩＭＰ算法对目标方位估计的仿真结果。     

Velocity measurement by vibro-acoustic Doppler

We describe the theoretical principles of a new Doppler method, which uses the acoustic response of a moving object to a highly localized dynamic radiation force of the ultrasound field to calculate the velocity of the moving object according to Doppler frequency shift. This method, named vibro-acoustic Doppler (VAD), employs two ultrasound beams separated by a slight frequency difference, Δf, transmitting in an X-focal configuration. Both ultrasound beams experience a frequency shift because of the moving objects and their interaction at the joint focal zone produces an acoustic frequency shift occurring around the low-frequency (Δf) acoustic emission signal. The acoustic emission field resulting from the vibration of the moving object is detected and used to calculate its velocity. We report the formula that describes the relation between Doppler frequency shift of the emitted acoustic field and the velocity of the moving object. To verify the theory, we used a string phantom. We also tested our method by measuring fluid velocity in a tube. The results show that the error calculated for both string and fluid velocities is less than 9.1%. Our theory shows that in the worst case, the error is 0.54% for a 25° angle variation for the VAD method compared with an error of -82.6% for a 25° angle variation for a conventional continuous wave Doppler method. An advantage of this method is that, unlike conventional Doppler, it is not sensitive to angles between the ultrasound beams and direction of motion.     

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。     

水下高速目标航行参数遥测技术研究

对于高速、强机动的水下目标来说,其航行参数信息的实时遥测具有重要意义。水声信号的多普勒频移估计与补偿是水声遥测的关键技术之一,它直接影响着水声遥测的效果与性能。针对双曲线调频信号及线性调频信号进行仿真分析,对比在相同情况下的多普勒频偏可补偿性,仿真实验证明双曲线调频信号具备较高的多普勒容限,其时延值估计精度可达到1μs。结合工程实际,采用双曲调频信号与单频信号组合的方式进行水声遥测,充分发挥双曲线调频信号的多普勒不变性和单频信号对多普勒频移的敏感性,在获得较高定位精度的同时,也具备高精度的水声遥测功能。该组合信标信号经过湖上试验验证,具有遥测精度高、误码率低、易于实现等优点,可直接应用于相关水声工程中。     

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。     

Pattern时延差编码水声通信抗多普勒的差分解码研究

研究了 Pattern时延差编码（Pattern Time Delay Shift Coding,PTDS）水声通信的差分解码技术。在移动水声通信中,多普勒频偏会对信号产生时间上的压缩或展宽。差分解码通过测量相邻Pattern的时间差进行时延估计完成译码,克服了多普勒频偏在时间上的累加效应,具有更强的抵抗多普勒能力,为移动水声通信技术的研究打下了基础。仿真实验证明所提出的解码方案简单易行、性能优良。     

基于能量重心法的列车轴承多普勒畸变故障声信号校正诊断研究

由麦克风采集的运动声源信号存在多普勒畸变现象,这极大的增加了对信号分析的难度,针对这一问题,本文提出了一种基于能量重心法的多普勒畸变校正方法,并将其应用在列车轴承故障诊断中。首先由基于能量重心法的瞬时频率（IF）估计（IFE）来获取IF向量,在莫尔斯声学理论的基础上,对IF向量进行非线性拟合,进而得到在时域进行重采样的时间间隔序列,再对原信号进行重采样处理,即可实现多普勒畸变的消除。最后本文做了一个仿真和列车轴承内外圈故障声信号的实验,分析的结果验证了此种方法的有效性。     

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。     

H序沃尔什快速变换及其在水声扩频通信中的应用

严重的多途衰落、多普勒频偏是水声通信中引起误码的主要原因,扩频通信技术的抗多途、抗干扰性能使之适合用于水声通信。然而,要想较好地解决多途衰落和多普勒频偏问题,须对接收信号进行多途分量的提取和多普勒频率搜索。这将使程序的运算量大为增加,一般的相关算法无法满足数据处理的实时性。沃尔什快速变换能够快速的实现矢量和矩阵的相关运算,将其应用到水声扩频通信中的扩频编解码、频率搜索和多途分集,可以保证接收信号的实时处理。从而,在信道多途比较严重、环境噪声较强的浅海信道中,能够实现长距离、低信噪比、低误码率、高保密性的实时扩频通信。通过湖试和海试,验证了此水声扩频通信系统的上述优良性能。