两维激光多普勒测速仪

本文介绍作者研制的两维、可辨别流向的激光多普勒测速仪的原理、特点及应用。该仪器利用偏振光的方法测量两维速度场。采用旋转光栅分束产生频移来辨别流向,使测量最佳化。使用光栅稳速可调频电源,可使频移稳定,并能按需要改变,增加了灵活性,保证了测量精度。     

基于辐射噪声强度和线谱多普勒的目标运动参数估计

提出了一种利用辐射噪声强度和线谱多普勒频移联合估计匀速直线运动目标的速度和正横距离的方法。该方法基于单水听器观测,首先在球面波近似下利用目标辐射噪声强度估计出正横时刻并确定目标速度和正横距离之间满足的线性关系;然后利用线谱多普勒频移,通过对一个新定义的代价函数进行一维搜索的方法估计出目标速度和正横距离。与现有各种基于噪声强度和线谱多普勒频移进行测距测速的方法相比,该方法具有以下优点：（1）要求更少的先验知识,易于确定参数搜索范围;（2）参数估计过程中仅需一维搜索,并且算法可应用于需对目标参数进行预报的场合。数值仿真给出了不同参数条件下目标运动参数估计结果的统计误差。湖试结果验证了该方法的有效性。     

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.     

舰船辐射噪声线谱多普勒分析的ESPRIT方法

利用运动目标线谱的多普勒频移特性估计目标参数,需要精确提取出多普勒频移曲线。针对舰船辐射线谱噪声多普勒频移曲线提取的短时傅里叶变换（Short Time Fourier Transform,STFT）方法存在分辨率门限的问题,提出了一种利用子空间旋转不变技术（ESPRIT）高分辨频率估计法与STFT相结合的方法,提高了频率估计的精度和分辨率,可很精确地提取出频率间隔较近的多普勒频移曲线,而且计算量较小。计算机仿真和水池实验验证了该方法的有效性。     

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     

GPS卫星可见性预测与接收机的快速定位

为了解决GPS接收机快速捕星问题,提高接收机定位速度,利用历书信息进行GPS卫星预报,提出了一种GPS卫星可见性预测的改进算法.在星历信息基础之上,用此算法对卫星的可见性及概略多普勒频移进行预测,并在GPS信号模拟器和GPS接收机组建的实验平台上,利用此种方法进行捕星定位实验.实验结果显示:该方法定位时间为原定位时间的39.5%.     

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。     

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。     

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。     

风速校准中激光多普勒测速仪激光器的选择

正0引言激光多普勒测速仪(以下简称LDV)是测量通过激光探头的示踪粒子的多普勒信号[1],再根据速度与多普勒频率的关系得到速度。LDV是目前世界上测速准确度最高的在线实时测速仪器。由于是激光测量,测速范围宽,而且多普勒频率与速度是线性关系,与该点的温度、压力无关,其还具有非接触测量、不干扰流场的特点,因此LDV系统极其适合速度仪器校准。LDA系统包括电路和光路两部分。光路部分包     

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。     

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.     

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。     

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。     

一种水声声速的时频测量综合算法研究

针对飞行时间测量法中信号起振点难以检测而导致的测量误差问题,提出了一种基于时频的综合测量算法,以获得高精度超声波声速。首先运用信号时域互相关法,测量声波飞行的整周期时间;再利用信号频域信息中相位差,获得超声传播群延时信息;最终通过时域与频域综合信息获得高精度的飞行时间测量,从而提高声速的测量精度。声速测量平台采用“FPGA+微处理器”架构,对提出的方法进行验证,实测数据结果表明该声速时频测量算法有效,并具有较好的实用价值。     

复相关法测频的硬件实现

复相关算法适用于多普勒频移的测量,通过选用FPGA作为硬件实现平台,可以满足实际的多普勒测频工作。根据复相关算法测频原理和硬件平台的实际特点,分别对反正切、低通滤波器和正交变换进行了优化,降低了硬件的消耗。高效的反正切函数算法通过预先存入值省去了每次反正切函数的运算,优化的FIR滤波器和正交变换器进一步节约了查找表（LUT）资源。通过仿真实验,结合数据的质量保证和控制算法,结果验证了硬件平台的可行性。     

选带细化频谱分析在超声波流量测量中的应用

通过中频调制为基础提取流体速度方向信息,引入选带细化频谱分析技术对解调后多普勒信号进行高精度的频谱估计,该方法主要有三个方面的优点:能判断流速的方向;降低流速测量下限;提高了流速测量的动态响应速度、实时性以及稳定性.在此基础上,以数字信号处理器(DSP)为平台设计了超声流量计,实验分析表明1 024点ZOOM-FFT算法在选定频带范围内与16 384点FFT有相近的分辨率.     

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.     

基于线性调频信号二次相位变换的主动声呐目标速度估计

分数阶傅里叶变换常用于主动声呐线性调频信号的分析,通过搜索变换参数可以估计目标的相对速度.但是由于其参数搜索计算量偏大,在自主式水下航行器等计算力有限的小平台难以实时处理.针对该问题提出了一种基于二次相位变换的线性调频信号速度估计方法,根据多普勒频移后线性调频信号的二次相位变换的解析解,分析了二次相位变换后变换域频谱展...