相控阵声多普勒海流剖面仪的发射信号产生

相控阵声多普勒海流剖面仪(PAADCP)是应用多普勒效应进行海流测速的。本文主要介绍测流时发射声脉冲信号的组成要求以及产生机理，并说明了采用开关管发射机的优点及其发射信号脉冲串产生的方法。     

声学多普勒海流剖面仪误差源分析

介绍了声学多普勒海流剖面仪的测速原理．推导了多普勒海流剖面仪的速度解算方法．同时指出测量中存在的误差源并对其进行分析．研究了消除或减小误差的方法．为提高多普勒海流剖面仪的测量精度提供了理论依据和可行的方法。     

国产宽带相控阵声学多普勒海流剖面仪

自从提出用多普勒技术测量海流的原理后，海洋科学工作者一直把它作为高新技术进行研究。声学多普勒海流剖面仪的问世被认为是海洋测流技术的重大突破。本文介绍了我国自行研制的宽带相控阵声学多普勒海流剖面仪(BBPAADCP)的测流原理、组成和目前取得的效果。     

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。     

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。     

相控阵声学多普勒海流剖面仪的增益控制

根据多普勒海流剖面仪回波信号的变化规律，提出在工程上易实现的时间增益控制方法，并在自制PAADCP中得到应用。     

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。     

相关测速声纳工作原理及海试验证

“波形不变性”原理是相关测速声纳的基本工作原理,利用射线声学方法对此原理进行了论述。分析了相关测速声纳的两种设计思路:时间相关和空间相关。提出了采用空间相关的思路设计相关测速声纳样机的具体方法,包括阵型设计、信号设计和软件工作流程,并分别在西太平洋和中国南海进行了两次试验。将海试数据结果与声多普勒流速剖面仪和差分GPS从速度大小和方向上进行了比较,证明了相关测速的可行性,验证了流混响和底混响的相关理论模型、声纳阵设计以及信号处理方法的正确性。     

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。     

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。     

宽带声学多普勒流量剖面仪的系统仿真

90年代初发展起来的宽带声学多普勒流量剖面仪克服了传统窄带ADCP存在距离分辨力与速度分辨力之间的矛盾，从而解决了低速浅水河流流量(流速)精确测量的问题，是一种有着广泛应用前景的先进水文遥测仪器。文章中着重分析了BBADCP(宽带声学多普勒流量剖面仪)如何通过时间选通采样从河流不同深度返回的后向散射回波，实现测距离的目的；如何测量回波的多普勒频移，实现测流速的目的。文中从二维信号矢量的角度分析了多普勒频移调制和解调的过程，推导出提取速度信息的信号处理方法。文中最后采取等效基带仿真方法，运用匹配滤波器理论设计了一个BBADCP系统模型，通过仿真手段验证了文中对BBADCP的分析结果。     

相位编码信号声学多普勒测流中的波形参数优化方法

针对相位编码声学多普勒测流中发射信号参数固定引起的适应性不强的问题,在基于信号模糊函数及其模的二阶导数的基础上,提出了两种根据测量需求和环境条件调整发射信号波形参数的优化方法,它们是分层精度约束下取得最佳速度估计精度的波形参数优化方法以及测速精度约束下实现最细分层厚度的波形参数优化方法,分别给出了参数优化的原理和具体的操作步骤。理论分析和实验数据分析结果均表明,相对于缺省参数信号,优化参数方法得到的信号具有明显的性能优势,且优化程度与理论预测基本相符。     

Statistical Analysis and Computer Simulation of Laser Doppler Velocimeter Systems

In a laser Doppler velocimeter the signal arises from the superposition of several pulses at random phase, and the instantaneous frequency recorded at the output, which is a measure of the velocity, contains an ambiguity component due to this effect. A statistical analysis is presented that predicts the ambiguity for both the mask and the Gaussian beam velocimeters and the results are shown to be in close agreement with experiment. Based on this theory, a computer simulation model has been developed that is a useful tool for analyzing and optimizing the parameters in a particular system. Finally, the specific applications of turbulence measurement in fluid flow is considered in more detail.     

Accurate Doppler angle estimation for vector flow measurements

Traditional Doppler methods measure only the axial component of the velocity vector. The lack of information on the beam-flow angle creates an ambiguity that can lead to large errors in velocity magnitude estimates. Different triangulation techniques so far have been proposed, which basically perform multiple measurements of the Doppler frequency shift originating from the same region. In this work, an original approach is introduced, in which two ultrasound beams with known relative orientation are directed toward the same vessel, but only one of them is committed to perform a Doppler measurement; the second (reference) beam has the specific task of detecting the beam-flow angle. The latter goal is obtained by accurately identifying the achievement of the target 900 reference-beam-to-flow angle through the inspection of the backscattered Doppler signal spectrum. In transverse flow conditions, in fact, such spectrum is expected to be centered on the zero frequency, and even small deviations from the desired 900 orientation cause noticeable losses of spectral symmetry. Validation of the new method has been performed through experimental tests, which show that the beam-flow angle can be estimated with high accuracy (rms errors lower than 1 degree), and repeatable velocity magnitude measurements are possible. A procedure for automatically tracking the desired orientation by the reference beam is also introduced and shown suitable for implementation in steerable linear array transducers.     

Target velocity estimation with FM and PW echo ranging Doppler systems I. Signal analysis

The theoretical foundation is presented for velocity estimation with a pulsed wave (PW) Doppler system transmitting linear FM signals. The Doppler system possesses echo ranging capabilities and is evaluated in the context of Doppler ultrasound for blood velocity measurement. The FM excitation signal is formulated and the received signal is derived for a single moving particle. This signal is similar to the transmitted signal, but with modified parameters due to Doppler effect and range. The demodulated received signal is subsequently derived and analyzed. It is shown that, due to the Doppler effect, this is a linear sweep signal as well. The velocity and range information obtainable from one and two consecutively received signals are described. The latter case establishes the basis for an FM Doppler system for blood velocity measurements.     

随机调相连续信号的模糊函数特性及在医学超声成像上的应用前景探讨

传统的脉冲式医用超声成像系统的模糊函数由于存在周期性的速度模糊和距离模糊，影响了图像的质量和分辨力。本文借鉴噪声雷达理论，证明了随机调相连续波信号具有最优的模糊函数特性，并据此提出了随机调相医用超声成像系统的设计思想。这一思想的提出为克服速度模糊和距离模糊，提高图像质量和分辨力，设计新一代医用超声成像系统提供理论依据。