ADCP環(huán)境適應(yīng)性多普勒頻率估計技術(shù)研究及DSP實現(xiàn)
發(fā)布時間:2020-12-12 10:34
聲學(xué)多普勒流速剖面儀(ADCP)是現(xiàn)代水文測量中的常用儀器,主要用來測量河流和海流的流速。ADCP系統(tǒng)利用了聲學(xué)多普勒效應(yīng),通過估計回波的多普勒頻移計算出相應(yīng)的流速。復(fù)雜的測量環(huán)境對回波信號的質(zhì)量影響很大,嚴(yán)重影響了水流的估計精度。因此,本文針對ADCP測量環(huán)境,研究具有環(huán)境適應(yīng)性的多普勒頻率估計技術(shù),提出了相應(yīng)改進方法。具體工作如下:1.論文分析討論了ADCP的多普勒測流原理、換能器陣型、水流分層原理、底跟蹤方法等基本理論與方法,分析了常用的復(fù)自相關(guān)法多普勒頻率估計方法,以及寬帶測流等三種測流方式。2.在寬帶測流方式和復(fù)自相關(guān)法多普勒頻率估計的基礎(chǔ)上,本文提出了基于復(fù)自相關(guān)峰間線性相位特性的多普勒頻率估計方法,通過分析相位編碼調(diào)制信號的復(fù)自相關(guān)峰間相位特性,推導(dǎo)獲得了峰間相位最小二乘解。同時,針對相位最小二乘解的相位模糊問題,提出了基于頻偏預(yù)估的相位解模糊方法。該方法利用頻譜分析頻域分辨率優(yōu)于相位模糊區(qū)間對應(yīng)頻率長度的特性,通過FFT變換預(yù)估多普勒頻率,實現(xiàn)相位解模糊。仿真分析驗證了上述方法的有效性。3.本文分析了散射體分布等環(huán)境因素對測流回波信噪比等信號質(zhì)量的影響,提出了基于變長脈...
【文章來源】:東南大學(xué)江蘇省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校
【文章頁數(shù)】:86 頁
【學(xué)位級別】:碩士
【部分圖文】:
ADCP信號散射過程
深度范圍為第二層,對應(yīng)的時間段為 t2~t3,以此類推。通過處計出第一層的水流速信息,以此類推,可以估計出其他單元2-3,可以發(fā)現(xiàn)相鄰單元層之間有 cT/2 范圍的公共區(qū)域,重疊元層間存在層間干擾。頻率估計方法7)知多普勒頻率和徑向流速成正比,因此在實際工程中先估勒頻率再計算出相應(yīng)流速。ADCP 系統(tǒng)的實時性和高精度要計算復(fù)雜度和較高的估計精度,下面將介紹復(fù)自相關(guān)法頻率關(guān)法法[18]的主要思想是利用兩段信號之間的相位關(guān)系[33]解算信號不同信號的頻率估計,并且計算快速而靈活,兼顧了高計算此在工程應(yīng)用中得到較為廣泛的使用。下面簡要介紹其原理S(f)
圖 5-8 多普勒頻率估計標(biāo)準(zhǔn)差對比圖圖 5-9 為基于能量權(quán)值加權(quán)平均多普勒頻率估計的流速剖面圖;圖 5-10 為基于基于復(fù)自相關(guān)法多普勒頻率估計的流速剖面圖。與圖 5-10 相比,可以發(fā)現(xiàn)圖 5-9 在同一層上的顏色變化小,說明同一水層的流速變化小,反映了多普勒頻率估計的標(biāo)準(zhǔn)差的降低。此外,與圖 5-10 相比,圖 5-9 在縱向上顏色變化更加平緩,說明水流的多普勒頻率的估計在深度上的變化更加平滑,抑制了估計值的隨機起伏。圖 5-9 和圖 5-10 的對比,可以直觀的驗證基于能量權(quán)值加權(quán)平均多普勒頻率估計的可用性、有效性和應(yīng)用效果。0 5 10 15 20 25 300102030層數(shù) /層普多頻率估計勒水流速剖面圖(m/s)
【參考文獻(xiàn)】:
期刊論文
[1]OMAP平臺嵌入式聲學(xué)多普勒流速剖面儀系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)[J]. 石靖鵬,彭東立,朱安玨. 聲學(xué)技術(shù). 2014(03)
[2]基于時域相位思想的復(fù)自相關(guān)算法的研究[J]. 溫宗周,呂錢. 信息技術(shù). 2014(02)
[3]基于GPS的ADCP流速和流量精確確定方法[J]. 陳志高,張紅梅,趙建虎. 中國礦業(yè)大學(xué)學(xué)報. 2013(04)
[4]寬帶聲學(xué)多普勒流速剖面儀的中頻正交采樣算法[J]. 彭東立,馬海濤,許偉杰. 聲學(xué)技術(shù). 2013(01)
[5]m序列及其在通信中的應(yīng)用[J]. 林智慧,陳綏陽,王元一. 現(xiàn)代電子技術(shù). 2009(09)
[6]巴克碼信號處理的計算機仿真[J]. 侯民勝. 現(xiàn)代電子技術(shù). 2008(23)
[7]國產(chǎn)寬帶相控陣聲學(xué)多普勒海流剖面儀[J]. 沈斌堅,唐義政,胡益群,耿濤. 聲學(xué)與電子工程. 2005(01)
[8]多普勒和多普勒效應(yīng)的起源[J]. 劉戰(zhàn)存. 物理. 2003(07)
[9]相控陣多普勒測速技術(shù)研究[J]. 田坦,張殿倫,盧逢春,陳國忠,張詠霞. 哈爾濱工程大學(xué)學(xué)報. 2002(01)
[10]非相干脈沖激光多普勒雷達(dá)測速系統(tǒng)[J]. 劉智深,宋小全,劉金濤,張凱臨. 科學(xué)通報. 2001(24)
博士論文
[1]聲學(xué)多普勒流速測量關(guān)鍵技術(shù)研究[D]. 劉德鑄.哈爾濱工程大學(xué) 2010
[2]基于軟件無線電的數(shù)字ADCP信號處理系統(tǒng)的研究[D]. 朱昊.天津大學(xué) 2005
碩士論文
[1]ADCP環(huán)境適應(yīng)性處理方法研究[D]. 徐祥.東南大學(xué) 2016
[2]ADCP系統(tǒng)DSP算法的優(yōu)化與研究[D]. 項寧.東南大學(xué) 2016
[3]隨機序列滑動平均強偏差定理及應(yīng)用[D]. 周冬悅.南京理工大學(xué) 2014
[4]海浪方向譜的陣列測量方法研究[D]. 張東亮.國家海洋技術(shù)中心 2007
[5]機載脈沖多普勒雷達(dá)回波模擬研究[D]. 劉占軍.西北工業(yè)大學(xué) 2006
[6]寬帶多普勒測流技術(shù)研究[D]. 王秀波.哈爾濱工程大學(xué) 2005
本文編號:2912389
【文章來源】:東南大學(xué)江蘇省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校
【文章頁數(shù)】:86 頁
【學(xué)位級別】:碩士
【部分圖文】:
ADCP信號散射過程
深度范圍為第二層,對應(yīng)的時間段為 t2~t3,以此類推。通過處計出第一層的水流速信息,以此類推,可以估計出其他單元2-3,可以發(fā)現(xiàn)相鄰單元層之間有 cT/2 范圍的公共區(qū)域,重疊元層間存在層間干擾。頻率估計方法7)知多普勒頻率和徑向流速成正比,因此在實際工程中先估勒頻率再計算出相應(yīng)流速。ADCP 系統(tǒng)的實時性和高精度要計算復(fù)雜度和較高的估計精度,下面將介紹復(fù)自相關(guān)法頻率關(guān)法法[18]的主要思想是利用兩段信號之間的相位關(guān)系[33]解算信號不同信號的頻率估計,并且計算快速而靈活,兼顧了高計算此在工程應(yīng)用中得到較為廣泛的使用。下面簡要介紹其原理S(f)
圖 5-8 多普勒頻率估計標(biāo)準(zhǔn)差對比圖圖 5-9 為基于能量權(quán)值加權(quán)平均多普勒頻率估計的流速剖面圖;圖 5-10 為基于基于復(fù)自相關(guān)法多普勒頻率估計的流速剖面圖。與圖 5-10 相比,可以發(fā)現(xiàn)圖 5-9 在同一層上的顏色變化小,說明同一水層的流速變化小,反映了多普勒頻率估計的標(biāo)準(zhǔn)差的降低。此外,與圖 5-10 相比,圖 5-9 在縱向上顏色變化更加平緩,說明水流的多普勒頻率的估計在深度上的變化更加平滑,抑制了估計值的隨機起伏。圖 5-9 和圖 5-10 的對比,可以直觀的驗證基于能量權(quán)值加權(quán)平均多普勒頻率估計的可用性、有效性和應(yīng)用效果。0 5 10 15 20 25 300102030層數(shù) /層普多頻率估計勒水流速剖面圖(m/s)
【參考文獻(xiàn)】:
期刊論文
[1]OMAP平臺嵌入式聲學(xué)多普勒流速剖面儀系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)[J]. 石靖鵬,彭東立,朱安玨. 聲學(xué)技術(shù). 2014(03)
[2]基于時域相位思想的復(fù)自相關(guān)算法的研究[J]. 溫宗周,呂錢. 信息技術(shù). 2014(02)
[3]基于GPS的ADCP流速和流量精確確定方法[J]. 陳志高,張紅梅,趙建虎. 中國礦業(yè)大學(xué)學(xué)報. 2013(04)
[4]寬帶聲學(xué)多普勒流速剖面儀的中頻正交采樣算法[J]. 彭東立,馬海濤,許偉杰. 聲學(xué)技術(shù). 2013(01)
[5]m序列及其在通信中的應(yīng)用[J]. 林智慧,陳綏陽,王元一. 現(xiàn)代電子技術(shù). 2009(09)
[6]巴克碼信號處理的計算機仿真[J]. 侯民勝. 現(xiàn)代電子技術(shù). 2008(23)
[7]國產(chǎn)寬帶相控陣聲學(xué)多普勒海流剖面儀[J]. 沈斌堅,唐義政,胡益群,耿濤. 聲學(xué)與電子工程. 2005(01)
[8]多普勒和多普勒效應(yīng)的起源[J]. 劉戰(zhàn)存. 物理. 2003(07)
[9]相控陣多普勒測速技術(shù)研究[J]. 田坦,張殿倫,盧逢春,陳國忠,張詠霞. 哈爾濱工程大學(xué)學(xué)報. 2002(01)
[10]非相干脈沖激光多普勒雷達(dá)測速系統(tǒng)[J]. 劉智深,宋小全,劉金濤,張凱臨. 科學(xué)通報. 2001(24)
博士論文
[1]聲學(xué)多普勒流速測量關(guān)鍵技術(shù)研究[D]. 劉德鑄.哈爾濱工程大學(xué) 2010
[2]基于軟件無線電的數(shù)字ADCP信號處理系統(tǒng)的研究[D]. 朱昊.天津大學(xué) 2005
碩士論文
[1]ADCP環(huán)境適應(yīng)性處理方法研究[D]. 徐祥.東南大學(xué) 2016
[2]ADCP系統(tǒng)DSP算法的優(yōu)化與研究[D]. 項寧.東南大學(xué) 2016
[3]隨機序列滑動平均強偏差定理及應(yīng)用[D]. 周冬悅.南京理工大學(xué) 2014
[4]海浪方向譜的陣列測量方法研究[D]. 張東亮.國家海洋技術(shù)中心 2007
[5]機載脈沖多普勒雷達(dá)回波模擬研究[D]. 劉占軍.西北工業(yè)大學(xué) 2006
[6]寬帶多普勒測流技術(shù)研究[D]. 王秀波.哈爾濱工程大學(xué) 2005
本文編號:2912389
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