基于DSP芯片的Zoom-FFT方法在激光多普勒测速中的应用研究

摘要

激光多普勒测速仪是一种测量流场和运动物体速度的精密仪器，根据激光多普勒原理，利用被测流体中的散射粒子对入射光进行散射，并通过光电探测器探测散射光的频移量，根据这个频移量便可以计算出流体的速度。具有动态响应快、空间分辨率高、测量范围大、非接触测量和实时性好等优点。为了提高激光测速系统中信号处理速度，获取更高的测量精度和实时检测能力，本文从硬件结构、信号处理和实验结果入手，提出了利用DSP芯片作为频率分析处理器的多普勒测速系统，并围绕它的测速技术中的频谱细化技术开展了有关的研究。频谱细化技术近年来发展迅速，从分析精度、计算效率、分辨率及灵活性等方面看，基于复调制的Zoom-FFT方法是一种行之有效的方法。本文采用组合算法，即小样本Zoom-FFT算法结合频率校正算法，用Matlab实现了该算法，并通过仿真验证，证明了该算法的优越性。

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第1章绪论

1.1本课题背景和研究意义

1.2激光多普勒测速研究现状

1.3激光多普勒信号处理

1.4论文的主要内容

第2章激光多普勒测量技术

2.1光的多普勒效应

2.1.1光源运动，观察者相对静止

2.1.2观察者运动，光源相对静止

2.2光纤激光多普勒测速关键性技术

2.3激光测速光学布置的基本模式

2.4激光多普勒信号的特性

2.4.1高通滤波前后的信号比较

2.4.2频移原理及其功能

2.4.3激光多普勒信号的处理

2.5本章小结

第3章多普勒频率测速系统方案设计

3.1测速系统框架

3.1.1前置预处理模块

3.1.2高通及低通滤波模块

3.1.3 A/D采集模块

3.1.4 DSP控制模块

3.2 FFT的输出波形

3.3本章小结

第4章多普勒信号处理研究

4.1引言

4.2离散频谱分析算法

4.2.1周期图法

4.2.2周期图法的改进

4.2.3周期图法的实现

4.3频谱细化算法

4.3.1相位补偿细化算法

4.3.2 CZT算法

4.3.3 Zoom-FFT算法

4.3.4三种频率细化算法的性能分析与比较

4.4能量重心校正算法

4.4.1能量重心校正算法的基本原理

4.4.2校正公式

4.5本章小结

第5章基于Zoom-FFT频率细化算法的仿真及结果分析

5.1仿真结果

5.2本章小结

结论

参考文献

致谢