ADCP瞬时径向流速测量技术研究

摘要

ADCP(Acoustic Doppler Current Profiler，声学多普勒流速剖面仪)是一种利用水声多普勒原理进行工作的测速声呐，主要用来遥测较大范围内的海流速度，在河流测验中起着极其重要的作用。基于ADCP所进行的水声多普勒测流技术研究具有广阔的应用前景，并且促进了信号处理、水声换能器设计、水声物理等学科相关技术的发展与成熟。本文的主要工作是对ADCP流速测量的主要关键技术进行分析研究，并针对目前ADCP存在的测速模糊问题提出了两种解模糊方法。具体内容如下:
　　1.介绍了ADCP流速测量的主要关键技术。介绍了多普勒测速原理和4波束Janus结构的换能器配置;分析了多普勒测流技术的分层原理，主要包括单元层厚的确定、时间窗的选择、接收时刻的确定、单元层内散射体的贡献情况等。
　　2.基于复自相关算法进行多普勒频率估计，对窄带和宽带方式的测流性能进行仿真，窄带非相干测流方式主要受到信噪比、发射信号载频、采样频率和脉冲宽度的影响;窄带相干测流方式主要受到信噪比、发射信号载频、脉冲延时和单个测量周期脉冲个数的影响;宽带测流方式主要受到信噪比、发射信号载频、深度单元层厚、码片宽度和编码阶数的影响。
　　3.研究了窄带相干和宽带测流方式中存在的“距离-速度模糊”现象，提出了通过改变脉冲延时和脉冲发射频率来改善测速模糊问题的两种方法，使得窄带相干测流方式和宽带测流方式的最大可测径向流速有所提高，并且通过仿真实验验证了这两种方法的性能。
　　4.在艾睿合众达公司的开发板SEED-DEC138环境下进行宽带测流方式的DSP算法实现，实验结果与MATLAB中对实际回波信号的处理结果相近，表明该系统能够满足ADCP测流的基本性能要求。

目录

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摘要

英文摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 国内外研究概况

1．3 论文主要研究内容

第二章 ADCP流速测量原理

2．1 多普勒流速测量原理

2．2 ADCP结构形态—换能器设置

2．3 分层原理

2．4 ADCP频率估计算法研究

2．4．1 估计算法简述

2．4．2 基于复自相关算法的频率估计方法

2．5 ADCP分层测流方式

2．5．1 窄带测流方式

2．5．2 宽带测流方式

2．6 本章小结

第三章 ADCP测流方式性能研究

3．1 窄带测流方式性能仿真

3．1．1 非相干测流方式性能仿真

3．1．2 相干测流方式性能仿真

3．2 宽带测流方式性能仿真

3．3 本章小结

第四章 基于脉冲延时和频率的解模糊方法

4．1 测速模糊

4．2 基于脉冲延时的解模糊方法

4．2．1 原理简述与推导

4．2．2 仿真实验及结果

4．3 基于脉冲频率的解模糊方法

4．3．1 原理简述与推导

4．3．2 仿真实验及结果

4．4 本章小结

第五章 基于OMAPL138的宽带测流方式实现

5．1 实验系统简介

5．2 实验结果及分析

5．3 本章小节

第六章 总结与展望

6．1 研究总结

6．2 研究展望

致谢

参考文献