新的BBADCP数字信号处理算法设计研究

BBADCP宽带声学多普勒流量剖面仪是一种单基地声呐装置,主要用于海流和河流流速的测量,其测量原理是向水流发射出宽带脉冲信号,通过对宽带脉冲信号的分析的多普勒频移量来获取到流速的相关信息。新的BBADCP数字信号处理算法使用数字混频、带通采样等形式来取代传统模拟频器的设计,以便简化电路设计,保证信号处理运算量以及I/Q通道平衡。数字混频技术的应用实现了多普勒频移高精度的分析,这种算法也避免了传统的希尔伯特算法,将数字计算步骤精简化,这不仅提高了计算的精度,也在一定程度上降低对计算机硬件系统的运行要求。本文主要探讨新的BBADCP数字信号处理算法的设计。

BBADCP在内河水文测验中的应用

阐述了BBADCP性能与工作原理及特点 。

宽带声学多普勒流速剖面仪信号中心频率估计

BBADCP(Broadband ADCP)具有空间和时间分辨率高、能够精确测量缓流浅水流速等诸多优点。但是使用FFT方法对其中心频率估计往往存在分辨率低、误差大和精度小等缺点。因此,发现一种能够满足准确性要求的功率谱估计方法就显得意义重大。本文首先运用常用的功率谱估计方法对仿真的BBADCP信号进行功率谱估计求取中心频率,发现MUSIC方法效果最为理想。然后再对测量的BBADCP信号进行估计,同样得出MUSIC算法对中心频率的估计最好。本文旨在找出一种估计BBADCP信号中心频率的最为优化的方法。无论从数学原理上还是实际效果来看,MUSIC方法都比其它方法更适用于BBADCP信号,满足误差要求。

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。

宽带多普勒流速剖面仪移相波束形成适用条件分析

分析了移相在宽带多普勒流剖面仪(Broadband Acoustic Doppler Current Profiler,BBADCP)中的误差表现,确定了BBADCP使用移相方式的适用条件。从宽带编码信号特征出发,分析了移相造成的时域“错位”和频域频谱幅值不均匀衰减、功率谱密度分散现象,确定了影响阵列输出的变量分别为:中心频率、带宽、编码阶数、重复次数、相邻阵元时延;从波束指向和宽度、阵列输出信噪比损失、测频误差三个方面考虑,综合分析了移相波束形成在上述变量变化时的表现。仿真发现,增加中心频率与带宽的比值、提高阵元数量且阵元间距在λ/2时,波束指向准确、宽度理想,阵列输出信噪比损失较小,同时发现,在低信噪比条件下,应尽可能减小归一化带宽以保证移相测频结果的准确性。

宽带声学多普勒流量剖面仪测试系统设计

在分析了宽带声学多普勒流量剖面仪(BBADCP)的工作原理基础上,提出了其测试系统的设计方案,详细介绍了基于外围部件互联扩展总线(PXI)总线的数据采集模块,给出实验数据并进行了分析,说明了该系统能较好地完成对BBADCP的检测和测试。