相控阵声学多普勒计程仪的信号处理模块设计

主要介绍了相控阵声学多普勒计程仪信号处理模块的基本结构特点和相关软硬件实现方法。

相控阵声学多普勒计程仪应用程序开发

介绍了Vx Works操作系统下,相控阵声学多普勒计程仪信号处理应用程序的开发。湖试中,采用高精度的差分GPS作为比对设备,验证了方案的有效性和可行性。

相控阵多普勒计程仪半实物仿真方法研究及其实现

相控阵声多普勒计程仪采用宽带相控阵技术,提高了多普勒计程仪的测量深度和精度,已成为声学测速的重要设备之一,并广泛应用各种水下平台的导航.根据相控阵多普勒计程仪的半实物仿真的需要,分析了相控阵多普勒计程仪的测速原理,研究相控阵多普勒计程仪速度和深度仿真的原理,设计了半实物仿真系统,给出了仿真系统工作流程,同时设计了基于PXI总线的仿真模块,最后通过试验验证了系统的性能和精度.

相控阵多普勒计程仪声基阵输出信号模型

相控阵多普勒计程仪具有基阵体积小,无需进行声速补偿等优点。本文在讨论相控阵多普勒计程仪原理的基础上,推导了速度解算公式,验证出公式与声速无关,进而推导出声基阵的输出信号模型,利用此模型便可模拟相控阵的输出信号。

相控阵多普勒计程仪的相控波束接收方案

相控阵多普勒计程仪具有基阵体积小,且无需迸行声速补偿等优点。本文在讨论相控阵多普勒计程仪原理的基础上,提出了相控接收和宽带系统移相的方案。并通过试验验证了实际设计制作的相控接收系统的可行性。

传感器安装误差在声学多普勒计程仪中的校准

为了利用声学多普勒计程仪(DVL)进行载体的航迹推算,DVL传感器的安装偏角误差不可忽视,必须进行校准。此误差是在载体上安装DVL声学传感器时引起的。不进行机械修正,而是借助安装在载体上的高精度全球定位系统(GPS)与姿态仪的信息,应用最小二乘法对此误差进行了在微小型系统中的校准。理论分析与试验结果说明了DVL经校准后航迹推算性能的提高,从而证明该校准方法的有效性。

相控阵多普勒计程仪的相控波束形成

多普勒计程仪采用相控阵进行声波信号的发射和接收,不仅能够大大缩小换能器的体积,提高计程仪的适装性,还能依托相控阵本身的物理特性,无需进行声速补偿,所以在低频段获得了较多的应用。首先介绍了一维线阵波束形成的基本原理,然后分析了一维线阵的波束形成,获取多普勒计程仪发射波束及接收波束的方法,最后利用自制平面相控阵的水池测试结果与理论计算进行对比,结果表明,自制的相控阵满足多普勒计程仪的使用需求,为宽带大深度多普勒计程仪的制作奠定了基础。

改进的相控阵多普勒计程仪波束形成技术

目前相控阵式多普勒计程仪的基阵体积比活塞式多普勒计程仪已经缩减了很多,该技术只需通过一个收发共用的平面基阵实现信号的发射和接收,可以同时形成4个方向的波束,大大减小了基阵的尺寸,同时还消除了声速变化对测速的影响。但在中深度和大深度多普勒计程仪设备中,换能器基阵的体积仍然限制了其适装的载体种类。以多普勒计程仪小型化思想为核心,分析了密排相控阵多普勒计程仪波束形成技术,对多普勒计程仪进行集成化、小型化设计。针对密排相控阵波束形成技术,比较其发射指向性、声源级、信噪比、系统复杂度与稀疏相控阵的差异。分析表明,在相同频率、相同发射功率以及相同尺寸的条件下,密排相控阵的收发联合响应较稀疏相控阵提高近6 dB。同时在相同测速作用距离的条件下,利用密排相控阵技术可以减少换能器阵元数,从而减小换能器尺寸,达到小型化的目的。

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。

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。

宽带多普勒计程仪速度解模糊方法研究

为了解决宽带多普勒计程仪在较高速度下存在的速度模糊问题,建立了宽带多普勒计程仪的回波模型,分析了回波的自相关特性。在不改变系统结构的基础上,提出了采用回波自相关的第1个峰值位置的方法确定速度范围,并与复协方差方法结合实现无模糊地估计速度,从而解决测速模糊问题,同时提出采用三点相关插值算法估计自相关峰的位置。最后采用湖试数据分析和数字仿真证明了这种解模糊方法的有效性。

声学多普勒测速技术综述

速度信息是实现水下精确自主导航的重要参量之一。本文以海洋声学多普勒测速技术为对象,介绍了其研究现状、关键技术和发展趋势。首先将声学测速技术分为声学相关测速技术和声学多普勒测速技术;在此基础上,总结了声学多普勒测速信号处理方法、技术演化历程和国内外设备发展现状;讨论了声学多普勒测速的波形设计、误差标校、性能评价、系统检测等关键技术;最后对声学多普勒测速技术未来发展进行了展望,梳理了声学环境感知、一体化融合等趋势,为相关研究提供有益的参考和借鉴。

用于水下运载器的高精度多普勒计程仪开发

文中主要介绍了高精度多普勒计程仪的原理及组成,在863计划的资助下成功开发了该多普勒计程仪的样机,并取得了很好的实验效果,正在走向产业化。

便携式多普勒计程仪检测设备设计

针对采用传统的阻抗分析仪测试水声换能器存在仪器体积大、成本高、操作困难等问题,设计了一种便携式 多普勒计程仪阻抗测试设备。采用国产化处理芯片GD32F450及阻抗测试专用芯片AD5933为核心,进行阻抗测量电路、智能终端串口通信电路、数据存取电路等设计,通过理论分析与仿真修正,对阻抗测试参数进行修正。对多款多普勒计程仪进行阻抗测试,将测试结果与标准仪器进行对比,测试精度满足设计要求,实现了对多普计程仪换能器8通道检测。

用于水下运载器的高精度多普勒计程仪开发

本文主要介绍了高精度多普勒计程仪的原理及组成，在863计划的资助下成功开发了该多普勒计程仪的样机，并取得了很好的实验效果，正在走向产业化。

八波束相控阵换能器的研制

声学多普勒计程仪(Doppler velocity log,DVL)是一种能为水面或水下载体提供定位和导航信息的重要设备。传统的DVL通常采用Janus配置方式,向海底发射沿载体前后左右方向的4个波束,并利用多普勒频移来计算载体的速度。而对于传统相控阵DVL,阵元布阵间距通常为二分之一波长,同一方向两波束间夹角为60°。该研究在传统相控阵DVL的基础上,提出一种八波束的相控阵DVL,在两个互相垂直的方向上,各形成4个波束,即双Janus配置方式。根据仿真对比分析,确定阵元布阵间距为0.35倍波长,同一方向上4个波束所对应的角度分别是±43.56°和±20.16°,这样,在两个互相垂直的方向上,4个与水平面方向夹角较小的波束,可以提供更大的水平分量,更有利于进行多普勒频移的计算;4个与水平面方向夹角较大的波束,有着更大的垂直分量,使接收的回波信号有较大的信号强度,两种波束优势互补。同时,制作了一个八波束换能器,并进行了水池测试,指向性波束夹角分别为±43.49°和±20.10°,与仿真结果较好吻合,对应发送电压响应分别为170.2 dB和170.6 dB。

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。

基于SINS/DVL与声学定位系统的水下组合导航技术研究

捷联式惯性导航系统具有结构简单、隐蔽性高、自主性强等优点,但随着导航时间的增加,系统会出现累积误差,从而严重影响水下航行器的导航定位精度。由于海水的良好导电性,使得GPS无法在海水中对惯导系统进行有效校准。水下声学定位系统采用在海底或海面安装能发射声信号的信标、应答器及水听器,可以在海洋环境中对水下航行器进行有效定位,从而为惯导系统提供位置校准信息。多普勒计程仪可以有效测量航行器相对海底的速度,从而为惯导系统提供速度校准信息。论文阐述了水下常用的定位导航技术和信息融合方法,构建了惯导系统、多普勒计程仪和水下长基线定位系统交互辅助的组合导航模型,为今后更方便、准确地进行研究作基础。

国内相控阵ADCP技术的开发研究

声学多普勒海流剖面仪(ADCP)是海洋勘测领域的一项高新技术,ADCP的相控阵技术在换能器阵体积重量不增大的条件下进一步提高了测量范围和测速精度。本文着重介绍我们开发相控阵ADCP的情况及实时处理的湖上试验结果。试验表明相控阵ADCP测流原理是可行的,测量精度可达到1cm/s。

中国科学院声学研究所 海洋声学技术实验室

海洋声学技术实验室成立于1987年，现总人数36人，包括研究员4人，副研究员3人，其中博士生导师2人。 在朱维庆研究员领导下取得了多项成果：1．高分辨率海底成像技术，高分辨率测深侧扫声纳达到国际领先水平，测量海底微地形地貌，已形成深水和浅水系列。2．声学测速技术，大深度声相关计程仪和声相关海流剖面仪适用于深水远程导航系统和深水流场测量，我国是掌握了此项技术的世界上少数国家之一；拥有自主知识产权的声多普勒海流剖面仪和声多普勒计程仪，已成功地应用到各个方面。3．水声通信技术，独立提出了性能优良的水声相干通信技术，