專利名稱：一種寬帶束控聲學(xué)多普勒測流系統(tǒng)信號處理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬聲學(xué)多普勒測流信號處理技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種寬帶束控聲學(xué)多普勒測速系統(tǒng)的信號處理方法，用于聲學(xué)多普勒水流剖面儀和計程儀等設(shè)備估算水層或相對于水底運(yùn)動速度信息。
背景技術(shù)：
寬帶聲學(xué)多普勒測流系統(tǒng)利用水聲換能器向水介質(zhì)發(fā)射一個經(jīng)偽隨機(jī)序列進(jìn)行相位編碼調(diào)制后的定向聲脈沖信號，然后接收從海水中的散射體上反射的回波信號，利用聲傳播路徑的時間差異轉(zhuǎn)換成不同的深度單元，測量各層回波信號的頻率信息，分析多普勒頻移變化，換算得到相對運(yùn)動速度。為測量三維空間的流速，水聲換能器通常采用束控技術(shù)發(fā)射和接收多個不同方向且各自獨(dú)立的波束?，F(xiàn)今的聲學(xué)多普勒測流系統(tǒng)普遍采用相移束控技術(shù)，該束控技術(shù)對于窄帶信號效果十分理想，但當(dāng)收發(fā)其它寬帶形式的信號時，相移束控使得不同頻率分量的信號發(fā)散到不同的角度，由此人為展寬了波束的寬度且產(chǎn)生了信號失真，造成了相控陣的孔徑效應(yīng)，對測流結(jié)果的精準(zhǔn)度帶來較大的偏差。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于解決上述方法的缺點(diǎn)和不足，提出一種寬帶束控聲學(xué)多普勒測流系統(tǒng)信號處理方法，可補(bǔ)償水聲換能器接收陣列各個回波波束的聲程差，使得信號不同頻率成分都指向了相同的方向，減少了合成波束的失真現(xiàn)象，并結(jié)合復(fù)相關(guān)測頻技術(shù)完成流速的估算。設(shè)寬帶聲學(xué)多普勒測流系統(tǒng)中進(jìn)行相位編碼調(diào)制所用的偽隨機(jī)序列周期為，單個碼元周期為^，相控?fù)Q能器發(fā)射的聲脈沖信號的波長為2，波束張角力4聲脈沖信號的
載波頻率為, 一次完整的測流過程中水聲換能器共發(fā)射^次聲脈沖信號I為奇數(shù)。所述
的處理方法處理步驟如下
步驟(I)構(gòu)造水聲換能器發(fā)射聲波波束。設(shè)單次聲脈沖發(fā)射過程中，經(jīng)過相位編碼調(diào)制后的聲脈沖波形為,則按下式構(gòu)造四路束控波束并發(fā)射出去
權(quán)利要求
1 一種寬帶束控聲學(xué)多普勒測流系統(tǒng)信號處理方法，其特征在于該方法的具體步驟是設(shè)寬帶聲學(xué)多普勒測流系統(tǒng)中進(jìn)行相位編碼調(diào)制所用的偽隨機(jī)序列周期為二，單個碼元周期為fTwm，相控?fù)Q能器發(fā)射的聲脈沖信號的波長為Λ，波束張角為P，聲脈沖信號的載波頻率為JS,—次完整的測流過程中水聲換能器共發(fā)射^次聲脈沖信號I為奇數(shù)步驟(I)構(gòu)造水聲換能器發(fā)射聲波波束；設(shè)單次聲脈沖發(fā)射過程中，經(jīng)過相位編碼調(diào)制后的聲脈沖波形為《ω ,則按下式構(gòu)造四路束控波束并發(fā)射出去 步驟(2)對相控?fù)Q能器陣接收到的四路回波信號進(jìn)行采樣，形成四路數(shù)字信號；采樣頻率/34Λ，采樣后的信號為# )，其中1 = 1,2,3,4表示信號對應(yīng)的路數(shù)，《 = 1，2，3,— ,況表示采樣點(diǎn)序號表示采樣后數(shù)字序列的長度；步驟(3)每路信號與本地頻率為X的載波相乘，完成頻譜搬移Xi(M)=Ti (n) X cos(2ttxX Xy)JS并將頻譜搬移后的信號經(jīng)過-3dB帶寬為1/&的數(shù)字低通濾波器，得到基帶信號筆(《)；Ii(S) =其中，.4—0)為低通濾波器單位沖激響應(yīng)函數(shù)；步驟(4)對四路基帶信號按下式進(jìn)行波束合成，得到兩路合成后的信號J1 ( ) = I1 ( ) + ( -!) + ,T3(η- 2) + 4 ( - 3))!2 (η) = S1 ( - 3) + X2 {η-2) + Z3 {η -1) + 4( )步驟(5)對合成后的兩路信號分別做Hilbert變換，得到兩路復(fù)信號和力(《)；Z1(K) = Zm ( ) +j X Zn(ft) = y^n) + JxKiy1 ( )Z2O) = + J = J2O) + J xWjf2O))其中Ji表示λΡ , Η(·)表示Hilbert運(yùn)算；步驟(6)利用波束合成信號進(jìn)行水底跟蹤判斷，以確定底回波前沿數(shù)據(jù)序號；判定方法為計算合成彳目號中實部序列和2rJaCs) If點(diǎn)的實時平均功率，M取值范圍是120 9600 ；
全文摘要
本發(fā)明涉及一種寬帶束控聲學(xué)多普勒測流系統(tǒng)信號處理方法。現(xiàn)有方法針對寬帶形式的回波信號，會使得不同頻率分量的信號發(fā)散到不同的角度。本發(fā)明首選構(gòu)造水聲換能器發(fā)射聲波波束，對四路回波信號進(jìn)行采樣，形成四路數(shù)字信號；并進(jìn)行波束合成，得到兩路合成后的信號。其次利用波束合成信號進(jìn)行水底跟蹤判斷，以確定底回波前沿數(shù)據(jù)序號。然后計算單次聲脈沖測流獲得的速度值。最后取排序后的中間速度值為最終測流速度。本發(fā)明可補(bǔ)償水聲換能器接收陣列各個回波波束的聲程差，使得信號不同頻率成分都指向了相同的方向，減少了合成波束的失真現(xiàn)象，結(jié)合復(fù)相關(guān)測頻技術(shù)后能較大程度地提升寬帶學(xué)多普勒測流系統(tǒng)速度估算的精準(zhǔn)度。
文檔編號G01P5/24GK102928619SQ20121043438
公開日2013年2月13日 申請日期2012年11月5日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月5日
發(fā)明者易志強(qiáng), 李蕓, 戴紹港, 趙知勁, 張福洪 申請人:杭州電子科技大學(xué)