本文關(guān)鍵詞：高精度信號(hào)處理技術(shù)在激光多普勒測速中的應(yīng)用研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

《電子科技大學(xué)》 2006年

高精度信號(hào)處理技術(shù)在激光多普勒測速中的應(yīng)用研究

胡海龍  

【摘要】： 激光多普勒測速儀(LDV)是根據(jù)激光多普勒效應(yīng)研制而成的一種精密測速儀器,具有非接觸測量、動(dòng)態(tài)響應(yīng)快、分析精度高、測量范圍寬、可測多維速度和判別速度方向等優(yōu)點(diǎn),被廣泛應(yīng)用于科研教育領(lǐng)域和工業(yè)測量領(lǐng)域。本文就是針對激光多普勒測速儀,圍繞它的測速技術(shù)中高精度信號(hào)處理技術(shù)的研究與實(shí)現(xiàn)展開的。 本文分析了現(xiàn)有激光多普勒測速儀信號(hào)處理技術(shù)及工作原理,比較了動(dòng)態(tài)響應(yīng)時(shí)間、抗干擾性、分析精度、測量范圍等性能指標(biāo)。針對存在的缺點(diǎn),本文提出了一種應(yīng)用于激光多普勒測速的高精度信號(hào)處理技術(shù),即首先利用加Hanning窗的Welch修正周期圖算法得到信號(hào)功率譜,搜索其譜峰值頻率,接著利用Goertzel頻譜細(xì)化算法對搜索的譜峰進(jìn)行細(xì)化分析,再引入能量重心頻譜校正算法對細(xì)化后的譜峰進(jìn)行校正分析,從而將離散頻譜分析算法、頻譜細(xì)化算法和頻譜校正算法三者有機(jī)結(jié)合起來,充分發(fā)揮各自的優(yōu)點(diǎn):通過加Hanning窗的Welch修正周期圖算法快速得到功率譜及峰值頻率,通過Goertzel算法獲得分析頻帶的高分辨率頻譜,然后通過能量重心校正算法對細(xì)化后的頻譜進(jìn)行高精度校正,這樣不僅保證了算法的高效性,而且大大提高了分析的精度。仿真結(jié)果表明,利用該技術(shù)可以精確地測得多普勒頻率。 應(yīng)用提出的高精度信號(hào)處理技術(shù)設(shè)計(jì)了信號(hào)處理實(shí)施方案,并開發(fā)了信號(hào)處理軟硬件系統(tǒng)。系統(tǒng)運(yùn)行結(jié)果具有極高的綜合性能指標(biāo)。在工程實(shí)踐上,驗(yàn)證了本文提出的應(yīng)用于激光多普勒測速的高精度信號(hào)處理技術(shù)的可行性和可靠性。利用該技術(shù)大大提高了激光多普勒測速儀的測量精度,并且動(dòng)態(tài)響應(yīng)快、測量范圍寬,具有廣闊的應(yīng)用前景。

【關(guān)鍵詞】：
【學(xué)位授予單位】：電子科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2006
【分類號(hào)】：TH744.5
【目錄】：

第一章 緒論13-18

1.1 論題背景13-17

1.1.1 課題來源13

1.1.2 激光多普勒測速技術(shù)綜述13-14

1.1.3 已有測速儀類型及其信號(hào)處理技術(shù)14-17

1.2 論文主要工作17-18

第二章 激光多普勒測速原理18-21

2.1 引言18

2.2 LDV 測速原理18-21

2.2.1 光的多普勒效應(yīng)18

2.2.2 激光多普勒測速原理18-21

第三章 激光多普勒信號(hào)特性21-27

3.1 高通濾波前的信號(hào)21-23

3.2 高通濾波以后的信號(hào)23-24

3.3 信號(hào)的脫落和數(shù)據(jù)密度概念24-25

3.4 激光多普勒信號(hào)特性總結(jié)25-27

第四章 信號(hào)處理算法研究27-69

4.1 引言27-28

4.2 離散頻譜分析算法28-34

4.2.1 周期圖法28-29

4.2.2 周期圖法的改進(jìn)29-30

4.2.2.1 Bartlett 平均周期圖法29

4.2.2.2 窗函數(shù)法29-30

4.2.2.3 Welch 法30

4.2.3 周期圖法的實(shí)現(xiàn)30-34

4.2.3.1 窗函數(shù)的選擇30-31

4.2.3.2 快速傅立葉變換(FFT)實(shí)現(xiàn)31-34

4.3 頻譜細(xì)化算法34-47

4.3.1 Goertzel 算法35-37

4.3.2 Chirp-z 變換法37-42

4.3.2.1 算法的基本原理37-39

4.3.2.2 Chirp-z 變換(CZT )的實(shí)現(xiàn)步驟39-41

4.3.2.3 運(yùn)算量的估算41-42

4.3.3 相位補(bǔ)償細(xì)化算法42-47

4.3.3.1 數(shù)學(xué)原理42-44

4.3.3.2 選帶相位補(bǔ)償細(xì)化算法基本原理44-47

4.4 頻譜校正算法47-56

4.4.1 比值校正算法48-52

4.4.1.1 算法原理48-49

4.4.1.2 常用窗函數(shù)校正公式49-52

4.4.2 能量重心校正算法52-54

4.4.2.1 算法原理52-53

4.4.2.2 校正公式53-54

4.4.3 相位差校正算法54-56

4.4.3.1 算法原理54-55

4.4.3.2 離散頻譜校正實(shí)現(xiàn)方法55-56

4.5 仿真結(jié)果及分析56-69

4.5.1 性能比較56-62

4.5.2 運(yùn)算量比較62-63

4.5.3 綜合比較63-69

第五章 激光多普勒測速信號(hào)處理系統(tǒng)69-77

5.1 高精度信號(hào)處理實(shí)施方案69-71

5.1.1 高精度信號(hào)處理技術(shù)的應(yīng)用69-70

5.1.2 采樣率的分段設(shè)置70-71

5.1.3 信號(hào)處理實(shí)施方案71

5.2 信號(hào)處理系統(tǒng)硬件構(gòu)成71-74

5.2.1 AD 模塊72-73

5.2.2 主機(jī)接口模塊73

5.2.3 信號(hào)處理中心( DSP )模塊73-74

5.2.4 通信中心模塊74

5.3 信號(hào)處理系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)74-76

5.3.1 系統(tǒng)軟件架構(gòu)74-75

5.3.2 系統(tǒng)軟件流程圖75-76

5.4 系統(tǒng)運(yùn)行結(jié)果76-77

第六章 結(jié)論與展望77-79

致謝79-80

參考文獻(xiàn)80-82

在學(xué)期間的研究成果82

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