發(fā)布時間：2017-09-05 14:30

  本文關(guān)鍵詞：ADCP系統(tǒng)DSP算法的優(yōu)化與研究

  更多相關(guān)文章： 多普勒測流 復(fù)自相關(guān)頻率估計 深度測量 底跟蹤 測流實驗

【摘要】：聲學(xué)多普勒流速剖面儀(ADCP)是一種利用水體中散射回波的多普勒頻移進(jìn)行流速測量的儀器,能夠?qū)崟r地測量水流剖面內(nèi)不同深度水層的流速,是一種高效的水文測量設(shè)備,在水利監(jiān)測、海洋觀測、水下導(dǎo)航等方面應(yīng)用廣泛。本文在前人的基礎(chǔ)上,對原有寬帶ADCP系統(tǒng)進(jìn)行了調(diào)試和改進(jìn),重點(diǎn)對系統(tǒng)中的測量算法進(jìn)行了優(yōu)化,并完善了系統(tǒng)的功能。同時結(jié)合外場實驗,對系統(tǒng)的實際測量數(shù)據(jù)進(jìn)行了分析,為后續(xù)的研究工作打下了基礎(chǔ)。本文首先介紹了多普勒測流技術(shù)的國內(nèi)外的發(fā)展歷程,研究了多普勒測流技術(shù)的原理和方法,并對回波建模方法及復(fù)自相關(guān)頻率估計方法等進(jìn)行了深入研究和仿真。在此基礎(chǔ)上,本文在OMAP-L138硬件信號處理平臺上進(jìn)行了ADCP系統(tǒng)軟件設(shè)計、調(diào)試和改進(jìn)。本文重點(diǎn)研究了測量信號的選擇、測量算法的優(yōu)化、數(shù)據(jù)存儲和傳輸?shù)确矫娴膬?nèi)容。在測量信號選擇方面,主要對測流信號的形式和長度選擇、底跟蹤信號的長度自調(diào)整等方面進(jìn)行了研究。依據(jù)理論分析結(jié)果,制定了一種層厚和測流精度的選擇策略,選擇了16種發(fā)送信號的備選信號,而且還設(shè)計了測流和底跟蹤信號的長度自調(diào)整的控制流程。在測量算法的優(yōu)化方面,理論推導(dǎo)并仿真分析了回波下變頻信號中的偏置對測流的影響,設(shè)計了偏置去除算法,提高了測流結(jié)果的穩(wěn)定性。設(shè)計和實現(xiàn)了兩種水深測量的快速算法,實驗測試表明,這兩種算法能在保證較高準(zhǔn)確性的前提下使測深耗時降低為原來的1.7%左右。文中還設(shè)計和實現(xiàn)了一種改進(jìn)的底跟蹤算法,仿真和實驗測試的結(jié)果表明,該算法能夠較大幅度地提高底速測量的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性。文中還提出和實現(xiàn)了一種能夠較大幅度提高系統(tǒng)數(shù)據(jù)輸出率的方法。另外,本文實現(xiàn)了SD卡數(shù)據(jù)存儲和USB數(shù)據(jù)傳輸功能,為系統(tǒng)的自容式測量提供了基礎(chǔ)。最后,文中還介紹了測流的外場實驗過程,并分析了外場實驗的測量結(jié)果,驗證了系統(tǒng)軟硬件的可靠性和可行性。
【關(guān)鍵詞】：多普勒測流 復(fù)自相關(guān)頻率估計 深度測量 底跟蹤 測流實驗
【學(xué)位授予單位】：東南大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TH764;TH815
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第一章 緒論10-14
• 1.1 研究背景及意義10
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀10-12
• 1.2.1 國外研究狀況10-11
• 1.2.2 國內(nèi)研究狀況11-12
• 1.3 研究內(nèi)容12
• 1.4 文章組織結(jié)構(gòu)12-14
• 第二章 ADCP測流原理和算法14-30
• 2.1 多普勒測流原理14-15
• 2.1.1 多普勒效應(yīng)14
• 2.1.2 多普勒流速測量14-15
• 2.2 換能器陣型與坐標(biāo)轉(zhuǎn)換15-17
• 2.2.1 Janus陣型結(jié)構(gòu)15-16
• 2.2.2 坐標(biāo)轉(zhuǎn)換16-17
• 2.3 分層與底跟蹤17-19
• 2.3.1 分層原理17-18
• 2.3.2 底跟蹤18-19
• 2.4 測流方式19-24
• 2.4.1 窄帶非相干測流方式20-21
• 2.4.2 脈沖相干測流方式21-23
• 2.4.3 寬帶測流方式23-24
• 2.5 回波建模24-25
• 2.6 復(fù)自相關(guān)頻率估計算法25-28
• 2.7 本章小結(jié)28-30
• 第三章 ADCP嵌入式系統(tǒng)介紹30-48
• 3.1 系統(tǒng)總體方案介紹30-31
• 3.2 系統(tǒng)硬件模塊介紹31-36
• 3.2.1 數(shù)據(jù)處理平臺31-32
• 3.2.2 信號產(chǎn)生模塊32-33
• 3.2.3 信號收發(fā)模塊33-34
• 3.2.4 數(shù)據(jù)采集模塊34-36
• 3.3 系統(tǒng)軟件設(shè)計36-47
• 3.3.1 開發(fā)平臺介紹36-38
• 3.3.2 系統(tǒng)的軟件架構(gòu)與工作流程38-39
• 3.3.3 通信模塊的軟件實現(xiàn)39-41
• 3.3.4 數(shù)據(jù)采集模塊的軟件實現(xiàn)41-44
• 3.3.5 信號處理模塊的軟件實現(xiàn)44-47
• 3.4 本章小結(jié)47-48
• 第四章 系統(tǒng)軟件的優(yōu)化與測試48-82
• 4.1 測量信號的選擇48-52
• 4.1.1 測流信號的選擇48-49
• 4.1.2 測流信號長度的自調(diào)整49-51
• 4.1.3 底跟蹤信號長度的自調(diào)整51-52
• 4.2 測量算法優(yōu)化與測試52-71
• 4.2.1 偏置對流速測量的影響及去除52-58
• 4.2.2 測深方法的改進(jìn)58-65
• 4.2.3 底速測量方法的改進(jìn)65-69
• 4.2.4 數(shù)據(jù)輸出率的提高69-70
• 4.2.5 系統(tǒng)測量模式選擇的軟件實現(xiàn)70
• 4.2.6 DSP軟件模塊的劃分與計算優(yōu)化70-71
• 4.3 ADCP回波數(shù)據(jù)的存取71-80
• 4.3.1 數(shù)據(jù)存儲的軟件設(shè)計與實現(xiàn)71-76
• 4.3.2 USB數(shù)據(jù)傳輸軟件設(shè)計與實現(xiàn)76-80
• 4.4 本章小結(jié)80-82
• 第五章 測流外場實驗及分析82-104
• 5.1 測流實驗方案介紹82-84
• 5.1.1 實驗方法82-84
• 5.2 回波信號特性分析84-89
• 5.2.1 靜止?fàn)顟B(tài)下的回波特性分析84-88
• 5.2.2 勻速狀態(tài)下的回波特性分析88-89
• 5.3 底速測量精度分析89-96
• 5.3.1 靜止?fàn)顟B(tài)下的底速分析89-92
• 5.3.2 分段勻速狀態(tài)下的底速分析92-96
• 5.4 流速測量精度分析96-102
• 5.4.1 靜止?fàn)顟B(tài)下的流速分析96-99
• 5.4.2 勻速狀態(tài)下的流速分析99-102
• 5.5 水深測量精度分析102-103
• 5.6 本章小結(jié)103-104
• 第六章 總結(jié)與展望104-106
• 6.1 全文總結(jié)104-105
• 6.2 工作展望105-106
• 致謝106-108
• 參考文獻(xiàn)108-110

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本文編號：798559