ADCP环境适应性多普勒频率估计技术研究及DSP实现.pdf

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1、学校代码：10286分类号：TN911.7密级：公开UDC：621.3学号：150730ADCP环境适应性多普勒频率估计技术研究及DSP实现研究生姓名：肖剑锋导师姓名：方世良教授申请学位类别工学硕士学位授予单位东南大学一级学科名称信息与通信工程论文答辩日期2018年6月6日二级学科名称信号与信息处理学位授予日期2018年月日答辩委员会主席陈云飞研究员评阅人陈励军教授邵杰副教授2018年6月7日硕士学位论文ADCP环境适应性多普勒频率估计技术研究及DSP实现专业名称：信息与通信工程研究生姓名：肖剑锋导师姓名：方世良教授RESEARCHO

2、NADCPENVIRONMENTADAPTABILITYDOPPLERFREQUENCYESTIMATIONTECHNOLOGYANDDSPIMPLEMENTATIONAThesisSubmittedtoSoutheastUniversityFortheAcademicDegreeofMasterofEngineeringBYXIAOJian-fengSupervisedbyProf.FANGShi-liangSchoolofInformationScienceandEngineeringSoutheastUniversityJune

3、2018东南大学学位论文独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得东南大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。研究生签名：日期：东南大学学位论文使用授权声明东南大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留本人所送交学位论文的复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文档的内

4、容和纸质论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外，允许论文被查阅和借阅，可以公布（包括以电子信息形式刊登）论文的全部内容或中、英文摘要等部分内容。论文的公布（包括以电子信息形式刊登）授权东南大学研究生院办理。研究生签名：导师签名：日期：摘要摘要声学多普勒流速剖面仪（ADCP）是现代水文测量中的常用仪器，主要用来测量河流和海流的流速。ADCP系统利用了声学多普勒效应，通过估计回波的多普勒频移计算出相应的流速。复杂的测量环境对回波信号的质量影响很大，严重影响了水流的估计精度。因此，本文针对ADCP测量环境，研究具有环境适应性的多普勒频率

5、估计技术，提出了相应改进方法。具体工作如下：1.论文分析讨论了ADCP的多普勒测流原理、换能器阵型、水流分层原理、底跟踪方法等基本理论与方法，分析了常用的复自相关法多普勒频率估计方法，以及宽带测流等三种测流方式。2.在宽带测流方式和复自相关法多普勒频率估计的基础上，本文提出了基于复自相关峰间线性相位特性的多普勒频率估计方法，通过分析相位编码调制信号的复自相关峰间相位特性，推导获得了峰间相位最小二乘解。同时，针对相位最小二乘解的相位模糊问题，提出了基于频偏预估的相位解模糊方法。该方法利用频谱分析频域分辨率优于相位模糊区间对应频率长度的特

6、性，通过FFT变换预估多普勒频率，实现相位解模糊。仿真分析验证了上述方法的有效性。3.本文分析了散射体分布等环境因素对测流回波信噪比等信号质量的影响，提出了基于变长脉冲信号的多普勒频率测量方法，通过交替发射长短脉冲信号，保证浅水层的空间分辨率，以及深水层的多普勒频率估计精度。同时，本文提出了分段信号加权平均多普勒频率估计方法，采用不同的加权方法平滑分段信号的多普勒频率，使得多普勒频率估计的标准差降低20%以上，有效提升了多普勒频率估计精度。仿真分析验证了上述两种方法的可行性。4.在基于TMS320C6678的核心DSP处理器和单片机M

7、SP430F5359协处理器的硬件平台上，完成了算法软件开发。针对环境适应性频率估计计算量大的特点，设计了多线程并行计算方法，提升了数据处理的效率和速度。同时完成了系统的调试与验证。关键词：ADCP，宽带测流方式，复自相关法，多普勒频率估计，数据处理IAbstractAbstractAcousticDopplervelocityprofiler(ADCP)isacommoninstrumentusedinmodernhydrologicsurveys.Itismainlyusedtomeasurethecurrentsvelocity

8、ofriversandoceans.TheADCPsystemtakesadvantageoftheacousticDopplereffectandcalculatesthecorrespondingvelocityby