流速测量精度分析的蒙特卡洛法仿真.pdf

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1、Vol.37No.5舰船电子工程总第275期70ShipElectronicEngineering2017总年第第2755期期流速测量精度分析的蒙特卡洛法仿真∗季晓燕（华中光电技术研究所-武汉光电国家实验室武汉430074）摘要声学多普勒流速是根据声学多普勒原理，用矢量合成法测量水流的垂直剖面分布，它被用来遥测较大范围内的水流速度。文章分析了流速测量的脉冲相干信号处理方法的原理，根据回波信号产生机理，分别建立了宽、窄带回波信号散射叠加信号模型，并利用蒙特卡洛法对比分析了不同条件下的宽、窄带测速性能。关键词流速测量；脉冲相干信号处理方法；蒙特卡洛法仿真中图分类号TN929.

2、3DOI：10.3969/j.issn.1672-9730.2017.05.018MonteKarloSimulationofAccuracyAnalysisofVelocityMeasurementJIXiaoyan（HuazhongInstituteofElectro-optics-WuhanNationalLaboratoryforOptoelectronics，Wuhan430074）AbstractTheacousticDopplervelocityisbasedontheprincipleofacousticDopplerwhichisusedtoteleme

3、trymeasuretheverticalprofileofthewaterflowbythevetorsynthesismethod.Thepaperanalyzestheprincipleofcoherentpulsesignalprocessingmethodofvelocitymeasurement.Accordingtothemechanismoftheechosignalgeneration，theechosignalscatteringsuperpositionmodelisbuilt，MonteCarlomethodisusedtocompareandan

4、alyzethevelocitymeasurementperformanceunderdifferentconditions.KeyWordsvelocitymeasurement，coherentpulsesignalprocessing，MonteCarlomethodClassNumberTN929.3［3］上下顶点处，因而其对多普勒频移的权重也大，1流速测量的脉冲相干信号处理方且相邻两个连续回波信号段有贡献的深度单元是法原理相互覆盖的。由此得到的脉冲对为相干脉冲信号处理能够有效改善窄带回波信{t11，t21}，{t1n，t2n}，脉冲对之间的间隔为PRT，据此号

5、的时频分辨率，当利用编码脉冲串代替窄带脉冲可以实现深度单元h，，h的速度估计。基于1n［1］串进行相干处理时，即实现了宽带测速。由于宽此，本项目将相干处理方式应用在底跟踪模式，如带信号时间带宽积远大于窄带信号，因此，频率和图1（b）所示，脉冲对是由发射脉冲T、T在海底12时延估计精度均得到了极大改善。流跟踪模式下的散射回波信号组成，即{t，t}，t和t之间的的脉冲相干信号处理方式如图1（a）所示，其中11211121［4］PRT为脉冲信号的发射间隔［2］。间隔PRT由海底深度h决定。n设发射信号后沿沿O-I方向传播，发射信号前发射信号间隔PRT与流速剖面深度、底跟踪深沿

6、沿E-II方向传播，t，，t和t，，t分别是度成正比例关系。短脉冲信号发射频次过高，则硬111n212n发射脉冲T、T在深度单元h，，h的回波信件电路和换能器难以实现，而发射频次过低，外界121n号。可以看出h深度单元散射体对回波信号的贡环境（如海洋中的内波、浮游生物等）可能使同一深1献不同，深度单元中间部分会对相邻两个接收信号度单元的散射体组成发生较大变化，会降低接收脉［5］均有贡献，即菱形中心处的散射体贡献要大于菱形冲对信号的相关性，这会严重影响相干处理性∗收稿日期：2016年11月20日，修回日期：2016年11月27日作者简介：季晓燕，女，高级工程师，研究方

7、向：电气总体。2017年第5期舰船电子工程71能。为解决以上问题，本文采用长脉冲发射信号，时，回波信号的功率谱形状与波束指向性近似相通过对接收端信号的处理来选取所需的相干脉冲同，因此实际应用时采用平均频率代替波束轴线方信号，既保证了系统最大探测距离对发射功率的要向的频移实现速度估计。求，也能够实现相位的连续性，如图2所示，图中发对于信号幅度为A、载波频率为f、多普勒频0射的信号脉宽为T，在接收回波信号前、后沿充分移为f、随机相位为θ的单频信号f(t)=d叠加区域分别截取宽度为L的信号T1和T2，二者间Acos(2π(f+f)t