专利名称：一种宽带束控声学多普勒测流系统信号处理方法
技术领域：
本发明属声学多普勒测流信号处理技术领域，具体涉及一种宽带束控声学多普勒测速系统的信号处理方法，用于声学多普勒水流剖面仪和计程仪等设备估算水层或相对于水底运动速度信息。
背景技术：
宽带声学多普勒测流系统利用水声换能器向水介质发射一个经伪随机序列进行相位编码调制后的定向声脉冲信号，然后接收从海水中的散射体上反射的回波信号，利用声传播路径的时间差异转换成不同的深度单元，测量各层回波信号的频率信息，分析多普勒频移变化，换算得到相对运动速度。为测量三维空间的流速，水声换能器通常采用束控技术发射和接收多个不同方向且各自独立的波束。现今的声学多普勒测流系统普遍采用相移束控技术，该束控技术对于窄带信号效果十分理想，但当收发其它宽带形式的信号时，相移束控使得不同频率分量的信号发散到不同的角度，由此人为展宽了波束的宽度且产生了信号失真，造成了相控阵的孔径效应，对测流结果的精准度带来较大的偏差。
发明内容
本发明的目的在于解决上述方法的缺点和不足，提出一种宽带束控声学多普勒测流系统信号处理方法，可补偿水声换能器接收阵列各个回波波束的声程差，使得信号不同频率成分都指向了相同的方向，减少了合成波束的失真现象，并结合复相关测频技术完成流速的估算。设宽带声学多普勒测流系统中进行相位编码调制所用的伪随机序列周期为，单个码元周期为^，相控换能器发射的声脉冲信号的波长为2，波束张角力4声脉冲信号的
载波频率为, 一次完整的测流过程中水声换能器共发射^次声脉冲信号I为奇数。所述
的处理方法处理步骤如下
步骤(I)构造水声换能器发射声波波束。设单次声脉冲发射过程中，经过相位编码调制后的声脉冲波形为,则按下式构造四路束控波束并发射出去
权利要求
1 一种宽带束控声学多普勒测流系统信号处理方法，其特征在于该方法的具体步骤是设宽带声学多普勒测流系统中进行相位编码调制所用的伪随机序列周期为二，单个码元周期为fTwm，相控换能器发射的声脉冲信号的波长为Λ，波束张角为P，声脉冲信号的载波频率为JS,—次完整的测流过程中水声换能器共发射^次声脉冲信号I为奇数步骤(I)构造水声换能器发射声波波束；设单次声脉冲发射过程中，经过相位编码调制后的声脉冲波形为《ω ,则按下式构造四路束控波束并发射出去 步骤(2)对相控换能器阵接收到的四路回波信号进行采样，形成四路数字信号；采样频率/34Λ，采样后的信号为# )，其中1 = 1,2,3,4表示信号对应的路数，《 = 1，2，3,— ,况表示采样点序号表示采样后数字序列的长度；步骤(3)每路信号与本地频率为X的载波相乘，完成频谱搬移Xi(M)=Ti (n) X cos(2ttxX Xy)JS并将频谱搬移后的信号经过-3dB带宽为1/&的数字低通滤波器，得到基带信号笔(《)；Ii(S) =其中，.4—0)为低通滤波器单位冲激响应函数；步骤(4)对四路基带信号按下式进行波束合成，得到两路合成后的信号J1 ( ) = I1 ( ) + ( -!) + ,T3(η- 2) + 4 ( - 3))!2 (η) = S1 ( - 3) + X2 {η-2) + Z3 {η -1) + 4( )步骤(5)对合成后的两路信号分别做Hilbert变换，得到两路复信号和力(《)；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运算；步骤(6)利用波束合成信号进行水底跟踪判断，以确定底回波前沿数据序号；判定方法为计算合成彳目号中实部序列和2rJaCs) If点的实时平均功率，M取值范围是120 9600 ；
全文摘要
本发明涉及一种宽带束控声学多普勒测流系统信号处理方法。现有方法针对宽带形式的回波信号，会使得不同频率分量的信号发散到不同的角度。本发明首选构造水声换能器发射声波波束，对四路回波信号进行采样，形成四路数字信号；并进行波束合成，得到两路合成后的信号。其次利用波束合成信号进行水底跟踪判断，以确定底回波前沿数据序号。然后计算单次声脉冲测流获得的速度值。最后取排序后的中间速度值为最终测流速度。本发明可补偿水声换能器接收阵列各个回波波束的声程差，使得信号不同频率成分都指向了相同的方向，减少了合成波束的失真现象，结合复相关测频技术后能较大程度地提升宽带学多普勒测流系统速度估算的精准度。
文档编号G01P5/24GK102928619SQ20121043438
公开日2013年2月13日 申请日期2012年11月5日 优先权日2012年11月5日
发明者易志强, 李芸, 戴绍港, 赵知劲, 张福洪 申请人:杭州电子科技大学