一种用于声学多普勒流速剖面仪的组合脉冲测速方法，声学多普勒流速剖面仪采用声波换能器作为传感器，其发射的声波脉冲通过水体中不规则散射体产生散射回波，由声波换能器接收后，经分析处理获取径向水流速度，其特征在于：以组合脉冲作为声波换能器的发射信号，其回波信号由声波换能器接收后与发射的组合脉冲信号相乘，结果经低通滤波及后续的频谱分析，获取所需测量的径向流速。
【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】，声学多普勒流速剖面仪采用声波换能器作为传感器，其发射的声波脉冲通过水体中不规则散射体产生散射回波，由声波换能器接收后，经分析处理获取径向水流速度，其特征在于：以组合脉冲作为声波换能器的发射信号，其回波信号由声波换能器接收后与发射的组合脉冲信号相乘，结果经低通滤波及后续的频谱分析，获取所需测量的径向流速。【专利说明】—种用于声学多普勒流速剖面仪的组合脉冲测速方法
本专利技术涉及一种用于声学多普勒流速剖面仪(ADCP)的组合脉冲测速方法，属于水声信号测量
。
技术介绍
与旋桨式和电磁式的流速仪不同，声学多普勒流速剖面仪(Acoustic DopplerCurrent Profiler,ADCP)用声波换能器作为传感器,其发射的声脉冲通过水体中不均勻分布的泥沙颗粒、浮游生物等散射体产生散射回波，由换能器接收，经多普勒频移估计而测算出径向流速，即与声波换能器发射的声波波束平行的水流速度部分，再根据声波波束和水流方向之间的角度计算出水流速度。ADCP能直接测出断面的流速剖面，具有不扰动流场、测验历时短、测速范围大等特点。发射信号设计及其相应的信号处理技术是多普勒测流技术研究的一个重要方面。窄带为主的测流系统(Kuroda, Y.Development of a shipboard acoustic Dopplercurrent profiler, OCEANS' 88.A Partnership of Marine Interests.Proceedings)以单频宽脉冲作为发射信号。由于充分利用了发射平均功率，该信号作用距离通常可以达到较高的几百米量级。同时由于具体的系统硬件实现过程较简单，目前有相当数量的ADCP利用该信号形式进行发射。然而，该单频宽脉冲信号形式在测流时的空间分辨率较低，并不适于水流的高分辨测量。通过发射单频窄脉冲信号会使测流的空间分辨率提高，但损失了频率测量精度和作用距离。为解决这一问题，利用编码相干脉冲信号进行发射的宽带多普勒测流技术应运而生(B.H.Brumley, R.G.Cabrera, K.L.Deines, and E.A.Terray.“Performanceof a broad-band acoustic Doppler current profi I er,，，IEEE J.0ceanicEng., vol.16, Oct.1991:pp.402-407; R.Pinkel and J.A, Smith.Repeat-sequence codingfor improved precision of Doppler Sonar and sodar.Journal of atmosphericand oceanic technology, vol.9, 1992:pp.149-163)，相关方法已经申请了 美国专利(B.H.Brumley, R.G.Cabrera, K.L.Deines, and E.A.Terray.broad-band acoustic Dopplercurrent profiler, US Patent, N0.5615173.Mar, 1997)。该方法在改进频率测量精度和作用距离的基础上，空间分辨率较单频宽脉冲有所改善，但仍无法满足对流速剖面测量日益提高的空间分辨率要求。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种用于声学多普勒流速剖面仪(ADCP)的组合脉冲测速方法，该方法可获得比现有ADCP更高的空间分辨率，采用的技术方案如下:，声学多普勒流速剖面仪采用声波换能器作为传感器，其发射的声波脉冲通过水体中不规则散射体产生散射回波，由声波换能器接收后，经分析处理获取径向水流速度，其特征在于:以组合脉冲作为声波换能器的发射信号，其回波信号由声波换能器接收后与发射的组合脉冲信号相乘，结果经低通滤波及后续的频谱分析，获取所需测量的径向流速；包括以下步骤:(I)设组合脉冲X = 是由N个子脉冲Xi组成，i = 1，2，...，N,各子脉冲Xi分别是宽度为W、频率为& = f0+Af(1-l)的正弦波，用离散时间序列来表示即为【权利要求】1.，声学多普勒流速剖面仪采用声波换能器作为传感器，其发射的声波脉冲通过水体中不规则散射体产生散射回波，由声波换能器接收后，经分析处理获取径向水流速度，其特征在于:以组合脉冲作为声波换能器的发射信号，其回波信号由声波换能器接收后与发射的组合脉冲信号相乘，结果经低通滤波及后续的频谱分析，获取所需测量的径向流速；包括以下步骤: (1)设组合脉冲X= 是由N个子脉冲Xi组成，i = 1，2，...，N,各子脉冲Xi分别是宽度为W、频率为& = f0+Af(1-l)的正弦波，用离散时间序列来表示即为..,2疋 2.根据权利要求1所述的用于声学多普勒流速剖面仪的组合脉冲测速方法，其特征在于:组合脉冲的带宽fo~fo+(N-1)由fo和Af决定，根据多普勒流速剖面仪的发射和接收换能器的性能指标选择，Λ〖/%取10-2量级，且Af应大于待测环境中最大多普勒频移的2倍。【文档编号】G01P5/24GK103728464SQ201410001840【公开日】2014年4月16日 申请日期:2014年1月2日 优先权日:2014年1月2日 【专利技术者】方世良, 韩宁 申请人:方世良本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种用于声学多普勒流速剖面仪的组合脉冲测速方法，声学多普勒流速剖面仪采用声波换能器作为传感器，其发射的声波脉冲通过水体中不规则散射体产生散射回波，由声波换能器接收后，经分析处理获取径向水流速度，其特征在于：以组合脉冲作为声波换能器的发射信号，其回波信号由声波换能器接收后与发射的组合脉冲信号相乘，结果经低通滤波及后续的频谱分析，获取所需测量的径向流速；包括以下步骤：（1）设组合脉冲x＝[x1,x2,...,xN]是由N个子脉冲xi组成，i＝1,2,...,N，各子脉冲xi分别是宽度为W、频率为fi＝f0+Δf(i‑1)的正弦波，用离散时间序列来表示即为xi=[0,sin(2πfifs),sin(2πfi·2fs),sin(2πfi·3fs),...sin(2πfi·(Wfs-1)fs)],]]>是一个长度为Wfs的向量，那么x将是长度为NWfs的向量，其中f0代表第一个子脉冲的频率，Δf代表相邻子脉冲之间的频率差，fs是发射信号的采样频率，它的取值应使Wfs为整数；（2）以组合脉冲x作为多普勒流速剖面仪的发射信号，那么以fs作为采样频率的声波换能器接收的回波信号y＝[y1,y2,...,yN]是由与发射子脉冲xi相对应的回波子脉冲yi组成，若多普勒频移不为0，那么y的长度将与x的长度不同；（3）在x和y中选择较短的向量，在其尾部补零，使补零后的向量长度与较长向量的长度相等，将补零后的两个相同长度的向量x和y进行向量相乘，即相同位置处的元素逐个对应相乘，并经过低通滤器波输出z，低通滤波器的截止频率为Δf/2；（4）对z做快速傅里叶变换得到Z(f)，Z(f)中峰值点所对应的频率为F，由此计算径向流速其中c为水中声速，是发射信号的平均频率。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：方世良，韩宁，
申请(专利权)人：方世良，
类型：发明
国别省市：江苏;32
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