[发明专利]一种在声学多普勒流速剖面仪中获取径向水流速度的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种在声学多普勒流速剖面仪（ADCP）中获取径向水流速度的方法，属于水声信号测量技术领域。

背景技术

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 Doppler Current 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匀分布的泥沙颗粒、浮游生物等散射体产生散射回波，由声波换能器接收，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。

径向流速估计的准确性直接影响到水流速度测量结果的准确性，因此成为ADCP的关键技术之一。很多算法可用于估计多普勒频移，进而测算出径向流速，其中大部分是基于最大似然(ML)方法。这些算法的计算较为复杂，目前并不适合ADCP快速灵活的测量要求。减小频域估计器计算量常用的方法是基于时域相位的估计思想。Kay给出了延迟采样间隔的相位差分估计器(Steven Kay.A fast and accurate single frequency estimator,IEEE transactions on acoustics,speech and signal processing.1989,Vol37(12)：pp.1987-1990)。以此为基础，不同延迟和不同权重的时域频率估计器相继出现(M.P.Fitz.“Further results in the fast estimation of a single frequency,”IEEE Trans.Commun.,vol.42,no.2–4,Feb.–Apr.1994：pp.862-864;S.S.Abeysekera.“Performance of pulse-pair method of Doppler estimation,”IEEE Trans.Aerosp.Electron.Syst.,vol.34,no.2,Apr.1998：pp.520-531)。这些估计器在性能上比Kay的估计器有所提高，但是以限制频率估计范围或增加计算量为前提的。Brown和Wang(T.Brown,M.Wang.An iterative algorithm for singlefrequency estimation,IEEE Trans.Signal Process.50(11)(2002)：pp.2671-2682)，肖扬灿(Y.C.Xiao.,et al.Autocorrelation-based algorithm for single-frequency estimation,Signal Processing87(2007)：pp.1224–1233)分别给出各自的循环频率估计器，但这些频率估计器性能的提高也是以增加计算复杂性为代价的。