[发明专利]宽带相控声学多普勒测速系统信号处理方法

摘要

本发明涉及一种宽带相控声学多普勒测速系统的信号处理方法。现有方法实现结构较为复杂，且须对各路信号并行处理，硬件资源开销极大。本发明首先采用基于频域的频谱搬移与正交化处理方式，完成回波信号的正交解调，并构造出一种复包络信号波束合成方法，并行完成信号实部与虚部的波束合成，最后利用复相关技术计算出信号相角，从而推导出所测速度。本发明在保证性能的前提下简化了信号处理流程，实现架构较为简单，较大程度地降低了系统的处理复杂度和硬件资源的规模。

主权项

1.宽带相控声学多普勒测速系统的信号处理方法，该方法中设系统宽带相控声学多普勒测速系统中进行相位编码调制的伪随机序列周期为Tm，相控换能器发射的声脉冲信号的波束张角为θ，波长为λ，声脉冲信号的载波频率为fc，系统处理的最大多普勒频移绝对值为△f，其特征在于该方法的具体步骤是：步骤(1)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fs，采样后的信号为xi(n)，其中i＝1,2,3,4表示信号对应的路数，n＝1,2,3,…,N表示采样点序号，N表示采样后数字序列的长度；步骤(2)对每路信号各自按样本重叠50％的方式做快速傅里叶变换处理，计算出K点数据的频谱Xi(k,m)；其中表示快速傅里叶变换运算的批次数，j表示步骤(3)对Xi(k,m)频谱信号进行频谱搬移；将Xi(k,m)中[fc‑△f,fc+△f]频谱搬移到基带两侧，其余部分的频谱数值置0；搬移后的频谱信号序列为：步骤(4)将搬移后的基带频谱信号Yi(k,m)先进行快速傅里叶逆变换处理，还原为时域复信号序列：然后消除50％的重叠部分，得到最终的时域复包络序列，即步骤(5)对四路时域复包络序列按下式进行复信号波束合成，得到两路合成后的信号：上式中，Imag()/Real()分别表示取虚部/取实部运算；步骤(6)进行水底跟踪判断，确定底回波前沿数据序号；具体判定为：计算合成信号中实部序列zR1(n)/zR2(n)中M点的实时平均功率，M取值范围：120～9600；计算从回波接收开始至当前时刻，合成信号中实部序列zR1(n)和zR2(n)的实时平均功率：如果PM1(L)>α×P1(L)且PM2(L)>α×P2(L)，则记录此时的L值作为底回波前沿数据序号，进入步骤(7)；否则重复步骤(6)；这里α为功率检测系数，取值范围为1～20；步骤(7)分别计算两路合成信号的复相关值：步骤(8)根据复相关结果计算相角：φ1,φ2∈[‑π,π]，分别为两个复相关值的相角；步骤(9)根据相角计算出所需测量的速度值：v数值的正负代表所测速度的方向与参考方向一致或相反。