多普勒计程仪的信号处理算法研究与系统软件设计

【摘要】多普勒计程仪是一种利用水下声波的多普勒效应进行测速和计算航程的仪器，随着科学技术的发展和海洋开发的重视，多普勒计程仪的应用日益广泛，更高性能、更小型化的多普勒计程仪的研发受到各国高度重视。因此，本文主要研究多普勒计程仪的信号处理算法和上位机系统软件设计。本文首先研究基于相移束控的波束合成算法。在多普勒频率估计前，首先需对信号进行正交解调和波束合成，波束合成算法的复杂度直接影响到整个多普勒测速系统的实时性，鉴于此，从降低算法复杂度出发，利用正交解调后信号的正交性和希尔伯特变换性质，将正交解调和波束合成器作为一个模块设计，提出一种快速波束合成算法，大大降低了波束合成的复杂度。然后研究了多普勒计程仪的频率估计算法。对窄带和宽带信号多普勒频率估计采用不同正交解调的快速波束合成的复相关算法进行了详尽的性能仿真分析和比较，宽带信号多普勒频率估计的复相关算法对正交解调误差的敏感度远远低于窄带信号多普勒频率估计，但是宽带信号多普勒频率估计中复相关算法的精度仍然会受到正交解调的影响。由于宽带信号采用二相伪随机编码信号，该信号是循环平稳信号，利用其循环平稳性研究了一种基于循环统计量的多普勒频率估计方法。利用信号在循环频率处的循环互模糊函数对频率进行估计，此算法虽然复杂度较高，但是不需要对信号进行正交解调，且其精度高。最后设计实现了多普勒计程仪的上位机软件。该软件的设计平台是Windows操作系统，采用VisualC++6.0进行开发。上位机系统软件的主要功能包括串口设置、系统设置、数据显示、系统日志、系统帮助等。多普勒计程仪的上位机软件，通过RS-232C把上位机的串口和下位机单板的串口连接起来，上位机将配置参数发送给下位机，上位机把下位机所传输上来的数据进行处理计算得到多普勒频偏值，并将计算结果在界面显示区实时显示频率值和波形，方便用户进行远程实时监控。
【作者】罗维；
【导师】赵知劲；
【作者基本信息】杭州电子科技大学，通信与信息系统，2014，硕士
【关键词】多普勒计程仪；波束合成；频率估计；循环平稳；复相关；软件设计；

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