[发明专利]一种宽带束控声学多普勒测流系统信号处理方法

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。

主权项

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，单个码元周期为，相控换能器发射的声脉冲信号的波长为，波束张角为，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K次声脉冲信号，K为奇数：步骤（1）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：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，采样后的信号为，其中表示信号对应的路数，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的载波相乘，完成频谱搬移：并将频谱搬移后的信号经过-3dB带宽为的数字低通滤波器，得到基带信号；其中，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：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；其中表示，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：计算合成信号中实部序列和点的实时平均功率，取值范围是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和的实时平均功率：如果且，则记录此时的值作为底回波前沿数据序号，进入步骤（7）；否则重复步骤（6）；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：，，分别为两个复相关值的相角；       步骤（9）根据相角计算出单次声脉冲测流获得的速度值：数值的正负代表所测速度的方向与参考方向一致或相反；步骤（10）重复步骤（1）~（9）完成K次发射声脉冲的测流过程，并对得到的K个单次测流速度值按数值大小进行单调递增排序后得到序列，最终测流速度值为：这里表示取中间值处理。