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宽带声学多普勒计程仪测速算法研究及仿真分析
| 论文题名： | 宽带声学多普勒计程仪测速算法研究及仿真分析 |
| 关键词： | 船舶工程;宽带声学多普勒计程仪;测速算法;精度控制 |
| 摘要： | 随着人类对无线通信技术的不断研究，定位和导航设备的研究也由雷达和卫星转向了水下声呐。声学多普勒计程仪（Doppler Velocity Log，DVL），是迄今为止水下航体以及舰船应用中最广泛的自主导航设备之一。在声学多普勒计程仪测速系统中，测速算法是需要研究的重点内容，而测速精度是衡量测速算法优劣的关键因素。 本文以实习期间的项目“声学多普勒计程仪系统”为研究背景，该项目的目的是研制出有竞争力的低功耗、大动态范围、高数据率、外观和软件界面为用户认可的小型化自容式多普勒计程仪。大量文献表明宽带信号比窄带信号的测速性能更好，所以本文在前人研究的基础上主要以宽带信号作为发射信号，并且从测量脉冲信号延时来测量速度的角度进行研究分析。 基于多普勒计程仪的测速原理，本文结合实际工程中的需要推导出了詹纳斯配置下的多普勒频偏和速度的计算公式；研究了多普勒计程仪上使用的收发合置换能器的主要技术参数的选择；分析了引起测速误差的可能因素，并分别给出了提高测速精度的方法。 研究了连续式声脉冲信号、单频矩形脉冲信号、单频矩形脉冲串信号、线性调频脉冲信号以及脉冲编码脉冲信号作为发射信号的优劣，优选了脉冲编码信号适合作为系统的发射信号，并设计了发射波形；以一种更优的方法建立了海底椭圆散射模型，并且通过仿真分析验证了模型的合理性和正确性。 最后对多普勒计程仪的测速算法进行了深入的研究，通过与过零检测法、FFT算法和复相关算法进行比较，优选了适用于伪随机编码脉冲信号的脉冲对测速算法，并对算法实现的细节进行了分析，给出了速度解算的方案，并用MATLAB软件对所研究的测速算法进行了仿真分析。在脉冲对测速算法基础上，仿真分析了测速系统在不同的条件下的测速性能。 本文基于以上工作研究的测速算法，其测速精度达到了声学多普勒计程仪研制方案的要求。 |
| 作者： | 王燕 |
| 专业： | 电子与通信工程 |
| 导师： | 张福洪 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 杭州电子科技大学 |
| 学位年度： | 2016 |
| 正文语种： | 中文 |
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