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动态液位测量的超声波阵列DOA估计方法研究
| 论文题名： | 动态液位测量的超声波阵列DOA估计方法研究 |
| 关键词： | 船用铅酸蓄电池;超声波阵列;波达方向估计;动态液位测量;矩阵重构算法 |
| 摘要： | 电池内部溶液充足对其供电、使用寿命和安全性能来说是至关重要的。作为短距离测量，液面波动会产生很大的测量误差，为防止液位过低影响电池的使用，本文针对船用铅酸蓄电池液位波动问题，应用超声波阵列的波达方向（DOA）估计与飞行时间（TOF）估计方法，对波动液面测量问题进行深入研究。 首先，基于多孔径原则和相位中心近似原理，采用均匀排布方式对超声波阵列进行优化设计，形成多输入多输出平面阵列结构。针对铅酸蓄电池内部产生的非均匀噪声和信号回波时的反射相关波干扰，利用改进的矩阵重构算法和斜投影算子将相关源组解关联，实现非平稳噪声下相关信号和非相关信号的DOA估计。 其次，针对传播过程中信号的飞行时间问题，根据修正高斯牛顿法，利用回波信号的包络线可以分别估计出单个信号和多个重叠信号的传输时间。同时，将小波去噪技术和希尔伯特变换应用于其中，在排除噪声干扰的同时还能提高估计精度。 最后，通过模拟波动液面的曲线模型对所提出的方法进行仿真验证，将DOA和TOF估计算法获得的液位信息进行联合分析。结果表明在测量波动液位时，本文方法与超声相控阵技术相比，实验测量误差控制在1.5mm以内，液位估计值精度达到0.4%，在测量精度上得到很大的提高，并且在复杂环境条件下依然能保持着较高的测量精度。 |
| 作者： | 张忆伟 |
| 专业： | 控制科学与工程 |
| 导师： | 薛萍 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 哈尔滨理工大学 |
| 学位年度： | 2023 |
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