相控阵多普勒计程仪的宽带技术研究

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多普勒计程仪是根据多普勒效应,通过测量回波信号的频移来得到舰船的航速。宽带编码技术可以解决窄带系统速度分辨力和距离分辨力不能兼得的矛盾,提高了测速精度,拓展了计程仪的作用距离。相控阵技术可以使换能器基阵的体积大大减小,而且在测速时不用对声速进行补偿。为了将二者的优点结合起来,本文主要研究相控阵多普勒计程仪的宽带技术。  文章整体可以分为两大部分。第一部分首先对多普勒计程仪的测速原理、技术分类、误差分析等做了简单介绍。然后着重分析宽带多普勒计程仪的几个关键技术。研究了调制正弦信号的伪随机码,分析了码元宽度、码元数、脉冲间隔等因素对测量结果的影响。简单介绍了3种测频算法,并对复相关测频法进行了详细推导。阐述了正交解调和中频正交采样的相关原理与步骤,并提出了基于中值滤波的动窗稳健平均算法来对数据进行降噪平滑处理。详细阐述了模糊速度问题的两种解决方案:区间修正法和三点相关插值算法。  文章的第二部分在阐述了相控阵接收波束形成和发射波束形成的原理的基础上,对20%带宽的宽带编码信号进行了波束形成的仿真,提出了按照频谱对不同频率的信号进行加权求和,得到最终的波束形成结果。波束夹角比窄带大1°左右,在实际工程的允许范围内。最后在PXI系统上对宽带编码信号的产生进行了实验。  本文的一些算法在MATLAB上进行了仿真,后续考虑进行水下实验来完成更好的验证,为在实际工程中发挥作用奠定基础。
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