一种用于声学多普勒流速剖面仪的组合脉冲测速方法

摘要

一种用于声学多普勒流速剖面仪的组合脉冲测速方法，声学多普勒流速剖面仪采用声波换能器作为传感器，其发射的声波脉冲通过水体中不规则散射体产生散射回波，由声波换能器接收后，经分析处理获取径向水流速度，其特征在于：以组合脉冲作为声波换能器的发射信号，其回波信号由声波换能器接收后与发射的组合脉冲信号相乘，结果经低通滤波及后续的频谱分析，获取所需测量的径向流速。

主权项

一种用于声学多普勒流速剖面仪的组合脉冲测速方法，声学多普勒流速剖面仪采用声波换能器作为传感器，其发射的声波脉冲通过水体中不规则散射体产生散射回波，由声波换能器接收后，经分析处理获取径向水流速度，其特征在于：以组合脉冲作为声波换能器的发射信号，其回波信号由声波换能器接收后与发射的组合脉冲信号相乘，结果经低通滤波及后续的频谱分析，获取所需测量的径向流速；包括以下步骤：(1)设组合脉冲x＝[x₁,x₂,...,x_N]是由N个子脉冲x_i组成，i＝1,2,...,N，各子脉冲x_i分别是宽度为W、频率为f_i＝f₀+Δf(i‑1)的正弦波，用离散时间序列来表示即为$x_i=[0,\sin \left(\frac{2\pi f_i}{f_s}\right),\sin \left(\frac{2\pi f_i·2}{f_s}\right),\sin \left(\frac{2\pi f_i·3}{f_s}\right),...\sin \left(\frac{2\pi f_i·({\mathrm{Wf}}_s-1)}{f_s}\right)],$是一个长度为Wf_s的向量，那么x将是长度为NWf_s的向量，其中f₀代表第一个子脉冲的频率，Δf代表相邻子脉冲之间的频率差，f_s是发射信号的采样频率，它的取值应使Wf_s为整数；(2)以组合脉冲x作为多普勒流速剖面仪的发射信号，那么以f_s作为采样频率的声波换能器接收的回波信号y＝[y₁,y₂,...,y_N]是由与发射子脉冲x_i相对应的回波子脉冲y_i组成，若多普勒频移不为0，那么y的长度将与x的长度不同；(3)在x和y中选择较短的向量，在其尾部补零，使补零后的向量长度与较长向量的长度相等，将补零后的两个相同长度的向量x和y进行向量相乘，即相同位置处的元素逐个对应相乘，并经过低通滤波器输出z，低通滤波器的截止频率为Δf/2；(4)对z做快速傅里叶变换得到Z(f)，Z(f)中峰值点所对应的频率为F，由此计算径向流速其中c为水中声速，是组合脉冲信号的平均频率。