声学多普勒测速技术ppt课件

1、2022-6-252022-6-252022-6-25t12/1vt2211CtvtLxcLcvcLcvLt1/2/1/2212/1ct2/1vt2022-6-25t2vT2/2vt2/2vt222121CtvTvtLxxTCLt12/22 假设其往返时间为假设其往返时间为t2，在，在t2时间内目的又向声呐接近时间内目的又向声呐接近 。因此有因此有 由此得到后沿的往返时间为由此得到后沿的往返时间为cvx/2022-6-25xxTCLt12/22xCLCvCLt1/2/1/21xxTtt1221TxxxxTTttTTr1112)(21fxxTxxTfrr111111无相对运动时前后沿到达的时间该

2、当相等，无相对运动时前后沿到达的时间该当相等，有相对运动，有相对运动，t1-t2变化了多少时间？变化了多少时间？0 T t1 t2T2022-6-25cosCvxxcos21)21 (1)1 (1122CvffxfxxfxxfxTTTTrcos22TxTTrdxfCvxffffdxTxffCvcos2詹纳斯Janus配置 Cvx/cosxvv 船与被照射船与被照射区的相对径区的相对径向速度为向速度为 ：接纳的回波接纳的回波信号频率为：信号频率为：多普勒频移多普勒频移为：为：程度速度程度速度 ：cos2TxdIfCvfcos2TxdIIfCvfcos4TxdIIdIdfCvfffcos4Tdxf

3、Cfv 2022-6-25詹纳斯詹纳斯Janus配置配置 2022-6-25cos4Tdxfcfv 2022-6-25TTTTrdfxxffxxfff12111cos22TxTdxfCvxfffT发射频率发射频率fr接纳频率接纳频率fd多普勒频移多普勒频移Cvxxxxxxfffffxdddddcos122121112022-6-25詹纳斯配置詹纳斯配置Trfxxf111Trfxxf112Trrdfxxfff221114cos44TxTdfCvfxf22221cos14414CvxxxxxxffxddCvxffxddcos12022-6-252022-6-25在有摇摆和上下起伏时在有摇摆和上下起

4、伏时)sin(2)cos(C2v)cos(2)cos(2xITzTTzTxdfCvffCvfCvf)sin(2)cos(2 )cos(2)cos(2IITzTxTzTxdfCvfCvfCvfCvf sincoscosC4 xzTxdIIdIdvvfvfff sincos22coscos22 )sin()sin(2)cos()cos(2 IIITzTxTzTxdddfCvfCvfCvfCvfff2022-6-25cos4TxdrfCvf1sincosxzdrdrddrdvvfffff sincoscosC4 xzTxdIIdIdvvfvfffcoscos4TdxffCv浅水运用时浅水运用时收发期

5、间只收发期间只需丈量一次需丈量一次姿态角姿态角00/drdff2022-6-252022-6-25cos4Tdxfcfv cos/c常数.coscos2211ccc/cos相相控控阵阵导流导流罩充罩充油，油，恒温恒温2022-6-252022-6-25sin2TxdfCvfdB321cos22TxTdfcvxfftanddffM1问题：问题：1波束宽了不好，波束宽了不好，窄了可以吗？窄了可以吗？2小点好吗？小点好吗？2022-6-25dB321cos22TxTdfcvxff2022-6-252022-6-25dTffNTTfTNfTdTTNfddd2xTdvCffdcos2dcos2Txdxf

6、cvf2022-6-25xTvCNfTTdcos2d2TdTfNffNTxTxTTvcfNvcNffNTdcos2dcos2d2dTNcfdvTxcos2xTvCNfTxdcos2)/1 (d12221xxxxvCNdcos222022-6-25003. 01 . 015005 . 022Nxs/m1 . 0dxv0188. 02003. 0dBNS5 .340188. 01log20/2022-6-252022-6-25cossinsincosyxyyxxvvvvvvcos4cos413IIIITdTddxfCffffCvcos4cos442IIIVTdTddyfCffffCv由多普勒测速仪

7、可以得到的速度值为由多普勒测速仪可以得到的速度值为2022-6-25cossinsincosyxyyxxvvvvvvyyxxyxyxvvvvvvvvarctan2022-6-25cossinsincosyxyyxxvvvvvvyyxxyxyxvvvvvvvvarctancossincos4sincossincoscos4sincos42134213ddTxyyddTyxxfffCvvvfffCvvv对于程度波束对于程度波束X形配置，有形配置，有 4/42134213cos8222cos8222ddTyxyddTyxxfffCvvvfffCvvv2022-6-252022-6-25只需保证补偿相

8、移不随声速变化而只需保证补偿相移不随声速变化而变即可。变即可。4个阵元，因此尺寸很大，需求减小尺寸。个阵元，因此尺寸很大，需求减小尺寸。cos2sin2TdTdxfcffcfv常数cosc问题是如何问题是如何保证常数保证常数2022-6-25cos2cdfTTTfKdfc12cosKvcosfcvfxTxd22只需坚持只需坚持不变不变dK22022-6-25dfffffcfcfvrrTrrTdx2cos4)(cos42121留意：留意：固定固定随随c改动。改动。cos2cdfT2022-6-252022-6-25 sinsinsinsin2sin2sindNdNNNRsin2 dsindl c

9、lt cf sin2222dlctctf2022-6-251,.2 , 1 ,2NkkNNdksin sinsinsinsin2sin2sindNdNNNR12022-6-25 sinsinsinsin2sin2sindNdNNNR1,.2 , 1 ,22NkkNNdNdk2sin2022-6-25 sinsinsinsin2sin2sindNdNNNR,.2 , 1,2kkdksin2022-6-25 2sin2sinNNRD2sinDDk2sinsin2 d2022-6-25)(2R)(1R)()()(21RRR2022-6-25第三级有第三级有4个子阵，每个子阵是个子阵，每个子阵是N/4

10、元阵，各阵元之元阵，各阵元之间用导线衔接。阵元间距间用导线衔接。阵元间距 D34d，阵长，阵长L3=L总总-3d第二级有第二级有2个子阵，每个由个子阵，每个由2个阵元组成，阵元间距个阵元组成，阵元间距D2 2d第一级由第一级由2个阵元组成，阵元间距个阵元组成，阵元间距D1 d子阵子阵 1 2 3 42022-6-25 1RdD22sin1dD42sin2dD4sin3 321RRRR 2R 3R sinsinsinsin2sin2sindNdNNNRNdksin零点位置为D1 dD2 2dD34d,dksin栅瓣的位置为2022-6-25 321RRRRdD4sin3dD22sin1dD42s

11、in22022-6-252022-6-25 321RRRRdD4sin3dD22sin1dD42sin22022-6-25dD22sin1dD42sin2dD4sin3 321RRRR2022-6-250sin)4/(sindddD422sin222 对第二级的两个子阵进展相控，子阵间距为对第二级的两个子阵进展相控，子阵间距为2d。主极大应从。主极大应从控制到位置控制到位置 ，子阵，子阵3、子阵、子阵4需补偿的相移为需补偿的相移为 第三级第三级第二级第二级第一级第一级阵元阵元 1 2 2sin2sinNNRD2sin相位补偿后主极大相位补偿后主极大方向移到方向移到 2022-6-252022-

12、6-25 321RRRRdD4sin3dD22sin1dD42sin22022-6-25 321RRRRdD4sin3dD22sin1dD42sin22022-6-25相控接纳左波束相控接纳左波束 相控接纳右波束相控接纳右波束2022-6-250sin)4/(sindddD422sin222对第二级的两个子阵进展相控，子阵间距为对第二级的两个子阵进展相控，子阵间距为2d。主极大应从。主极大应从控制到位置控制到位置 ，子阵，子阵3、子阵、子阵4需补偿的相移为需补偿的相移为 将第一级二元阵的主极大值方向控制到将第一级二元阵的主极大值方向控制到 的位置，的位置，阵元阵元2由子阵由子阵2和子阵和子阵4

13、构成需补偿的相移为构成需补偿的相移为 sin/ ()4d242sin211ddD第三级第三级第二级第二级第一级第一级子阵子阵 1 2 3 4阵元阵元 1 2右波束右波束2022-6-25第三级第三级第二级第二级第一级第一级阵元阵元 1 2子阵子阵 1 2 3 4对应于右发射波束2022-6-252022-6-252022-6-252022-6-252022-6-252022-6-25 H tTtm2sin)( tTTtttm2cos2ddcos2CHtP H - 2022-6-252cos222CHTtTmPmmCTH8cos 2cos22sin2sinCHTtTtmPmP mCTH2sin4

14、cos1在上述条件下在上述条件下H1600mH1700m2022-6-25jmj ttT2sinrjmrjtT2sin2rjjtreNNN 2022-6-25IrIIrHBCCBAIrIIrHBCCAB 假定载体速度不大，在收发时间内可以为程度挪动间隔与海深相假定载体速度不大，在收发时间内可以为程度挪动间隔与海深相比甚小。因此，可在同一丈量点分析载体摇摆时的信号传播时间。比甚小。因此，可在同一丈量点分析载体摇摆时的信号传播时间。 当载体速度较大时，还应思索由此引起的波束不能接触的问题。当载体速度较大时，还应思索由此引起的波束不能接触的问题。2022-6-25IrIIrHBCCBAIrIIrHB

15、CCABBCCBACACABC和和ABC类似类似tanctgcoscos/HHrHrII号波束、号波束、II号波束到海底的斜距为号波束到海底的斜距为sintancosHrIsintancosHrII当载体有摇摆角当载体有摇摆角时时)sin(tan)cos(HrI)sin(tan)cos(HrII思绪：只需知道间隔差便可知思绪：只需知道间隔差便可知道两个波束的回波时间差。道两个波束的回波时间差。2022-6-25rmTT2max)sin(tan)cos()sin(tan)cos(sintancos maxmaxmaxmaxIIIIrrrr)sin(tan)cos()sin(tan)cos(sin

16、tancos maxmaxmaxmaxIIIIIIIIrrrrIIIIIIrrCt2,2022-6-25coscos4TdxffCvdIIdIdfff利用利用5.3节节学过学过的内的内容容)cos(2TxdIfcvf)cos(2TxdIIfcvf用两个波束频率之差和频率之和两者来用两个波束频率之差和频率之和两者来计算速度，以得到更高的速度精度计算速度，以得到更高的速度精度 。2022-6-25)cos(cos4TxdIIdIfCvff)sin(sin4TxdIIdIfCvff)cos(cos14TdIIdIxfffCv)sin(sin14TdIIdIxfffCv)(sin)(22convvxx

17、)sin(sin)cos(cos4dIIdIdIIdITfffffC 用两个波束的用两个波束的频率之差和频率之频率之差和频率之和两者来计算速度，和两者来计算速度，可以得到更高的速可以得到更高的速度精度。度精度。 2022-6-25)tan(tandIIdIdIIdIffffdIIdIdIIdIdIIdIdIIdIffffffff11tan1)(tan)tan(aa11tan1)tan(dIIdIffa 留意到前向波束和后向波束总是一个正的频移，留意到前向波束和后向波束总是一个正的频移，一个负的频移，即一个负的频移，即fdI与与fdII总是反号总是反号 ，记，记可以利用多普可以利用多普勒计程仪本

18、身勒计程仪本身测出的的两个测出的的两个多普勒频率来多普勒频率来计算摇摆角，计算摇摆角，并由此进展速并由此进展速度修正。度修正。)cos(cos4TxdIIdIfCvff)sin(sin4TxdIIdIfCvff2022-6-252022-6-250MTNT MNff0规定的规定的 f0普通需为几普通需为几MHz几十几十MHz 2022-6-25n 计算误差。计算误差。n设输入信号的离散方式为设输入信号的离散方式为ssffnAnTfAny002sin)2sin()(被测频率 采样频率 2022-6-25sTnk)()(ntz) 1( ntz)(0nnT)(nTeytsTsTn) 1( ) 1(

19、nsTn)()(n正弦信号的周期估计值为正弦信号的周期估计值为 seTnnnknT) 1()()()(ssiAiBTiTiSS)(1)(iAiBiBiAiBiBSSSSSSi)(频频率率估估计计方方法法tz(n)tz(n-1)2022-6-25) 1()()() 1()()(0nnnuTntntnTzze)()(0nnTntz)1)()()(10zzzTzTe)exp()/2exp()2exp(00jffjfTjz)1)()()(0jeeffTfT2022-6-25因此估计的周期序列的功率谱为因此估计的周期序列的功率谱为)1)()1)()( )1)(1)()()()()(0220*2jjjjeeeefefTfeeffTfTfTfT0222022202sin)(4)( 2sin)(4)()(ffffTffTfTe)1)()()(0jeeffTfT002022-6-25022202sin)(4)( )(ffffTfTe)(sin4)(2022ffffH2022-6-252022-6-25ffSffSffd)(d)()0(d)(d210RRjf利用功率谱与相关函数利用功率谱与相关函数的关系，导出平均频率的关系，导出平均频率与相关函数的关系与相关函数的关系d)()(2fjeRfSfefSRfjd)()(2