基于TMS320VC5402的激光多普勒测速系统

介绍了激光多普勒测量技术的原理和差动后向散射测量方式以及数字信号处理式激光多普勒测速仪的设计方案.其中包括基于TMS320VC5402的多普勒信号采集卡硬件电路和软件设计.运用该测速仪对固体表面运动速度进行测量.对采集到的多普勒信号进行高通滤波处理,以提高信噪比,运用傅里叶变换处理数据,计算出运动目标的速度并与实际速度进行了比较.结果表明该系统用于固体表面速度的测量切实可行,精度可达到2%.     

激光多普勒测速实验虚拟仿真及硬件改进

针对传统激光多普勒测速实验系统中硬件采样率有限及多普勒信号自动化处理性能较弱的问题,本文开展了实验系统虚拟仿真及硬件改进.利用Unity 3D和Matlab Apps对实验内容及其信号处理方法进行了建模,通过虚拟仿真的开发,学生可更深入地了解实验系统的细节;采用LabVIEW编程和数字示波器组建了便捷的自动化高速数据采集系统,将现有实验系统硬件的采样率从50MSa/s提高至2GSa/s,并能够利用软件实现多种自动数字化处理流程,如数字滤波和自动化测量等,提升了实验系统性能,为教学内容和实验系统的设计及建设提供了参考.     

自适应滤波技术在激光多普勒测速仪中的应用

 激光多普勒测速仪检测系统提取的光电信号中存在较大的噪声信号。为了消除这些噪声干扰, 提高激光多普勒测速仪的测量精度,提出一种新的信号处理方法,将最小均方差自适应滤波技术应用于激光多普勒测量中,利用多普勒信号和噪声信号的统计特性,以最小均方误差估计为准则,最大程度地滤除噪声信号。阐述了最小均方差自适应滤波算法的基本原理,在MATLAB平台上将其应用于理想正弦信号进行仿真,并将其应用于实测多普勒信号的处理中。仿真和实验均表明,该技术可以有效抑制激光多普勒测量中的多频率噪声的干扰,大大提高多普勒信号的信噪比和测量精度,为设计高精度的激光多普勒测速仪创造了条件。     

频谱分析型激光多普勒测速仪信号处理技术

为了提高激光多普勒测速仪的测量精度,提出对激光多普勒信号先进行跟踪滤波,再进行频谱细化和频谱校正的信号处理方法,并利用信号处理系统对实测的多普勒信号进行了实验研究。实验结果表明:跟踪滤波器在滤除基底信号及系统的部分噪声的基础上,实时跟踪多普勒信号的频率,信噪比明显提高,所得结果与多普勒频率的真实值相一致;频谱细化技术大大提高了频谱分辨力,频谱校正技术使校正后的频率更接近真实值。     

一种鲁棒性强的OFDM 水声通信系统*

为了在不同衰落水声信道下实现正交频分复用水声通信，该文提出了一种鲁棒性强的正交频分复用水声通信方案，方案包括编码调制、信道估计和多普勒估计等内容。为了使该系统更稳健，整个信道编码分为两个步骤。首先，循环冗余校验编码器和里德-所罗门编码器用于编码整个数据包，然后循环冗余校验编码器和Turbo 编码器用于编码每个数据帧，其中比特交织编码调制技术用来对抗信道的时变特性。为了得到水声信道估计，使用线性最小均方误差估计器来处理导频数据得到信道估计值。多普勒估计包括帧的多普勒估计和符号的多普勒估计。实验结果表明该系统在不同的衰落信道下都能实现正确的跟踪和译码，系统的鲁棒性能优越。此外，该系统算法计算简单，易于实现，具有良好的工程应用价值。     

小波分析在激光多普勒信号处理中的应用

 提出将激光多普勒测速仪(LDV)应用于车载惯性导航系统中,阐述了激光多普勒自身速度仪的基本原理和小波变换的相关理论,并运用小波变换对多普勒信号进行检测、去噪及提取多普勒频率,仿真及实验结果表明：信号进行小波分解后,对每一级小波进行阈值处理,得到了较好的去噪效果;在小波降噪常见的阈值原则中,无偏似然估计阈值和极值阈值不容易丢失信号中的有用成分,而启发式阈值原则和固定阈值原则可以更有效地去除噪声;对于提取多普勒频率而言,小波变换与快速傅里叶变换所得的结果是一致的,而小波变换不但可以求出系统自身的运动速度,而且还可以求出对应速度发生的时刻。     

0.14 THz高分辨力成像雷达信号处理

为适应0.14 THz超高分辨雷达实时成像的需求,开发了基于CPU+GPU+FPGA的硬件架构和成像处理算法,算法以距离-多普勒为原型,引入L类维格纳分布变换提高横向分辨力,用Keystone变换方法对越距离单元徙动进行校正,并开发了系统非线性补偿算法。在载频0.14 THz、带宽5 GHz雷达样机上进行了逆合成孔径雷达成像试验,获得了3 cm3 cm的成像分辨力和实时成像能力,验证了信号处理方法的有效性。     

基于激光差动多普勒效应的微机电系统动态测试技术

提出了一种用于测量微机电系统(MEMS)器件瞬时速度、位移的测量系统。采用激光差动多普勒技术,检测谐振器在平面内的振动,测量垂直于系统测量光轴方向的振动速度。并在差动多普勒测量光路的基础上加入了CCD监测光路,实时观察被测器件调整过程和振动情况。通过处理电路从光学系统输出的高频信号中提取多普勒信号,利用Labview和Matlab软件对采集的多普勒信号进行时频分析,得到被测器件的运动参量。通过对测点的微定位,对MEMS器件进行整平面的扫描,得到器件振动的瞬时速度场,为进一步对MEMS器件的高阶谱振动分析及扭转分析提供了一定的基础和必要的支持。     

多普勒频移环境中水声通信伪随机码快速捕获方法

伪随机码应用于水声通信时，需解决接收信号在多普勒频移情况下的快速捕获问题。本文在全数字通讯系统的框架内，提出了基带信号相关检测的数字下移频算法，显著减小了计算量，并针对数字处理的灵活性，提出了多普勒频移的概率搜索策略，根据多普勒频移的分布概率来对其进行搜索，进一步减小多普勒频移搜索的计算量。     

压缩感知在宽带声学多普勒测速技术中的应用*

为降低宽带声学多普勒测速技术中宽带回波信号处理系统的采样和数据存储压力,研究了压缩感知的回波信号重构算法,并将其应用于宽带声学多普勒测速的回波信号分析中。在点回波模型下进行宽带回波信号的仿真实验,利用复协方差法计算频移。仿真实验结果表明,在无噪声的理想条件下,利用压缩感知理论处理宽带多普勒测速的回波信号,能够达到理想的测频效果;在相同的噪声条件下,应用压缩感知方法处理后的回波信号能够获得与带通采样方法相当的测频效果。     

时频分析在激光多普勒信号处理中的应用

建立了用来检测微机电系统谐振器面内运动的激光差动多普勒系统,测量了谐振器的振动速度。在信号处理过程中,首先使用电路系统去除高频载波成分,然后基于Matlab平台,选取时频分析中的Wigner-Ville分布对采集进入计算机的多普勒信号进行分析。提取了其中的速度信息,并与用计数法处理的结果进行了比较。结果表明具有较好的效果。     

基于DSP的激光自混合干涉测振仪信号采集与处理系统

结合三角波电流调制型激光自混合干涉技术，设计了基于DSP的数据采集与处理系统，完成了对来自光电探测器的干涉信号的采集与处理。该系统接口电路简单灵活，具有采样频率可由程序设置、采集速度和精度较高，并且可以实现6通道同步采样转换的特点。实验结果表明，该数据采集与处理系统完全能够满足高速交变激光自混合干涉信号的采集与处理在实时性和高精度方面的要求。     

回转机械扭振测量技术研究

本文设计出一种宽带扫描激光多普勒扭振测量仪,由于使用了宽带扫描技术,从而使得系统具有测量动态范围大、测量精度高、实时快速等特点.     

Signal processing of double-beam and double-scattering laser Doppler velocimeter

The common method of laser Doppler velocimeter (LDV) signal processing is fast Fourier transform (FFT). Because of the restraint of spectral interference, fence effect and spectrum leakage, the precision of FFT is not high. In order to improve the accuracy of double-beam and double-scattering laser Doppler velocimeter signal processing, an algorithm based on spectral refinement and interpolation is put forward. First, high-pass filter is adopted to remove the baseplate of LDV signal. Second, FFT is adopted to get the estimate of Doppler frequency and then Zoom-FFT is used to refine the local range of Doppler frequency. Third, four-term fifth derivative Nuttall windowed interpolation is used to correct the refined spectrum. Then the accurate estimate of Doppler frequency can be obtained. Simulations and experiments based on the LDV system built in laboratory show that Zoom-FFT can improve the resolution of spectrum and four-term fifth derivative Nuttall windowed interpolation can further increase the precision of signal processing.     

散射式能见度测量仪的动态特性研究

通过半导体激光照射采样气体,利用光电检测电路检测前向散射光强,并通过滤波电路、真值转换电路以及后置放大电路,最终将信号进行采样送入微处理器中处理。通过对信号处理电路的各个模块进行动态特性分析,从而找出对系统影响最大的模块部分并提出改进。结果表明,光电检测电路的动态特性对系统的影响最为显著,通过适当减小负载电阻,可有效改善电路的线性动态范围。     

Measurement of the velocity inside an all-fiber DBR laser by self-mixing technique

The self-mixing interference for optical velocity sensing is experimentally investigated in an all-fiber configuration distributed Bragg reflector laser. Simultaneously, theory model of self-mixing interference laser Doppler velocimeter based on quasi-analytical method. The experimental results show Doppler shift frequency is linearly proportional to the value of the velocity which agrees well with theory analysis. The results preserve an enough signal-to-noise ratio around 40 dB in the range from 39.3–317.0 mm/s (measurement range depending on bandwidth of circuit) for velocity measurement. Additionally, the cutoff circuit is used in our system to get a stable Doppler signal and reduces the error rate to 0.136 % in practical measurement.     

用基于DSP的线阵CCD实现二维图像信号采集的系统设计

对光电转换系统，尤其是采集信号的后处理进行了研究。介绍了在光电精密数据采集处理中通过DSP用硬件实现对CCD信号的采集和处理过程。给出了对CCD信号进行边缘识别的微分算法和将线阵CCD信号进行组合，恢复出二维图像信号的算法。同时还给出了详细的硬件处理电路。重点介绍了DSP与FIFO的数据传输、DSP与USB的接口电路。解决了一般情况下系统无法做到的用线阵CCD实现二维图像信号复原的问题。通过实验，证明了该方法的有效性。线阵CCD信号是以若干线段的形式存在的，特别适用于激光雕刻机图像采集系统，应用前景广阔。     

基于Labview的激光多普勒测速仪的频谱校正

在激光多普勒测速仪中,为了减小由信号处理算法带来的测量误差,提出运用频谱校正算法对多普勒信号的频谱进行校正,详细阐述了能量重心法、比值法和相位差法3种离散频谱校正算法的基本原理,运用这3种算法对理想正弦信号进行仿真,并运用比值法对信号施加不同频率和信噪比的噪音下的正弦信号和实测的多普勒信号进行仿真及实验研究。结果表明:3种算法都可以使信号的频率更接近于真实值,其中能量重心法校正精度相对较低,比值法和相位差法精度较高,尤其是比值校正算法处理速度更快,校正的精度基本不受信噪比的影响。将比值法运用于激光多普勒测速系统,与光接收计数法测量结果进行比较,结果显示:校正后比较正前激光多普勒测速仪测量相对精度提高了2～3倍。