光子多普勒速度测量系统的数据处理方法

【摘要】：光子多普勒速度测量(Photonic Doppler Velocimetry:PDV)系统是一种新型的全光纤激光测速系统,以其非接触测量、时间分辨率高以及速度分辨率高和抗干扰性强等优点在冲击波、爆轰波以及其他短时高速运动的测量中得到广泛应用。为了从含有大量噪声的测量数据中获得靶面等运动物体的速度信息,需要选择一套合理的数据处理方案。本文首先搭建了PDV测速系统,并用此系统采集了激振台、Hopkinson杆和激光冲击强化靶面的速度数据。在分析了当前几种常见的PDV数据处理方法的原理和特点的基础上,分别用条纹法、短时傅里叶变换、Gabor变换、威格纳-威利变换以及小波变换处理了采集到的PDV强激光冲击强化靶面速度数据,比较分析了各自的优缺点,指出Gabor变换和威格纳-威利分布普适性差,不适合作为软件处理方案,条纹法原理简单,可靠性高,但处理繁琐,算法普适性差,只可以作为参考基准。短时傅里叶变换速度快,整体时间和速度分辨率有限,而小波变换的时间和速度分辨率比较好,且普适性强,程序的运算速度也比较快,适合PDV数据处理方案,给出了小波变换、短时傅里叶、条纹法的时间和速度分辨率特性,并通过数据仿真分析了三者的误差特性。讨论了信号噪声的来源和特点,其中针对信号去噪、小波基的选择以及速度曲线的提取,提出了局部极大值法等独特的想法,在实验中取得良好的效果。随后基于matlab编写了PDV数据处理软件,实现了软件操作的可视化。最后通过对激振台、Hopkinson杆和激光冲击强化中靶面速度的数据处理,验证了软件处理不同速度下的可行性、完整性和全面性。