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高精度信号处理技术在激光多普勒测速中的应用研究

胡海龙  
【摘要】: 激光多普勒测速仪(LDV)是根据激光多普勒效应研制而成的一种精密测速仪器,具有非接触测量、动态响应快、分析精度高、测量范围宽、可测多维速度和判别速度方向等优点,被广泛应用于科研教育领域和工业测量领域。本文就是针对激光多普勒测速仪,围绕它的测速技术中高精度信号处理技术的研究与实现展开的。 本文分析了现有激光多普勒测速仪信号处理技术及工作原理,比较了动态响应时间、抗干扰性、分析精度、测量范围等性能指标。针对存在的缺点,本文提出了一种应用于激光多普勒测速的高精度信号处理技术,即首先利用加Hanning窗的Welch修正周期图算法得到信号功率谱,搜索其谱峰值频率,接着利用Goertzel频谱细化算法对搜索的谱峰进行细化分析,再引入能量重心频谱校正算法对细化后的谱峰进行校正分析,从而将离散频谱分析算法、频谱细化算法和频谱校正算法三者有机结合起来,充分发挥各自的优点:通过加Hanning窗的Welch修正周期图算法快速得到功率谱及峰值频率,通过Goertzel算法获得分析频带的高分辨率频谱,然后通过能量重心校正算法对细化后的频谱进行高精度校正,这样不仅保证了算法的高效性,而且大大提高了分析的精度。仿真结果表明,利用该技术可以精确地测得多普勒频率。 应用提出的高精度信号处理技术设计了信号处理实施方案,并开发了信号处理软硬件系统。系统运行结果具有极高的综合性能指标。在工程实践上,验证了本文提出的应用于激光多普勒测速的高精度信号处理技术的可行性和可靠性。利用该技术大大提高了激光多普勒测速仪的测量精度,并且动态响应快、测量范围宽,具有广阔的应用前景。


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