高精度测频技术研究与实现

论文摘要

在广阔的海洋中,行驶的舰船需要导航系统为其提供信息,否则舰船将会在海洋中迷失方向;在大型的舰船靠近码头时,需要为其提供精确的速度信息,否则舰船将撞毁码头,造成严重的事故。本论文研究的多普勒测频系统正是为了解决这两个问题。舰船测速的核心就是测量回波信号的频率,本论文的工作就是围绕着多普勒测频方案的研究、设计与实现而展开的。本文主要研究工作包括:对多普勒计程仪中通用的硬件结构进行研究;自行开发了一套以TMS320C6416 DSP芯片为核心处理器的多普勒测频系统;编制相应的应用软件;进行系统的联调得到试验数据;最后对试验数据进行处理。同时,本文也重点研究了过零检测法,复相关法,FFT法和ZOOM_FFT法这四种频率估计算法,对它们的原理,公式推导,结果分析,性能的改进以及它们所具有的特性都作了详细的介绍。最后,根据仿真结果和试验结果,得出各种算法的优缺点和适用场合。本文可为工程应用选用合适的测频算法作出参考;同时为多普勒测频的研究提供了有益的启示。衷心希望本文的内容能够给读者提供启发和帮助。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景和意义
• 1.2 数字测频简介
• 1.3 国内外发展动态
• 1.4 论文的主要工作
• 第2章 多普勒测速原理
• 2.1 多普勒测速原理
• 2.1.1 多普勒效应
• 2.1.2 多普勒测速原理
• 2.2 影响测速的因素及补偿方法
• 2.2.1 舰船颠簸摇摆
• 2.2.2 波束宽度
• 2.2.3 波束倾角
• 2.2.4 工作频率
• 2.2.5 声速
• 2.3 本章小结
• 第3章 频率估计方法的研究
• 3.1 FFT法
• 3.1.1 基本原理
• 3.1.2 算法改进
• 3.1.3 算法仿真
• FFT法'>3.2 ZOOM_FFT法
• 3.2.1 基本原理
• 3.2.2 算法仿真
• 3.3 过零检测法
• 3.3.1 基本原理
• 3.3.2 算法改进
• 3.3.3 算法仿真
• 3.4 复相关频率测量法
• 3.4.1 基本原理
• 3.4.2 算法仿真
• 3.5 算法综合比较
• 3.6 本章小结
• 第4章 系统硬件电路设计
• 4.1 系统整体结构
• 4.2 信号发射模块的设计
• 4.2.1 TMS320F240型DSP简介
• 4.2.2 信号产生电路设计
• 4.2.3 串口电路设计
• 4.2.4 信号放大电路设计
• 4.3 信号处理模块的设计
• 4.3.1 前端可变放大电路设计
• 4.3.2 模数转换电路设计
• 4.3.3 TMS320C6416型DSP简介
• 4.3.4 DSP与主机模块通信接口设计
• 4.4 系统设计中一些应注意问题
• 4.5 本章小结
• 第5章 系统软件设计
• 5.1 程序总体结构
• 5.1.1 信号发射模块程序结构
• 5.1.2 信号处理模块程序结构
• 5.2 功能模块设计
• 5.2.1 波束形成
• 5.2.2 脉宽控制
• 5.2.3 混响抑制
• 5.2.4 回波检测
• 5.3 本章小结
• 第6章 实验结果
• 6.1 系统性能实验
• 6.2 系统测频实验
• 6.2.1 等信噪比不同信号长度下试验
• 6.2.2 等信号长度不同信噪比下试验
• 6.2.3 测频算法稳定性试验
• 6.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢
• 附录