宽带多普勒测速技术中跨周期模糊问题的研究

王俊宇，景永刚，许伟杰

(1.中国科学院声学研究所东海研究站，上海 201815；2.中国科学院大学，北京 100049)

0 引 言

声学多普勒流速剖面仪(Acoustic Doppler Current Profile, ADCP)，是一种利用相位编码调制脉冲技术，向各水层发射多个调制脉冲信号，并接收其反射回波脉冲，再通过复相关测频算法计算各水层对应相干脉冲的多普勒频偏值，进而精确计算出各水层流速值的测速仪器。假设通过换能器向水中发射频率为f0的声脉冲信号，该信号在经过各水层散射体的散射以及海底边界的反射后，将损失一部分能量，而由换能器接收到的脉冲信号，经过一定的处理之后可以计算出回波脉冲的频率f1。根据多普勒原理，当声源与散射体之间具有相对运动的时候，f0≠f1，并且存在以下关系：

其中：fd为多普勒频偏，v为换能器与水中散射体的径向相对速度，c为水中声速，α为发射波束与海底平面的夹角。

宽带声学多普勒流速剖面仪(Broadband Acoustic Doppler Current Profile, BBADCP)，在发射声脉冲时，使用双相(0°和 180°)伪随机编码对其进行相位调制。接收回波脉冲时，利用两个正交的本振信号，分别与接收的回波信号进行解调运算，再通过低通滤波器获得两路正交信号，之后利用复相关测频算法可以计算出对应的多普勒频移，进而可精确测量各水层流速[1]。

在复相关测频算法中，存在测速模糊的问题，即调制脉冲的宽度与所能测量的流速范围存在反比关系。文献[2]中利用时延估计确定复相关测频的模糊区间，这样不可避免地会产生时延估计误差，并且为了保证时延估计误差的精度，需选择高精度的时延估计方法，对采样率和运算量产生更高的要求。……