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基于DSP的固体多普勒测速系统的研究

作　者: 魏强
导　师: 孙正鼐
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 电气工程
关键词: 激光多普勒数学模型信号处理算法 DSP FFT库
分类号: TN247
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 64次
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内容摘要

激光多普勒测速技术(LDV)自问世以来已经历了四十多个年头。起初这一技术被广泛应用在气体、液体速度的测量。对固体的测量与对流体测量有很大不同,因固体多普勒信号产生机理没有形成完善的理论,而导致发展缓慢。利用激光多普勒原理测量回转体直径是目前该领域的一个新的应用方向,其核心技术是固体多普勒测速技术。本文首先介绍了激光多普勒测速技术的发展历程,在多普勒信号的产生机理分析中,针对固体多普勒测速技术的特点以及条纹模型建立适合利用多普勒效应测量回转体速度的数学模型,并通过仿真分析对该模型进行了验证,最后得出固体表面粒子均值与多普勒信号的关系,为固体测速系统提供了理论指导和依据。鉴于多普勒信号比较复杂,本文重点讨论了信号处理算法。采用了目前国内外多种流行窄带分析算法相结合的办法,将加窗、细化、校正结合起来,并充分考虑到硬件的可实现性,并通过仿真分析了该算法的精度等级。采用TI公司TI2000系列的DSP——TMS320LF2407作为主芯片,其丰富的片内外设和独特的寻址方式使得其兼有控制和高速运算功能,特别适合于本系统。另外,为了充分发挥DSP高速的特点,软件部分使用了TI的FFT库。本文可作为固体多普勒测速系统设计的一个参考,信号处理算法和软件设计对窄带信号的高精度分析与DSP硬件实现也具有一定的指导意义。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-8
第1章绪论  8-14
  1.1 课题背景  8-10
    1.1.1 课题来源  8
    1.1.2 激光多普勒测速技术综述  8-10
  1.2 常用多普勒测速类型及测径技术  10-13
  1.3 本论文主要工作  13-14
第2章激光多普勒测速原理和光路结构设计  14-29
  2.1 多普勒频移的基本原理  14-17
    2.1.1 光学多普勒效应  14-15
    2.1.2 相对论多普勒频移  15-16
    2.1.3 运动物体散射的多普勒频移  16-17
  2.2 光学外差检测  17-20
  2.3 激光测速的光路结构和基本参数  20-26
    2.3.1 外差检测的基本光路结构  20-23
    2.3.2 双光束光路的基本参数  23-25
    2.3.3 激光多普勒测量技术的特点  25-26
  2.4 激光测径的光路系统设计  26-28
  2.5 本章小结  28-29
第3章固体测速模型建立与数值模拟  29-42
  3.1 激光多普勒信号的特征  29-32
  3.2 建立固体多普勒测速数学模型  32-39
    3.2.1 探测体内粒子模型建立  32
    3.2.2 多普勒效应的条纹模型  32-39
  3.3 数值模拟与仿真分析  39-41
  3.4 本章小结  41-42
第4章多普勒信号处理算法设计  42-58
  4.1 激光多普勒信号的特征  43-44
  4.2 多普勒信号处理算法设计  44-53
    4.2.1 时域信号的加窗预处理  44-45
    4.2.2 DFT 细化算法  45-49
    4.2.3 峰值搜索  49-53
  4.3 算法结合与仿真分析  53-57
  4.4 本章小结  57-58
第5章基于DSP的激光多普勒测速仪的设计  58-73
  5.1 系统整体结构图  58-59
  5.2 测速仪的硬件设计  59-64
    5.2.1 光路结构设计  59-60
    5.2.2 前向通道  60-61
    5.2.3 数据采集与DSP 硬件设计  61-63
    5.2.4 显示和通信单元  63-64
  5.3 测速仪的软件设计  64-72
    5.3.1 总体软件设计流程图  64-65
    5.3.2 采样控制  65
    5.3.3 FFT 库的调用  65-69
    5.3.4 数字滤波  69
    5.3.5 软件实时性  69-72
  5.4 本章小结  72-73
结论  73-74
参考文献  74-79
致谢  79

基于DSP的固体多普勒测速系统的研究

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