变采样率技术在电磁波流速测量中的应用研究..doc

变采样率技术在电磁波流速测量中的应用研究 杨强，刘纪元，焦学峰，么启 (1.沈阳航空航天大学电子信息工程学院 辽宁 沈阳 110136；2.中国科学院声学研究所综合声纳实验室 北京 100080；3.北京航瑞博泰科技有限公司 北京 100102) 摘要：文章简单介绍了基于电磁波的水流速度测量的基本原理—多普勒效应，分析了不同采样频率对多普勒频率分辨率、测量精度、最大可测速度以及系统实时性的影响，指出单一采样频率无法满足测量系统对测量精度、量程和嵌入式系统实时性的要求，从而提出将变采样率技术应用在测量系统中。在理论研究和仿真分析完整数倍抽取、整数倍内插和有理数倍变采样率算法之后，指出变采样率技术能很好的满足系统要求,并通过实验验证了运用变采样率技术之后系统的可靠性和高效性。 关键词：电磁波 流速测量 多普勒效应 抽取 内插 变采样率技术 中图分类号：TN98 The research of Changing Sample Ratio Processing Technology in Velocity Measurement of Electromagnetic Wave YANG qiang, LIUJi-yuan,JIAO Xue-feng,YAO qi (1.Electronics and Information Engineering,SHENG’ yang Aerospace University, SHENG’ yang 110136,China;2.Institute of Acoustics.Chinese Academy of Science,BEI’jing 100080,China;3. Beijing Hang Rui Bo Tai ScienceTechnology Co.,Ltd, BEI’jing 100102,China) Abstract: This paper briefly described the electromagnetic wave measurement method in measuring water velocity based on Doppler effect at first. Due to the impacts of different sample ratios on Doppler frequency resolution, measurement accuracy, the maximum measurable velocity and real-time system, its believed that signal sample ratio can not meet the system requirements. So the usage of changing sample ratio measurement technology came to necessary. Through theoretical studies and simulation analysis on complete multiple extraction, complete multiple interpolation and rational multiples of changing sample ratio technology, we concluded that changing sample ratio measurement technology could well meet the requirement of system. we also verified its reliability and efficiency by experiment tests. Keywords: electromagnetic wave; water velocity measurement; Doppler effect; extraction; interpolation; changing sample ratio 0 引言 目前流速测量的方法有很多，常用的有机械测量法，电磁测量法和超声测量法等。这些测量方法都是要求与流体直接接触的、近距离的测量方式，不适合测量含沙量大、漂浮物多的流体。电磁波流速测量方法是一种远距离、无接触的测量方法，适合于测量水流急、含沙量大、漂浮物多、水流复杂的一般江河的流速，具有安全、快速、使用方便等特点，在水文监测、水资源开 发和利用、防汛防洪、环境保护、军事等行业都有重要的意义。 电磁波流速测量原理介绍 图1 电磁波流速测量原理图 Fig.1 water velocity measurement by electromag