相干测风雷达风速测量方法
专利汇可以提供相干测风雷达风速测量方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 提出一种相干测 风 雷达风速测量方法。利用本发明可以显著提高 空速 分辨率 和风速测量的速度。本发明通过下述技术方案予以实现：首先采用光电探测器接受光 信号 ，产生表现形式为 电压 的模拟时域信号并输入高速 模数转换 电路 进行量化处理得到对应的数字时域信号，数字时域信号通过异步先进先出FIFO输送到现场可编程 门 阵列FPGA电路；在FPGA电路中，Zoom FFT运算模 块 通过复调 制模 块对数字时域信号在预测移频 角 附近的局部频段进行复调制移频，得到的 虚部 正弦和 实部 余弦信号；DSP电路将全局 频谱 分析模块得到的特征 频率 粗测值和细化频谱分析模块得到的特征频率精测值输入综合分析模块，并将解算出精确速度送到显示组件。，下面是相干测风雷达风速测量方法专利的具体信息内容。
1.一种相干测风雷达风速测量方法，其特征在于包括以下步骤：首先采用光电探测器（1）接受光信号，产生表现形式为电压的模拟时域信号并输入高速模数转换电路（2），高速模数转换电路（2）将接收到的模拟时域信号进行量化处理得到对应的数字时域信号，数字时域信号通过异步先进先出FIFO输送到现场可编程门阵列FPGA电路（3）；在FPGA电路（3）中，第一FFT模块（311）将依次接收到的数字时域信号按每512个数字信号为一帧，依次进行全局时/频转换得到该帧对应的频域信号，并将频域信号输入第一信号累加模块（312）；第一信号累加模块（312）将接收到的频域信号逐帧累加得到的全局频谱图送入DSP电路（4）的全局频谱分析模块（41），由全局频谱分析模块（41）进行全局频谱分析得到特征频率粗测值；特征频率粗测值通过信号预测模块（42）的分析预测下一时刻的特征频率；信号预测模块（42）选定下一时刻局部Zoom FFT细化频谱分析的频率段后，将预测的移频角输入到上述FPGA电路（3）的Zoom FFT运算模块（321）中；Zoom FFT运算模块（321）同时接收下一时刻的数字时域信号和移频角；在Zoom FFT运算模块（321）内部，数字时域信号通过复调制模块（3211）对数字时域信号在预测移频角附近的局部频段进行复调制移频，得到的虚部正弦和实部余弦信号分别通过归一化的 101阶FIR滤波器（3212）进行滤波后，由浮点数转换模块（3213）转化为单精度浮点数，浮点数的实部和虚部信号通过实部和虚部信号合并模块（3214）合并为一组数据后送入降采样运算模块（3215）；降采样运算模块（3215）将实部和虚部信号进行降采样后得到降采样数据；降采样数据通过实部和虚部信号分拆模块（3216）分拆为实部和虚部两部分数据；实部和虚部两部分数据通过第二FFT模块（3217）进行视频转换后送入平方和运算模块（3218）进行平方和运算，运算结果经第二信号累加模块（322）逐帧累加后输入上述DSP电路（4）中的细化频谱分析模块（43）进行局部频谱分析；DSP电路将同一时刻全局频谱分析模块（41）得到的特征频率粗测值和细化频谱分析模块（43）得到的特征频率精测值输入综合分析模块（44），并将综合分析得到的精确特征频率输出值输出到解算速度模块（45）综合解算出精确速度，并将精确速度输出值输送到显示组件（5）。
2.如权利要求1所述的相干测风雷达风速测量方法，其特征在于：Zoom FFT运算模块（321）中，复调制模块（3211）采用14位输入、16位输出的CORDIC IP来生成流水线结构的正弦和余弦信号； FIR滤波器（3212）设置归一化截止频率到0.05；降采样模块（3215）内设置两个相同的4096位内存模块，按照内存地址模8为0～7的顺序读取顺序写入内存的时域信号，对数据进行8次降采样，得到8组512点降采样数据，两个相同的内存模块交替工作在存/取状态，保证整个模块能够工作在流水线下，从而使全部数据均被充分使用，保证Zoom FFT能够与输入信号同步输出数据。
3.如权利要求1所述的相干测风雷达风速测量方法，其特征在于：FPGA电路（3）将数字时域信号同时进行全局时/频转换和局部细化时/频转换得到信噪比较高的全局频谱图和频谱分辨率较高的细化频谱图并行送入DSP电路（4），DSP电路（4）分析全局频谱图进行预测并反馈到FPGA电路（3），同时，DSP电路（4）综合分析全局频谱图和细化频谱图解算出精确速度，并输出到显示组件（5）。
4.如权利要求1所述的相干测风雷达风速测量方法，其特征在于：高速模数转换电路（2）将数字时域信号同时送入FPGA电路（3）的FFT累加模块（31）和Zoom FFT累加模块（32），两个模块同步并行将时域信号转换成不同形式的频域信号并逐帧累加。
5.如权利要求1所述的相干测风雷达风速测量方法，其特征在于：FFT累加模块（31）的第一快速傅里叶变换FFT模块（311）将时域信号转化为频域信号，其下连接的第一信号累加模块（312）对频域信号逐帧累加，累加304次后得到信噪比高的全局频谱图。
6.如权利要求1所述的相干测风雷达风速测量方法，其特征在于：Zoom FFT累加模块（32）的Zoom FFT模块（321）在局部将时域信号转化为频域信号，其下连接的第二信号累加模块（322）对频域信号逐帧累加，累加304次后得到信噪比高的局部频谱图。
7.如权利要求1所述的相干测风雷达风速测量方法，其特征在于：第一FFT模块（311）和Zoom FFT模块（321）运算点数均为512点，第一信号累加模块（312）和第二信号累加模块（322）的叠加次数均为304次。
8.如权利要求1所述的相干测风雷达风速测量方法，其特征在于：在时域信号经过FFT变换累加得到的全局频谱图的波形中，高速模数转换电路（2）将接收到的模拟时域信号进行量化处理后，以整型数据表达的数字时域信号，以每512个连续点为一组通过异步先进先出FIFO输送到FPGA电路（3）的FFT累加模块（31），在第一快速傅里叶变换FFT模块（311）的处理下进行时频转换，转换后的频域信号通过第一信号累加模块（312）进行累加，得到频谱分辨率为0.39%的全局频谱图信号。
9.如权利要求1所述的相干测风雷达风速测量方法，其特征在于：在时域信号经过Zoom FFT变换累加得到的细化频谱图的波形中，数字时域信号的信号波形在Zoom FFT累加模块（32）先后经过Zoom FFT模块（321）和第二信号累加模块（322）的处理后，得到频谱分辨率为
0.024%的细化频谱图。
10.如权利要求1所述的相干测风雷达风速测量方法，其特征在于：FFT累加模块（31）将自身计算得到的全局频谱图送入DSP电路（4）中的全局频谱分析模块（41）进行粗测评，得到特征频率粗测值，同时Zoom FFT累加模块（32）将自身计算得到的细化频谱图输入DSP电路（4）中的细化频谱分析模块（43）后，在上一时刻预测的本时刻特征频率值附近进行精测频，得到特征频率精测值，全局频谱分析模块（41）和细化频谱分析模块（43）同时将本时刻的特征频率粗测值和特征频率精测值输入综合分析模块（44），综合分析模块（44）通过分析本时刻输入的特征频率粗测值和特征频率精测值得到兼顾正确性和准确性的特征频率输出值；
最后，特征频率输出值通过解算速度模块（45）利用多普勒频移公式进行计算，得到当前的精确速度输出到显示组件（5）。
相干测风雷达风速测量方法
技术领域
背景技术
0.2%FS。测速精度与模数A/D采样频率负相关，因此需要降低数据采样率来提高测速精度，但由于激光与大气气溶胶作用产生的大气散射信号非常微弱，必须进行数百帧到数千帧的频谱图叠加以提高信噪比，因此需要保证一定的数据采样率，而且当激光相干测风雷达运用在飞机上进行空速测量时， A/D采样频率需要相应增加以适应扩展的速度包线，具体来说将由地基激光相干测风雷达所采用的100Msp/s～250Msp/s提升到400Msp/s到1Gsp/s，这时频谱分辨率会受影响，测速精度也将不能满足主机系统需求。一种解决方法是使用声光调制器或本机振荡器来实时改变多普勒频移频率，在较低的采样频率和FFT点数下实现较高的速度分辨率。然而这两种技术会引入额外的误差因子，并且需要其他空速测量方法提供基准空速信息。因此，需要寻找一种在现有航电计算资源承受范围以内的、在不提高FFT点数的情况下能够同时满足数据刷新率和频谱分辨率的信号处理方法。
发明内容
具体实施方式
3215进行降采样运算；经8次降采样得到的8组512点降采样数据送入实部和虚部信号分拆模块3216再分拆为实部和虚部两部分分别输入第二FFT模块3217，第二FFT模块3217将得到的输出数据送入平方和运算模块3218进行平方和运算，得到细化后的频谱信号，细化后的频谱信号输入第二信号累加模块322逐帧累加，逐帧累加304次后输出的信噪比较高的细化频谱图输入上述DSP电路4中的细化频谱分析模块43进行局部频谱分析，数字信号处理器DSP电路将全局频谱分析模块41得到的特征频率粗测值和细化频谱分析模块43得到的特征频率精测值输入综合分析模块44，并将综合分析得到高可靠的精确特征频率输出值输出到解算速度模块45，解算速度模块45通过高可靠的精确特征频率输出值解算出精确速度。
而Zoom FFT累加模块32的Zoom FFT模块321在局部将时域信号转化为频域信号，其下连接的第二信号累加模块322对频域信号逐帧累加，累加304次后得到信噪比高的局部频谱图。
其中，第一FFT模块311和Zoom FFT模块321运算点数均为512点，第一信号累加模块312和第二信号累加模块322的叠加次数均为304次。
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