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声学多普勒流速剖面仪(ADCP)是现代水文测量中的常用仪器,主要用来测量河流和海流的流速。ADCP系统利用了声学多普勒效应,通过估计回波的多普勒频移计算出相应的流速。复杂的测量环境对回波信号的质量影响很大,严重影响了水流的估计精度。因此,本文针对ADCP测量环境,研究具有环境适应性的多普勒频率估计技术,提出了相应改进方法。具体工作如下:1.论文分析讨论了ADCP的多普勒测流原理、换能器阵型、水流分层原理、底跟踪方法等基本理论与方法,分析了常用的复自相关法多普勒频率估计方法,以及宽带测流等三种测流方式。2.在宽带测流方式和复自相关法多普勒频率估计的基础上,本文提出了基于复自相关峰间线性相位特性的多普勒频率估计方法,通过分析相位编码调制信号的复自相关峰间相位特性,推导获得了峰间相位最小二乘解。同时,针对相位最小二乘解的相位模糊问题,提出了基于频偏预估的相位解模糊方法。该方法利用频谱分析频域分辨率优于相位模糊区间对应频率长度的特性,通过FFT变换预估多普勒频率,实现相位解模糊。仿真分析验证了上述方法的有效性。3.本文分析了散射体分布等环境因素对测流回波信噪比等信号质量的影响,提出了基于变长脉冲信号的多普勒频率测量方法,通过交替发射长短脉冲信号,保证浅水层的空间分辨率,以及深水层的多普勒频率估计精度。同时,本文提出了分段信号加权平均多普勒频率估计方法,采用不同的加权方法平滑分段信号的多普勒频率,使得多普勒频率估计的标准差降低20%以上,有效提升了多普勒频率估计精度。仿真分析验证了上述两种方法的可行性。4.在基于TMS320C6678的核心DSP处理器和单片机MSP430F5359协处理器的硬件平台上,完成了算法软件开发。针对环境适应性频率估计计算量大的特点,设计了多线程并行计算方法,提升了数据处理的效率和速度。同时完成了系统的调试与验证。