【摘 要】
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超声液位探测方法在气象、水文和海洋等众多领域起着重要的作用,提高液位探测的精度具有重要的意义。针对狭小空间内超声波阵列结构受限、复杂反射回波的问题,研究多输入多输出（MIMO）超声探测系统的达波方向（DOA）联合估计方法,在此基础上开展非均匀超声阵列探测的研究。本文首先对MIMO超声阵列结构深入研究,主要分析阵列排布与虚拟阵元数量的关系,并基于相位中心近似原理形成虚拟阵元不重叠的非均匀MIMO超声
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超声液位探测方法在气象、水文和海洋等众多领域起着重要的作用,提高液位探测的精度具有重要的意义。针对狭小空间内超声波阵列结构受限、复杂反射回波的问题,研究多输入多输出（MIMO）超声探测系统的达波方向（DOA）联合估计方法,在此基础上开展非均匀超声阵列探测的研究。本文首先对MIMO超声阵列结构深入研究,主要分析阵列排布与虚拟阵元数量的关系,并基于相位中心近似原理形成虚拟阵元不重叠的非均匀MIMO超声阵列结构。然后,在狭小空间中,超声波的反射形成多径传播,会存在复杂的相关信号干扰,导致相邻发射信号之间相关程度和不同发射信号的互相关程度较高,为了解决DOA估计时由于信号相关而导致空间分辨率低的问题,采用矢量奇异值的方法,对信源最大特征值对应的特征向量进行矩阵重构,提高了对相干信号的估计精度。最后,针对超声波回波信号准确估计问题,采用一种基于MUSIC算法的DOA与时延估计方法,此方法利用了两个一维的空域S-MUSIC和一个一维的T-MUSIC算法并结合了时域滤波和空域滤波技术。与传统算法相比此方法能高分辨的估计出信号的DOA与时延,并且具有良好的抗噪声性能。通过仿真实验来验证该DOA与时延联合估计方法在液位测量中的应用,结果表明在对动态液位的检测时,此方法相较于超声相控阵方法在测量精度上有所提升。同时,对影响测量精度的因素也进行了实验分析,进一步表明了本文的方法在不同条件下的测量性能。
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