[发明专利]一种应用于激光多普勒测速仪的速度测量方法与系统

说明书

本发明公开了一种应用于激光多普勒测速仪的速度测量方法与系统，上述方法包括：通过激光多普勒测速仪采集被测物体的运动信号，并根据运动信号进行参数设置；根据设置的参数对运动信号进行滤波处理并分段，将每一段落的信号通过快速傅里叶变换转换到频域并进行频谱分析，获得各段落信号的频率搜索范围；通过设置的参数和频率搜索范围对段落内的信号进行小波变换，通过提取小波脊线获得每一段落信号的瞬时频率估计曲线片段；对每一段落的瞬时频率估计曲线片段进行拼接，通过时频信号重建得到被测物体的速度‑时间曲线。本发明利用小波变换对信号进行处理，结合快速傅里叶变换有效提高系统的时间分辨率和数据处理速度。

技术领域

本发明涉及速度与加速度测量领域，尤其涉及一种应用于激光多普勒测速仪的速度测量方法与系统。

背景技术

激光多普勒测量技术是以激光为信息载体，将一束激光照射到运动的目标物体上，通过探测其散射光相对于入射光的频率偏移，即多普勒频移，利用数据处理方法获得目标物体运动速度信息。激光多普勒测速技术具有非接触测量、不干扰目标运动、空间分辨率高、测量精度高和量程大等优点，已被广泛应用于军事、航空、航天、机械等多个行业。

傅里叶变换算法是目前常用的频域检测方法，但傅里叶变换得到的是整个时间轴上的频率信息，不能得到某个时间段上的频率信息，无法获得瞬态时间与频率的对应关系。因此通常采用短时傅里叶变换来改进这一缺点，但短时傅里叶变换因其窗口大小是固定的，不能随频率变化，缺乏时间局部化性质，只适用于频率波动小的平稳信号，对于频率波动大的非平稳信号的检测仍有局限性。

发明内容

本发明针对激光多普勒测速仪采用单一窗口长度对非平稳信号时频检测精度较低这一技术问题，提出一种应用于激光多普勒测速仪的速度测量方法与系统。

第一方面，本申请实施例提供了一种应用于激光多普勒测速仪的速度测量方法，包括：

数据采集步骤：通过激光多普勒测速仪采集被测物体的运动信号，并根据所述运动信号进行参数设置；

数据分段步骤：根据设置的所述参数将所述运动信号进行滤波处理并分段，并将起始段落作为当前段落；

快速傅里叶变换步骤：将当前段落中的信号通过快速傅里叶变换转换到频域并进行频谱分析，获得当前段落中信号的频率搜索范围；

小波变换步骤：通过设置的所述参数和所述频率搜索范围对当前段落中的信号进行小波变换，通过提取小波脊线获得当前段落中信号的瞬时频率估计曲线片段；

速度-时间曲线获得步骤：判断当前段落是否为最后一段；若否，则将当前段落的段数加一，并返回所述快速傅里叶变换步骤；若是，则对每一段落中信号的所述瞬时频率估计曲线片段进行拼接，通过时频信号重建得到被测物体的速度-时间曲线。

上述速度测量方法，其中，设置的所述参数包括：被测物体的速度检测范围、数据加窗长度、小波基函数、小波变换尺度因子的步长。

上述速度测量方法，其中，所述数据分段步骤还包括：根据所述被测物体的速度检测范围设计带通滤波器，通过所述带通滤波器将所述运动信号进行滤波处理。

上述速度测量方法，其中，所述数据分段步骤包括：

截取段数获得步骤：根据所述运动信号中的数据总点数与所述数据加窗长度计算所述运动信号的截取段数；

分段处理步骤：根据所述截取段数对滤波后的所述运动信号进行数据分段。

上述速度测量方法，其中，所述快速傅里叶变换步骤包括：

瞬时频率估计值获得步骤：通过在当前段落中信号的频域内求解频谱的模极大值对应的频率得到当前段落中信号的瞬时频率估计值；

频率搜索范围获得步骤：根据所述当前段落中信号的瞬时频率估计值确定所述当前段落中信号的频率搜索范围。