水流场的声学散射信号的模拟仿真文献综述

1. 文献综述（或调研报告）：

声学多普勒流速剖面仪（ADCP）是一种利用声学多普勒效应测量水流剖面流速的仪器，它有3个或者4个水声换能器，互相形成一定的夹角。每个换能器能够发射和接收声信号。因此，ADCP系统能够利用多普勒效应来测量流速。

上世纪60年代，美国科学家开始将多普勒原理应用到水流测速。经过几十年的努力，多普勒测量水流流速的方法已经得到科学家的认可。1976年，美国的LReiger和.RPinkei两位海洋学家合作，研究出ADCP-4400多普勒剖面测量仪，这是世界上第一台真正意义的商用多普勒剖面测量仪。

上世纪七十年代，F.D.Rowe研制的第一台ADCP采用三维矢量合成的方法，实现了三维剖面流速的测量，计算机通过仪器接口输出到终端处理器。80年代，微型处理器的快速发展为ADCP提供了非常关键的部分，使信号处理和数据计算速度更快，频率的计算方法由原来的频率跟踪技术改为自相关法。

近年来欧美等发达对海流测量越来越重视，为海洋智能ADCP的开发提供了巨大科研资金和技术支持。并在上世纪90年代已开发出可靠、稳定的ADCP设备。如何开发实用、稳定的ADCP产品也是我国近几年来研发的重点。

目前，我国在该领域的研究尚处于试验验证阶段，ADCP产品的市场占有率并不高。随着国内对ADCP研发的发展与进步，有关ADCP校准以及水回波建模仿真技术上，也出现了一些比较创新的方案。除了在水流或海洋等实际环境中对ADCP进行校准外，出于对校准实验成本和效率的考虑，国内部分高校和机构对无水环境下ADCP的校准和测量设备开展了研发。

2012年哈尔滨工程大学的张殿伦、石慧等人设计了一款基于DSP的多普勒计程仪半实物仿真系统，该系统以DSP芯片为核心，利用直接数字频率合成技术对接收到的ADCP发射信号进行延时、频率偏移等处理以产生用ADCP校准的回波。该系统能快速产生校准回波，具有反应灵敏、高速的特点。但也存在一定局限，比如其输出频率不会特别高，在校准系统的灵活性上欠佳，改变多种参数进行校准时效率相对较低。

在高校之外，中科院声学所的景永刚、陈梦英等采用PXI机箱，利用虚拟仪器设计了一套专用校准仪，系统可产生八通道的模拟回波电信号、可模拟产生船只运动的姿态和速度信息以及环境噪声提供给设备进行调试和测试。该系统灵活、可扩展性高。缺点则是无法直接产生声信号用于换能器之间的直接对接调试。

除了上述两例外，国内对ADCP校准系统和水回波建模仿真的研发也在不断进行：浙江工业大学的蒋磊以及杭州应用声学研究所的金峰设计了基于FPGA的海底回波信号模拟器；海军工程大学的黄雄飞、苑秉成等同样设计研发了一款基于PXI的多普勒计程仪陆上仿真器；中科院声学所的彭东立以及杭州电子科技大学的马修准都对宽带多普勒计程仪的水层建模进行了研究。可以看到，除了传统的在河流和海上对ADCP进行试验校准外，国内学者基于不同的技术和原理设计出了多种用于在陆地上对ADCP进行直接校准的系统，极大的提高了用于对ADCP进行校准和测试的效率、同时降低了成本。