一种基于混合基FFT的激光多普勒测速仪测速方法.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN114578093A(43)申请公布日2022.06.03(21)申请号202210233733.4(22)申请日2022.03.10(71)申请人中国计量科学研究院地址100029北京市朝阳区北三环东路18号中国计量科学研究院(72)发明人崔骊水张育闻李春辉(74)专利代理机构北京慕达星云知识产权代理事务所(特殊普通合伙)11465专利代理师李冉(51)Int.Cl.G01P5/26(2006.01)G06F17/14(2006.01)G06F17/16(2006.01)权利要求书2页说明书8页附图1页(54)发明名称一种基于混合基FFT的激光多普勒测速仪测速方法(57)摘要本发明公开了一种基于混合基FFT的激光多普勒测速仪测速方法，包括：按照预设采样间隔采集模拟光电信号，并进行预处理，得到离散多普勒信号序列；将离散多普勒信号序列依次分解为较短的子序列；构造DFT迭代过程的三项变量因子矩阵；三项变量因子矩阵为：输入序列矩阵、系数旋转因子矩阵和DFT旋转因子矩阵；基于三项变量因子矩阵对子序列进行DFT的逐层迭代计算，得到多普勒信号序列幅值频谱及其最大值，并求出频谱最大值的主频序号；根据频谱最大值的主频序号依次计算多普勒频率和最终流体速度。本发明可以有效化简复数运算，提高运算效率与实时性，有利于实现现场在线测量。CN114578093ACN114578093A权利要求书1/2页1.一种基于混合基FFT的激光多普勒测速仪测速方法，其特征在于，包括：按照预设采样间隔采集模拟光电信号，并进行预处理，得到离散多普勒信号序列；将所述离散多普勒信号序列依次分解为较短的子序列；构造DFT迭代过程的三项变量因子矩阵；所述三项变量因子矩阵为：输入序列矩阵、系数旋转因子矩阵和DFT旋转因子矩阵；基于所述三项变量因子矩阵对所述子序列进行DFT的逐层迭代计算，得到多普勒信号序列幅值频谱及其最大值，并求出频谱最大值的主频序号；根据所述频谱最大值的主频序号依次计算多普勒频率和最终流体速度。2.根据权利要求1所述的一种基于混合基FFT的激光多普勒测速仪测速方法，其特征在于，第m层DFT的表达式为：其中，Xm表示第m层的输出序列矩阵，表示第m层的DFT旋转因子矩阵，Xm‑1表示第m层的输入序列矩阵，表示第m层的系数旋转因子矩阵。3.根据权利要求2所述的一种基于混合基FFT的激光多普勒测速仪测速方法，其特征在于，将所述离散多普勒信号序列依次分解为较短的子序列，包括：将所述离散多普勒信号表示为N点序列x(n)形式，即x(0),x(1),…,x(N‑1)；将N进行质因数分解，分解为N＝r1r2…rL，其中，r1,r2,…,rL为L个从小到大依次排列的质数，用分解的L个质数作为混合基，将任意小于N的十进制非负整数表示为多基多进制形式。4.根据权利要求3所述的一种基于混合基FFT的激光多普勒测速仪测速方法，其特征在于，第m层输入序列矩阵Xm‑1的构造过程为：设Xm‑1最初为N维向量，对N进行质因数分解后，所述离散多普勒信号序列由N维向量变为Xm‑1(kL‑1,kL‑2,…,kL‑m+1,nL‑m,…,n0)的L维矩阵，运用降维规则将L维矩阵降维为二维矩阵；对降维后的二维矩阵进行DFT的迭代计算，输出二维矩阵Xm；对输出的二维矩阵Xm按照降维时顺序的逆序重新升维成新的L维矩阵Xm(kL‑1,kL‑2,…,kL‑m,nL‑m‑1,…,n0)，再按基顺序的逆序重新组合元素，构成N维向量，获得下一层的N维输入向量Xm。5.根据权利要求4所述的一种基于混合基FFT的激光多普勒测速仪测速方法，其特征在于，所述降维规则为：将L维矩阵Xm‑1的第m维元素Xm‑1(nL‑m),nL‑m＝0,1,…,rm‑1作为输入序列矩阵的第一列，rm表示第m个基；将剩下维数中的元素按基的逆序，即rLrL‑1…rm+1rm‑1…r1的顺序依次添加到矩阵的列；最终得到一个降维后的二维矩阵Xm‑1(nL‑m,(kL‑1…kL‑m+1nL‑m‑1…n1n0))。6.根据权利要求5所述的一种基于混合基FFT的激光多普勒测速仪测速方法，其特征在于，第m层的系数旋转因子矩阵由多个旋转因子子项的乘积组成，其表达式为：2CN114578093A权利要求书2/2页其中，t＝1,2,…,m‑1，表示第m层系数旋转因子子项的个数，为旋转因子子项；rpara＝rm+1rm+2…rL；kpara为矩阵列数，0≤kpara≤N/rm‑1；为kpara的部分倒位序。7.根据权利要求6所述的一种基于混合基FFT的激光多普勒测速仪测速方法，其特征在于，的取值过程为：将剩余基表示为原基r1,r2,…,rm,…,rL去掉rm后形成的新基，可以表示为r1,r2,…,rm‑1,rm