基于超声散射的线性调频液位回波信号仿真

系统仿真学报 ›› 2015, Vol. 27 ›› Issue (12): 2873-2877.

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基于超声散射的线性调频液位回波信号仿真

李鹏^1,2,3, 沈孝龙^1,2,3, 钱银^1,2,3

1.南京信息工程大学电子与信息工程学院,南京 210044;
2.南京信息工程大学江苏省气象探测与信息处理重点实验室,南京 210044;
3.江苏省大气环境与装备技术协同创新中心,南京 210044

收稿日期:2014-12-17 修回日期:2015-05-28 出版日期:2015-12-08 发布日期:2020-07-30
作者简介:李鹏(1966-),男,山东淄博,博士,副教授,硕导,研究方向为信号与信息处理,超声成像与检测。
基金资助:
国家自然科学基金 (41075115); 江苏省高校自然科学研究计划(10KJB510012); 江苏高校优势学科Ⅱ期建设工程项目

Simulation Method of Ultrasonic Signal Echo From Measured Liquid Level

Li Peng^1,2,3, Shen Xiaolong^1,2,3, Qian Yin^1,2,3

1. College of Electronic and Information Engineering, Nanjing University of Information Science and Technology, Nanjing 210044, China;
2. Jiangsu Key Laboratory of Meteorological Observation and Information Procession, Nanjing 210044, China;
3. Jiangsu Collaborative Innovation Center on Atmospheric Environment and Equipment Technology, Nanjing 210044, China

Received:2014-12-17 Revised:2015-05-28 Online:2015-12-08 Published:2020-07-30

摘要/Abstract

摘要： 根据超声散射理论,提出一种超声液位回波信号的仿真方法。结合流体边界层理论,将液面划分气相、液相、气体滞留层和液体滞留层4层结构;每层相态又被划分为许多小散射子,散射强度依据含水浓度设定。液面回波信号即为所有散射子的散射信号之和。完成线性调频波液面回波信号仿真后,与相同参数条件下的实际信号进行比对,从波形、时域和频域参数及估计液位等方面,都证明了所提仿真方法可行有效。该方法同样适用于其他发射波形的液位仿真。

关键词: 超声, 液位测量, 线性调频波, 信号仿真

Abstract: Based on the ultrasonic wave scattering theory, a simulation method for the ultrasonic signal echo from liquid level was proposed. According to the fluid boundary-layer theory, the liquid level was divided into a four-layer structure, including liquid phase, gas phase, and liquid and gas stagnant layer. Furthermore, every phase was divided into lots of small scatters, and their scattering intensity was set on the basis of the concentration of water molecule. Thus, the echo signal was the sum of reflecting signals from all scatters. Besides, the simulated signal was compared with the real one with the same system parameter settings. The uniformity of waveform time and frequency parameter, and estimated level can demonstrate the feasibility and effectiveness of the proposed method. And, the proposed simulation method can also be suited to other transmitting waveform.

Key words: ultrasound, liquid level measurement, linear frequency modulation, signal simulation

中图分类号:

TB551

李鹏, 沈孝龙, 钱银. 基于超声散射的线性调频液位回波信号仿真[J]. 系统仿真学报, 2015, 27(12): 2873-2877.

Li Peng, Shen Xiaolong, Qian Yin. Simulation Method of Ultrasonic Signal Echo From Measured Liquid Level[J]. Journal of System Simulation, 2015, 27(12): 2873-2877.

参考文献

[1] Zhang M, Li S. A method of the untouched ultrasonic liquid level measurement with high precision [C]// International Conference on Computer Application and System Modeling. USA: IEEE, 2010: V7-144-V7-147.
[2] 赵正敏, 李洪海. 超声波TOF的递推相关估计[J]. 仪器仪表学报, 2010, 31(12): 2689-2694.
[3] 任新涛, 张宏伟, 田蛟. 等. 雷达信号处理技术及仿真[J]. 现代电子技术, 2012, 35(3): 8-10.
[4] 刘志红. 声辐射预估理论及其应用程序 [D]. 青岛:青岛理工大学, 2010, 12: 32-36.
[5] L Yun, L Xiaoping.The viscous resistance calculation for the trimarans based on boundary layer theory[C]// Proc. Int. Conf. Optoelectron, Image Process,(ICOIP). Haikou, Hainan, China: International Conference on Optoelectronics & Image Processing, 2010, V2: 657-661.
[6] JA J.A model for the propagation and scattering of ultrasound in tissue[J]. Journal of the Acoustical Society of America (S0001-4966), 1991, 89(1): 182-190.
[7] Mahafza B R, Elsherbeni A Z.雷达系统设计MATLAB仿真 [M]. 朱国富, 黄晓涛, 黎向阳, 等译. 北京: 电子工业出版社, 2009, 10: 168-170.
[8] Peng Li, Yulei Cai, Xiaolong Shen, et al. An accurate detection for dynamic liquid level based on MIMO ultrasonic transducer array[J]. IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement (S0018-9456), 2015, 64(3): 582-595.
[9] 王银娟. 基于Barker编码发射的MIMO超声测量方法及误差分析 [D]. 南京: 南京信息工程大学, 2014.
[10] B Barshan, R Kuc.A bat-like sonar system for obstacle localization[J]. IEEE Trans. Educ (S0018-9472), 1992, 22(4): 636-646.
[11] 蓝标. 高精度气介式超声波水位计的设计[J]. 水利信息化, 2012, 1(2): 53-56.
[12] 郑力文, 孙晓乐. 线性调频信号数字脉冲压缩技术分析[J]. 现代电子技术, 2011, 34(1): 39-42.
[13] 宿绍莹, 侯庆凯, 任艳, 等. 匹配滤波和去斜率脉压方法性能分析与比较[J]. 信号处理, 2011, 27(2): 202-206

[1]	李笑, 李树, 彭伟鸿, 关婷. 基于工质饱和蒸汽压的排尿助力系统建模仿真[J]. 系统仿真学报, 2021, 33(4): 927-934.
[2]	刘云钦, 李妮, 赵路明, 白金鹏, 李婷珽, 王晨光. 高超声速飞行器流热固耦合实时仿真技术[J]. 系统仿真学报, 2021, 33(12): 2820-2827.
[3]	凡永华, 皇甫逸伦, 郭晓雯, 李辰璐, 李国飞. 拦截临近空间滑翔目标的衰减记忆滤波中制导方法[J]. 系统仿真学报, 2021, 33(11): 2742-2752.
[4]	郭业才, 季晓星. 基于稳健Capon波束形成的合成孔径超声成像算法[J]. 系统仿真学报, 2019, 31(8): 1646-1652.
[5]	刘晓岑, 吴云洁, 徐鹏. 考虑输入饱和的高超声速飞行器姿态控制[J]. 系统仿真学报, 2019, 31(11): 2553-2561.
[6]	王艳, 秦琛, 刘建国, 彭水平, 李德蔺. 变超声振动方向的平面磨削磨削力仿真及试验验证[J]. 系统仿真学报, 2018, 30(8): 3161-3169.
[7]	胡继文, 孙佳娜. 超声场中凹球面内受束微泡的动力学行为研究[J]. 系统仿真学报, 2018, 30(3): 880-885.
[8]	李海林, 张斌, 吴德伟, 卢虎. 一种高超声速飞行器组合导航故障检测方法[J]. 系统仿真学报, 2017, 29(8): 1809-1814.
[9]	玉姣, 聂二伟, 朱艳英. 超声剪切波成像对肝脏裂伤的仿真检测[J]. 系统仿真学报, 2017, 29(4): 775-783.
[10]	陶超. 基于高斯伪谱法的高超声速飞行器轨迹优化与跟踪控制[J]. 系统仿真学报, 2017, 29(4): 865-872.
[11]	高莲, 张榆锋, 阎金娥, 李支尧, 章克信, 熊敏, 韩素雅. 基于解析速度仿真动脉瘤超声多普勒血流信号[J]. 系统仿真学报, 2017, 29(12): 2972-2979.
[12]	刘燕燕, 马世伟. P91钢高温热损伤的非线性超声评价的有限元仿真[J]. 系统仿真学报, 2015, 27(9): 1967-1975.
[13]	陈红永, 范宣华, 王柯颖, 方叶, 肖世富. 基于大规模并行的高超声速飞行器动力学特性仿真[J]. 系统仿真学报, 2015, 27(8): 1715-1720.
[14]	孙学功, 刘璟. 多物理场耦合仿真简化方法研究[J]. 系统仿真学报, 2015, 27(6): 1165-1174.
[15]	孙学功, 龚春叶. 高超声速飞行器并行仿真方法研究[J]. 系统仿真学报, 2015, 27(5): 948-958.

基于超声散射的线性调频液位回波信号仿真

Simulation Method of Ultrasonic Signal Echo From Measured Liquid Level

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