为满足高动态环境下的激光多普勒测速仪信号处理需要，提出了一种基于现场可编程门阵列（FPGA）的激光测速仪信号处理方案。在FPGA内部完成全部信号处理的内容，利用快速傅里叶变换（FFT）算法得到信号的频谱，利用能量重心法对离散频谱进行校正，开发采样频率自适应算法，兼顾测量准确度与测量范围的要求，最后将结果通过通用串行总线上传个人计算机显示。程序采用流水线方式设计，提高信号处理速度。经过实验验证，数据更新率达到2.4~24 kHz, 数据延迟时间为123~1230 μs，测量准确度优于8×10-4，测量稳定度优于2.5×10-7。

由于多普勒信号处理技术在整个激光多普勒测速(LDV)系统中起到关键作用, 针对仅利用快速傅里叶变换处理多普勒信号存在精度低的问题, 频谱校正方法的研究显得十分必要。通过阐述比值法、能量重心法和相位差法三种离散频谱校正方法的基本原理和仿真实验, 表明三种方法均可使校正频率更加接近真实值。考虑到算法的复杂度和抗噪性能等因素的影响, 选用了能量重心法对实测多普勒信号进行频率校正, 且校正效果明显。

在激光多普勒测速仪中,为了减小由信号处理算法带来的测量误差,提出运用频谱校正算法对多普勒信号的频谱进行校正,详细阐述了能量重心法、比值法和相位差法3种离散频谱校正算法的基本原理,运用这3种算法对理想正弦信号进行仿真,并运用比值法对信号施加不同频率和信噪比的噪音下的正弦信号和实测的多普勒信号进行仿真及实验研究。结果表明:3种算法都可以使信号的频率更接近于真实值,其中能量重心法校正精度相对较低,比值法和相位差法精度较高,尤其是比值校正算法处理速度更快,校正的精度基本不受信噪比的影响。将比值法运用于激光多普勒测速系统,与光接收计数法测量结果进行比较,结果显示:校正后比较正前激光多普勒测速仪测量相对精度提高了2～3倍。

介绍了光谱相位相干电场重构法（SPIDER）信号处理的原理，提出一种基于离散频谱校正的SPIDER信号处理改进方法，该方法可克服采样速率不足带来的信号处理误差。试验发现：在无噪声情况下，当取的校正点数足够多，基本可以达到无偏校正；而在有噪声的情况下，应适当选取校正的点数，来增强抗噪性能。该方法能在信噪比较差的情况下，得到时间延迟τ。经过仿真计算，在光谱仪最小分辨率和测量范围的限制情况下，该方法能够突破该限制在时谱上造成栅栏效应，大大提高SPIDER中时延参数的测量精度。该方法实现简单，精度高，抗噪性能好，无需改动设备就能提高系统精度，可广泛应用于SPIDER技术中。