基于最优型确定性测量矩阵的振动信号数据压缩采集方法

针对目前机械振动信号频带越来越宽,依据奈奎斯特采样定律进行数据采集时,会得到海量的振动数据,对存储、传输和处理带来困难的问题,结合压缩感知理论,提出了一种基于最优型确定性测量矩阵的振动信号数据压缩采集方法。该方法的核心内容为测量矩阵的设计:以托普利兹(Toeplitz)矩阵为基础,建立正交对称托普利兹(Orthogonal Symmetric Toeplitz, OST)测量矩阵模型;为了降低测量矩阵与稀疏基之间的互相干性,应用阈值迭代收缩算法对该矩阵进行迭代,得到改进的OST矩阵;为了提高OST矩阵自身列独立性,采用奇异值分解(Singular Value Decomposition, SVD)算法继续优化OST矩阵,从而得到最优型确定性矩阵。仿真实验结果显示,提出的最优型测量矩阵与Toeplitz矩阵、高斯矩阵及优化前的OST矩阵相比,在重建振动信号时,重建精度较高,并且易于工程实现。     

压缩感知理论及其应用

信号采样是模拟的物理世界通向数字的信息世界的必备手段。多年来,指导信号采样的理论基础一直是著名的Nyquist采样定理,但其在采样过程中产生的大量数据浪费了存储空间,而在压缩过程又会丢弃大量采样资源。压缩感知（Compressed Sensing）提出一种新的采样理论,它能够以远低于Nyquist要求的采样速率采样信号。本文详述了压缩感知的基本理论,着重介绍了信号稀疏变换、观测矩阵设计和重构算法三个方面的最新进展,并介绍了压缩感知目前有待解决的几个关键问题,最后举例说明压缩感知理论在各领域的应用。     

气体泄漏声源的时域压缩波达方向估计研究

针对现有压缩感知算法中对模拟信号压缩采样的不足以及传统测量矩阵存储量和计算量大等问题,提出一种基于模拟信号时域压缩的波达方向(DOA, Direction Of Arrival)估计算法,并应用于气体泄漏声源方位估计研究。首先建立气体泄漏声源DOA估计模型,然后设计一种直接非均匀随机欠采样方案,并构造相对应的形式简单的等效测量矩阵,实现对模拟声源信号的直接压缩采样,避免了传统测量矩阵数据量大及计算复杂度高等问题,最后采用子空间追踪算法进行重构,实现了较快的计算速度和较高的重构精度。理论分析和实验表明,该算法能成功实现气体泄漏声源的DOA估计,且在显著降低信号采样率和计算复杂度的同时,实现了较高的估计精度和分辨率,估计性能更佳。     

面向桥梁结构健康监测的压缩感知动力响应信号重构

为了解决桥梁结构健康监测中采集海量数据带来数据传输和存储成本大的问题,引入压缩感知理论,优化常规观测矩阵,以增加观测矩阵和稀疏基的不相关性,用少量的动力响应信号采样数据恢复较为准确的原始信号。用吉安大桥的现场环境振动试验数据验证了基于压缩感知的桥梁动力响应重构方法的可行性和有效性。研究结果包括：压缩感知重构信号在时域里与原始信号吻合良好,当压缩比在 20% 以上时,重构信号相对误差在 10% 以下,优化观测矩阵重构的信号精度高于初始观测矩阵重构的信号,尤其是在低压缩比情况下,有利于减少数据的采集量;观测矩阵优化后重构信号的频谱与原始信号的频谱更加吻合,频谱出现的几个峰值均能准确对应,相比之下,初始观测矩阵重构信号的频谱出现较多峰值的误判,且有些峰值未能识别;观测矩阵优化方法可以适用于随机高斯矩阵、伯努利矩阵和稀疏随机矩阵,具有较广泛的适用范围。研究结果表明基于压缩感知的桥梁结构动力响应信号重构方法是实现用少量采样数据恢复较为准确的原始信号的有效方法。     

基于改进SL0算法的MSFA模式多光谱图像去马赛克方法

针对MSFA模式多光谱图像去马赛克算法精度较低和计算复杂等缺点,利用压缩感知理论在信号恢复方面的优势,提出一种新的光谱图像去马赛克算法。采用随机模式的多光谱滤波阵列MSFA获得马赛克图像,通过将MSFA采样值等效为压缩感知理论中的感知矩阵采样所得数据,将去马赛克问题转化为压缩感知稀疏信号恢复问题,并利用多光谱图像的谱间相关性,给出基于压缩感知框架的多光谱图像去马赛克模型,最后采用改进的光滑0范数算法求解去马赛克问题,得到重构的多光谱图像。客观评价指标显示,该算法的峰值信噪比值相较于克罗内克压缩感知和组稀疏两种算法有明显提高;主观评价结果表明,该算法能有效减少重构图像中的锯齿现象,具有更好的视觉效果。     

高斯随机测量矩阵的研究

只要信号是可压缩的或在某个变换域是稀疏的,压缩感知理论便可在信号采样的同时对其进行高效的压缩,该理论中选择合适的测量矩阵对信号的获取和重建精度起着关键作用。文章通过阈值处理的方法在高斯随机测量矩阵中引入零元,形成一定稀疏结构的高斯随机测量矩阵,使得非零元个数减少到原高斯矩阵的1/2~1/16,甚至更少,有利于数据的存储和传输。仿真实验表明,优化后的测量矩阵不仅保证了信息原有的重建效果,而且降低了程序运行时间,使得信息的重建速度加快。     

求置换因子循环矩阵的极小多项式和逆的算法

本文引入了任意域上置换因子循环矩阵,利用多项式环的理想的Gr(?)bner基的算法给出了任意域上置换因子循环矩阵的极小多项式和公共极小多项式的算法,同时给出了这类矩阵逆矩阵的两种算法最后,利用Schur补给出了任意域上具有置换因子循环矩阵块的分块矩阵逆的一个算法,在有理数域或模素数剩余类域上,这一算法可由代数系统软件CoCoA4．0实现。     

基于公理设计的车间调度算法研究

车间调度问题是典型的NP难题,也是一种完全耦合的复杂系统.基于公理设计思想对车间调度系统进行了解耦设计,给出了相应的解耦思路及解耦矩阵,提出并实现了一种车间调度算法,并对算法的复杂性进行了分析.以实际车间生产调度作为研究对象,针对实际生产中零件紧急程度不一的情况,为待加工零件赋予不同的权值,并优先考虑调度加工工时较长的零件;采用以解耦设计为总目标,在满足约束条件的情况下,尽量优化压缩加工时间.对算法的复杂性进行了分析,该算法属于三次多项式复杂级,较优于一般的算法.通过2个实例计算和对比,验证了本算法的实用性和有效性.     

压缩传感-稀疏信号的采样与重构

介绍了一种新的信号处理方法-压缩传感,充分利用信号在变换域的稀疏结构知识进行信号的采样与重构。它包括三个要素:稀疏表示矩阵、非相干测量矩阵和重构算法。对时域和频域稀疏信号的采样与重构进行了仿真,并分析了信号长度、测量值、信号稀疏级和信噪比对重构误差的影响关系。     

基于蚁群算法的TSP问题求解

TSP问题是典型的非确定性多项式(non-deterministic polynomial,缩写NP)问题.NP困难问题即是指不存在一个多项式时间内的算法即可解决的复杂问题.而蚁群算法是一种用于解决此类复杂问题的新的启发式算法,它是通过信息素的积累和更新收敛于最优路径上.本文通过蚁群算法解决了30个城市之间的最短路径问题.     

Estimation of Parameters of Universal Distribution of Moments of Failure of Products

A method is proposed for estimating the parameters of a mixture of exponential and Weibull distributions for which the accuracy of preliminary estimates obtained by graphical analysis is refined in accordance with the criterion of maximum likelihood. The efficiency of the proposed method is supported by the results of statistical modeling.     

秒表检定的测量不确定度评定

介绍了用标准时间间隔发生器检定秒表时，测量结果不确定度分析和评定过程；讨论了测量不确定度的几个主要来源；通过一组实例，给出了秒表检定不确定度的分析和评定结果，该过程和结论可应用在对于计量标准进行相应指标的不确定度分析上，也可用于估计秒表检定本身的不确定度。     

空压机轴承箱蜗壳温度探头油封改造

由于空压机进气侧轴承箱蜗壳温度探头密封效果不好,使空压机及其后续管道受到油污染。后将温度探头的O形圈密封改为骨架油封,杜绝了轴承箱漏油问题。文章简介空压机的结构和技术参数,详细介绍了骨架油封的制作和优点。     

方波幅度的测量不确定度

介绍了用众数法评价方波幅度时的不确定度分析和评价过程；讨论了主要的不确定度来源，包括众数判别区间的影响、波形测量系统幅度测量误差的影响等等；给出了减小不确定度的主要措施，并结合一个实例，给出了方波幅度的不确定度评价结果。     

Calculation of the Heat of Combustion of Hydrocarbon Components of Fuels

Development is continued of the empirical method for the calculation of the heat of combustion of organic compounds and, in particular, of hydrocarbons of different structures by the additive scheme based on their chemical structure.     

水三相点复现的不确定度评定

水三相点是开尔文热力学温度的唯一基准点，也是ITS-90国际温标重要的定义固定点。因此，水三相点不确定度分析对整个温标的建立、温度量值传递起着至关重要的作用。近3年来，中国计量科学研究院研制出一系列高质量的水三相点容器，加强了水三相点的研究，为不确定度的分析提供了更为可靠的实验依据。同时，不确定度的分析也是客观评价新研制容器性能的一个重要指标。因此，根据实验结果对新研制容器所复现的水三相点进行了不确定度评定。评定结果表明，其扩展不确定度为0．16mK(k=2．69，P=0．99)。     

输入估计值的测量不确定度评定

本文所介绍的与1993年由ISO等7个国际组织联合发表的《测量不确定表示指南》（简称《指南》）完全一致，只是指南上的实用于物理测量的绝大多数领域，而本文介绍的仅适用于校准实验的测量。同时本文主要侧重于对输入估计值的A类测量不确定度和B类测量不确定度的评定的介绍，为输出估计值的测量不确定度评定奠定了良好的基础。     

鲍鱼壳珍珠层无机文石片的层状微结构研究

贝壳珍珠层是软体动物壳的最内层,经过若干世纪的自然进化,贝壳珍珠层形成了优良的微结构,并使贝壳具有了相当高的强度、刚度及断裂韧性.本文利用扫描电镜(SEM)观察了鲍鱼贝壳珍珠层的主要微结构特征,发现其是由层状的无机文石片和有机胶原蛋白质组成的生物陶瓷复合材料.根据发现的贝壳珍珠层层状微结构特征,建立贝壳珍珠层三维有限元模型,并用此模型分析了珍珠层的拉伸屈服极限与无机文石片拉伸屈服极限及其厚度的关系,研究表明珍珠层的屈服极限随无机文石片屈服极限的增加和无机文石片厚度的减小而增加.     

Assurance of the Uniformity of Measurements of the Power of Laser Radiation

On the basis of an analysis of the principle underlying the construction of standards and systems designed for reproduction of the unit of mean power and energy of laser radiation, it is shown that these standards consist of unified subsystems that carry the principal metrological load. By means of such a division, it is possible to realize a systems-engineering synthesis of standards with preassigned error. __________ Translated from Izmeritel'naya Tekhnika, No. 11, pp. 20–23, November, 2005.     

Assurance of the Uniformity of Measurements of Energy of Short-Pulse Coherent Radiation

Ways of creating unified automatized reference (calibration) and standard measurement equipment for the purpose of developing a subsystem for the assurance of the uniformity of measurements of the energy of short-pulse laser radiation are considered. __________ Translated from Izmeritel'naya Tekhnika, No. 11, pp. 24–28, November, 2005.