非均匀采样莫尔条纹信号的分析与处理

为了动态、实时地测量光电编码器在变速转动情况下的细分误差,提出了一种莫尔条纹信号的非均匀采样分析与处理方法。利用傅里叶级数原理构造了实际情况下的莫尔条纹信号方程,根据编码器在不同转速下的实时采样,揭示了莫尔条纹信号的非均匀采样特征。鉴于信号采样的非均匀性,采用曲线拟合的最小二乘法重构莫尔条纹信号,利用离散傅里叶变换算法分析重构信号并求出波形参数。通过信号参数与细分误差的关系式,测量了编码器动态细分误差。采用该方法对21位绝对式光电编码器莫尔条纹信号进行了分析和处理,两次测试得到其动态细分极值误差为+3.21″、-4.69″和+3.45″、-4.81″。实验结果表明,该方法可以有效地分析和处理编码器在非匀速转动下产生的变频莫尔条纹信号,精确地测量编码器的动态细分误差,为工作现场编码器误差的实时检测与修正奠定了基础。     

非同步采样下电力系统相量测量修正算法

非同步采样条件下,利用傅里叶变换进行相量分析将出现由频谱泄漏造成的误差。针对工频交流正弦信号中基波电压偏移且采样频率恒定而引起的非同步采样误差,推导了非同步采样下傅里叶变换结果表达式,建立了离散傅里叶变换相角与幅值的误差模型,得到相角和幅值误差与频率偏移量和采样初始相位角的函数关系,提出了基于基波正序分量法的相角与幅值修正算法。所提算法不需要对信号施加特殊的窗函数。仿真和实测结果表明,在基波频率波动剧烈、高斯白噪声存在、非同步采样程度较大的情况下,利用较少的计算量便可准确地获得信号的相角和幅值,适用于电力系统相量的高精度快速测量。     

基于最小二乘法拟合估计傅里叶望远镜的缺失分量

为了采用非均匀发射阵列的傅里叶望远镜清晰重构深空目标图像,提出了一种基于最小二乘法拟合缺失傅里叶分量的新方法。首先采用T型非均匀发射阵列作为傅里叶望远镜的激光发射系统,并对返回的时域信号进行直流滤波;然后,基于傅里叶望远镜的基本原理对信号进行解调并通过相位闭合得到三重积。采用最小二乘法对没有抽取的傅里叶分量进行拟合估计,作为连乘恢复单一傅里叶分量信息的基础;最后,进行非均匀傅里叶逆变换重构目标图像。在不同信噪比条件下对4个目标进行了数值模拟,并与简单估算方法进行了对比。结果显示:信噪比(SNR)为200db,采用7阶最小二乘法拟合估计时,重构图像细节分辨更为清晰,其斯特里尔比(Strehl)比衍射极限图像的斯特里尔比(Strehl)最高可提高0.074 2,最低可提高0.009 8。采用新方法对外场实验数据进行重构的结果表明:提出的方法克服了频谱偏差造成的重构图像失真,可为实际工程系统提供理论参考。     

基于非均匀快速傅里叶变换的正交频分复用水声通信多普勒估计与补偿方法

针对正交频分复用水声通信对多普勒频移敏感的问题,提出了一种基于非均匀快速傅里叶变换的正交频分复用水声通信多普勒估计与补偿算法。将第2类非均匀快速傅里叶变换引入正交频分复用水声通信中,利用非均匀快速傅里叶变换对接收信号进行多普勒因子网格补偿,通过稀疏贝叶斯学习获得水声信道估计,以水声信道的稀疏能量最小作为多普勒因子判断准则,从而获得高精度多普勒估计。仿真结果显示,所提出的方法在信噪比大于5 dB时,多普勒估计均方根误差优于1×10~(-5),同时系统误码率随着多普勒估计均方根误差减小而降低。海上试验结果显示,利用本文所给多普勒估计方法获得的两船相对径向速度与实际情况相吻合,系统解码后的平均误码率优于8.33×10~(-4)。仿真和海上试验结果表明,所提出的算法能够对多普勒因子进行有效估计,并且降低系统误码率。     

非均匀采样信号重建的一种直接方法

利用Toeplitz矩阵和循环矩阵的性质,对非均匀采样信号提出了一种直接的重建方法,该方法可以直接利用离散傅立叶变换,不需要迭代,并且可以实时进行.仿真结果表明该算法是有效的.     

用非均匀采样实现谐波的高精度分析

信号的谐波分析一直是信号处理的基本方法之一。通过对国内外一些提高谐波分析精度的有效方法的研究,从傅里叶算法的基本原理出发,提出了一种新型的谐波分析方法,可以在不增加硬件设备及采样数据的前提下,利用双速率采样的非均匀序列,简单有效地提高谐波分析的精度。计算机仿真证实了该方法的有效性。     

采样定理的拓展--一种新的非均匀采样规则

由于采样定量用来指导采样时段内信号的均匀采样（或重采样），但在实际中需要进行磋均匀采样，因此提出了一种新的非均匀采样规则，即让短时采样频率大于等于2倍的信号短时最大频率，以指导非均匀采样（或重采样）。经用两个仿真信号验证说明，非均匀采样的数据用样条插值恢复只有很小的数值误差，说明该规则是可行的，并将它与传统的非均匀采样定理做了比较，指出了它面向时变信号采样的特点。     

基于傅里叶变换的三维表面重构

零件的表面形貌对机械性能有重要影响。由于实测的表面包含噪声,不适于分析,需要对表面进行重构。离散傅里叶变换可以把时域的数据转化到频域内,通过分析幅-频分布,可以确定表面信息。本文以傅里叶变换为基础,提出了一种根据高度参数进行表面重构的方法。     

时栅角位移传感器的误差补偿及参数辨识

基于正弦函数和快速傅里叶变换提出了一种误差补偿及参数辨识方法,用于提高时栅角位移传感器的测量精度和标定效率。使用激光干涉仪对时栅角位移传感器的误差进行标定,在整周采样36个对极点和对极内采样240个点。通过对标定的误差数据进行分析,由此提出一种基于傅里叶级数变换的误差补偿模型,在对极点对8个参数与对极内20个参数分别进行参数辨识。实验结果表明:补偿后时栅角位移传感器的测量误差减小为原误差的1/38.4,显著地提高传感器的测量精度和标定的效率。     

非均匀采样对信号有效值测量影响的分析

本文分析了采样信号的非均匀性对于有效值测量的影响,推导了非均匀采样信号在时域与频域上的能量对应关系,得出了利用非均匀采样序列计算信号的有效值收敛于真值的条件,仿真结果验证了理论的正确性。     

衍射光栅刻划机微定位系统控制器设计

针对衍射光栅刻划机开环控制的定位精度不能满足指标要求的问题,在刻划机已有的状态和结构下,设计了微定位系统的控制器。首先,介绍了衍射光栅刻划机,分析了微定位系统及其定位精度指标。然后,运用系统辨识的方法,设计了微定位系统的扫频实验,建立其数学模型。接着,提出了在已有数学模型的基础上,运用实际测量数据和MATLAB/Simulink软件仿真试凑来设计控制器的方法,并设计了满足精度指标要求的控制器。最后,将设计的控制器应用于微定位系统并进行模拟刻划实验,实验结果可知:所设计的微定位系统控制器定位精度基本满足指标要求,其中峰-峰值小于40 nm,RSM值总体略大于2.8 nm。     

光栅机分度误差的实时测量与研究

本文提出了对光栅分度误差进行实时测量的方法。文中阐述了这一方法的原理和实现过程。根据实际测量结果对机器进行了精细调整,并对测量数据进行分析,给出了光栅机的分度精度,同时根据Stroke理论应用Fourier变换方法分析了分度误差对光栅谱线产生的影响,实践证明,用运算法得到的谱线与用光谱法得到的谱线基本一致。     

基于时频奇异谱和RVM的柴油机故障诊断研究

提出一种基于双树复小波包时频奇异谱和关联向量机的柴油机故障诊断方法,针对连续小波时频分布计算量大,分析速度慢,运用双数复小波包分解提取柴油机缸盖振动信号中的时频分布特征,并进行奇异值分解,结合柴油机运行的时域特点,通过特征优选,形成组合特征集,输入关联向量机多类分类器,从而实现柴油机的故障诊断.试验结果表明,该方法分析...     

THEORY AND APPLICATION OF WAVELET ANALYSIS INSTRUMENT LIBRARY

Some new theory and algorithms on wavelet analysis are proposed, including continuous wavelet transform (CWT), discrete wavelet transform (DWT), wavelet package transform (WPT), wavelet denosing and mother wavelet selection, etc. Using the component-based hierarchy mode, the platform for virtual instrument (VI) is constructed, and the functions such as data sampling, data analysis and data present, etc are provided. Subsequently, the wavelet analysis library is designed and developed. The library consists of expert system, experienced database, development platform and abundant wavelet analysis functional module, which together implement general and special wavelet analysis in the field of mechanical engineering, energy source, transportation and biomedicine, etc. Finally, the wavelet analysis virtual instrument library is applied to detect fault called engine knock. Experimental result indicates that the wavelet analysis virtual instrument library can efficiently solve the engineering problem such as detecting engine knock.     

基于图像清晰度检测的光栅刻划平台调平装置

针对制备衍射光栅时刻划平台倾斜导致的光栅槽型误差,提出了一种基于图像清晰度检测与电动倾斜台调节的光栅刻划平台在线调平装置。建立了图像清晰度与光栅刻划平台倾角间关系的模型,应用该模型,控制光栅刻划平台在一定范围内实现了闭环动态调平。对上述理论研究进行了试验验证。试验结果表明,该调平装置简单可行;对于50mm×50mm的光栅毛胚,调平装置可控制刻划平台的水平倾角在4″以内,满足光栅刻划对平台定位精度的要求。该装置既可用于刻划前的调平准备,也可推广应用于光栅刻划过程中的实时检测。     

基于LabVIEW的光纤傅里叶变换光谱仪数据处理技术

为了提高编程效率与增强光谱仪数据分析处理能力,结合LabVIEW软件在信号处理方面的优势,利用虚拟仪器技术实现了光纤傅里叶变换光谱仪干涉图处理与光谱复原。采用均匀抽样算法,利用由光纤Mach-Zehnder干涉仪输出的参考光干涉图过零点取样,实现对测试光干涉图的等光程间隔采样,消除了由压电陶瓷非线性光程调制引起的误差。采用求摸法复原出光谱图,自动消除了相位误差。利用LabVIEW软件完成了对宽带ASE光源的干涉图数据采集、显示与处理并最终得到光谱图。结果表明,与光栅光谱仪测得的光谱相比,光谱线型趋于一致。     

大型衍射光栅刻划机拉杆结构的分析与改进

由于大型衍射光栅刻划机刻划系统的双拉杆结构不能使其满足精度指标要求,本文设计了一套单拉杆结构。讨论了石英导轨分度方向弯曲误差产生的原因及其减小该误差的方法,分析和比较了两种拉杆结构的鞍型滑块的受力情况。基于材料力学弯曲变形理论,建立了石英导轨分度方向弯曲误差模型。在该模型的基础上仿真了双、单拉杆结构下刻划系统的石英导轨在分度方向上的弯曲变形误差。最后,使用双频激光干涉仪对石英导轨上的两个特征测量点进行了测量。测量结果显示:改进后的拉杆结构使得石英导轨在两特征测量点处的位移误差由50.36nm降低到小于10nm,满足大型衍射光栅刻划机刻划系统在分度方向上5~10nm的精度指标要求。     

基于应变梯度理论的光栅铝膜本构关系表征及纳米压痕实验

基于应变梯度理论,提出了一种玻璃基底光栅铝膜本构关系的表征方法。建立了包含基底参数和铝膜参数的本构关系数学模型,并逐一表征了相关参数。进行了79g/mm中阶梯光栅铝膜的纳米压痕实验,验证了上述本构关系表征过程的正确性。提出了光栅薄膜材料和基底材料都具有尺度效应的假设,并应用纳米压痕实验对铝膜的尺度效应和基底效应进行了实验表征。对光栅铝膜压痕实验与含基底压深实验的结果进行了比较,结果显示,在有无基底条件下,压痕结果在应力方向上相差0.8倍,在应变方向上相差3倍。进行了光栅刻划实验,结果显示压痕实验对刻划实验具有重要的指导作用。研究过程及研究结果表明:理论分析和两种实验可有效地分析光栅刻划过程,有助于在实际光栅刻划过程中减小误差,对光栅刻划的工艺过程具有较好的理论指导意义。     

压缩感知技术研究及应用

随着信息需求的提高,在超宽带信号处理领域中,奈奎斯特(Nyquist)采样所需硬件成本昂贵、采样获取效率低,且对数据存储先提取后压缩再传输,造成大量资源浪费。压缩感知(Compressive Sensing,CS)把采样和压缩放在一起进行,若信号在某个域上是稀疏的、压缩的,就可以低于奈奎斯特采样频率进行采样。对n维的离散信号取其中少数一些值处理,在接收端采用一些算法进行恢复。本文引入了压缩感知技术以降低系统对采样速率的要求,基于CS理论,介绍了CS三个关键技术:信号稀疏表示、测量矩阵设计、压缩感知重构算法,以及CS技术在具体领域中的应用。     

傅里叶变换与小波变换的统一数学模型

提出了建立信号变换统一数学模型的设想,阐述了这一设想的意义;提出了域参变量、域参函数等概念;探索并建立了傅里叶变换(短时傅里叶变换)与小波变换统一数学模型的普通形式和广义形式,绘出了统一数学模型的流程图,给出了统一数学模型的物理意义;给出了傅里叶变换、短时傅里叶变换与小波变换在统一数学模型中的各参量和参变函数的取值。