供水管网泄漏定位研究与检测系统开发

在分析泄漏声波在管线中传播特性的基础上,根据自适应滤波时延估计与泄漏定位的原理,设计与实现了管网泄漏定位系统中的传感器及信号调理电路、数据采集与通信电路、数字滤波以及泄漏定位软件等,并进行了系统集成.在实现的系统中,传感器采集到的泄漏声信号被转换成12位数字量,通过通信端口读入计算机.为了得到准确的定位结果,对采集到的数据采用了选频段滤波、分时段时延估计、根据信号幅值的相对强弱进行抑制突发强干扰.现场试验与运行结果表明:系统硬件和软件流程运行正确,达到了设计的需求;泄漏定位结果误差小于0.5 m,能够满足实际测量的要求.     

基于小波变换时延估计的小管径超声测压研究

设计了液压系统小管径的超声波声循环测压方案,介绍了仪器的主要硬件组成:TMS320F2812 DSP、EPM7064SLC44 CPLD、电源及电源监控、复合探头、超声波发射/接收电路.针对传统时延估计的不足,采用基于小波变换的广义相关时延估计算法计算声时差.分析了系统程序中时差计算的过程,引入了温度补偿.实验表明:该方案能有效实现对信号的处理和声时差的测量,提高小管径的压力超声测量精度.     

基于PC平台的水下超声波测距系统研究

分析了传统超声波测距系统的缺点,结合实际运用,设计了一种基于PCI-1714硬件平台,通过高速采样,运用互相关时延估计的算法来确定回波到达时刻的水下超声波测距系统.在该系统的信号处理方面,引入了数字信号处理技术,通过对采样信号的互相关计算来估计回波信号的到达时刻;并给出了系统实现的组成框图和测距程序的流程图.在实验室条件下进行了实地测试,系统测量精度较高,这为水下微地形测量提供了新的手段.     

压缩感知改进探地雷达回波信号时延估计

针对探地雷达回波受环境及多径干扰而导致时延估计的精度和速度不满足应用需求的问题,提出了基于改进快速匹配追踪的时延估计算法,算法首先基于压缩感知理论对雷达探地回波进行稀疏分解和重构,以提高信号的信噪比,消除回波中强干扰信号对时延估计的影响,然后采用QR分解优化的快速正交匹配追踪对时延估计模型进行求解,降低基函数错选概率,提高模型收敛速度.仿真实验表明,算法能够有效均衡回波信号中强信号分量和弱信号分量,具有较高的回波时延估计精度.     

基于虚拟仪器的超声波高精度测时系统

提出了一种基于相位法测量超声波信号时间延迟的测量技术,建立了超声波信号飞行时间测量的数学模型。针对超声波测量要求响应速度快、单次测量精度高的要求,依据信号相位匹配原理对超声波信号时延估计的理论和方法进行了理论推导与仿真,得出基于相位法的时间测量精度受接收信号信噪比的影响。通过虚拟仪器平台的实验,表明该测量系统的信号传播时间测量具有ns级的测量精度。     

基于提升小波时延估计的气液两相流流速测量

利用双截面ERT系统测量气液两相流流速具有高实时性、非侵入测量等优势,并将流速测量问题转化为信号处理中的时延估计问题。由于气液两相流信号大多是非平稳的,因此利用传统互相方法计算时延会出现相关函数曲线多峰值现象,导致流速计算结果严重偏差。为提高流速测量的精度和稳定性,本文出了一种基于提升小波的时延估计算法。该算法基于基小波二次加权理论,利用改进阈值函数提升小波算法对源信号进行去噪,再通过形态学提升小波对互相关计算结果去噪,实现流速精确测量。     

供水管道泄漏定位中基于互谱的时延估计

供水管道泄漏时产生泄漏声波，根据泄漏声波到达安装在管道上的2个传感器的时间差可以估计泄漏位置。减小时延估计的方差必须对信号滤波以提高信噪比，但泄漏信号所在的频带是不能预先确知的。互谱相位谱和相干函数在频域上反映了2个信号的相关性，根据它们估计泄漏信号的频带、设定滤波器截止频率，在较低信噪比的情况下提高滤波效果及检测结果的置信度。实际检测结果表明，该方法减小了泄漏定位的误差。     

基于盲系统辨识的供水管网泄漏定位系统研究

管道长度作为已知参量是传统时延估计泄漏定位方法应用的前提,针对实际应用中长度较难测量或不能获得的情况,采用盲系统辨识方法估计泄漏信号传播信道响应函数,并从中提取源信号从漏点传播到采集点的时间信息,从而不依赖管道长度定位漏点.盲辨识中,采用overlap-save和相关函数配准原理构建代价函数,解决高阶信道估计和信道间的病态问题;采用遗传算法对多目标函数进行全局最优化,避免梯度算法收敛陷入局部最小点.基于虚拟仪器技术构建了整个定位系统,实现信号采集、存储、处理及检测信息显示等功能.应用表明,系统解决了管道长度未知情况下的漏点定位问题.     

基于四阶累积量的供水管道泄漏振动信号自适应时延估计

在相关高斯噪声干扰下,特别是在低信噪比时基于互相关的供水管道泄漏振动信号时延估计性能严重下降。因此,提出基于四阶累积量及递归最小二乘(RLS)自适应滤波的供水管道泄漏振动信号时延估计方法。首先,通过自、互四阶累积量分割信号频带,获得含有泄漏振动信号特征的一维切片;然后,引入可变步长的RLS算法,提高收敛速度;最后,利用RLS算法对上述一维切片进行迭代计算,分析滤波器权系数曲线及误差曲线得出时延估计结果。仿真与实验结果表明,该方法能够有效的实现供水管道泄漏定位:在低信噪比与相关高斯噪声背景下,互相关方法失效;与四阶累积量-互相关方法相比,所提方法的平均相对定位误差减少了2.56倍,标准差减小了1.736倍。     

一种新的基于DSP的声时延估计方法

针对传统声时延估计算法速度较慢的问题,提出了基于脉冲声源和DSP的时延估计方法.声脉冲信号可认为是脉冲信号对声信号的调制,解调出脉冲信号,利用DSP捕捉单元捕捉脉冲边沿,即可得到时延估计.该方法不需要对声信号进行数模转换,也不需要大量数据处理,速度较快.设计了系统硬件电路,通过实验验证和分析,证明了该方法能够满足高速定位的需要.