声阵列技术在雷达传动系统异响故障诊断中的应用

声阵列技术通过特定方式排布的声传感器阵列接收声场信号,采用波束形成原理对声场信号进行特殊处理,获取噪声源的幅值、相位、方位等信息,得到声场的空间分布,实现混响环境多个声源的检测与识别。针对某轮轨式大型相控阵雷达天线座滚轮的异响噪声故障,基于声阵列噪声源识别技术,利用平面螺旋声像检测系统对滚轮噪声的辐射声场进行测量,获得了滚轮噪声的频率特性和声场能量分布特征,并通过声场图像和光学视频图像的透明重叠,以云图方式准确直观地呈现了滚轮噪声源的频率、分布位置。研究结果表明:声阵列技术能够快速准确地进行噪声源的诊断和空间定位,为雷达传动系统异响噪声故障的诊断分析提供了有效的工程经验。     

一种用于分布式阵列的球谐波域声源定位方法

本文提出一种适用于任意阵型和阵元指向性的球谐波域声源定位方法,能够在较宽的频域范围内,尤其是低频,提供较高的空间分辨率。水下噪声源的高分辨识别具有重大意义。传统阵列信号处理方法对低频噪声源的精确定位要求阵列具有较大孔径和较多的阵元数,导致系统过于庞大且成本较高。我们基于声场的球谐波表达和变换,采用分布在一定空间区域内的多个阵列估计该区域的球谐波系数矢量,对系数矢量进行信号处理实现声源定位。理论证明了该方法具有理想的空间选择特性。在一种特定的阵元分布下,仿真研究了该算法的方位谱估计性能以及阵元不一致性和位置误差对声源定位性能的影响。仿真结果显示,该算法在低频具有较高的空间分辨率且误差对算法定位性能的影响有限。      

传声器阵列校准技术研究

气动噪声通常为宽频噪声,设计的阵列需要同时满足对高低频信号的测量需求,在确定了阵列测量频率范围的情况下,设计相应的阵列形式。在风洞气动噪声试验技术中,基于传声器阵列的噪声源定位技术是核心试验技术,噪声源定位的精准度主要取决于传声器阵列校准技术。传声器相位阵列安装之后,由于传声器频率响应和灵敏度不同,前置放大器、电缆的铺设、电源和信号调理器的频率响应以及传声器在阵列中的安装影响,会引起数据采集系统各测量通道间固有的相位差和幅值差。修正传声器的相位差和幅值差使得所有的传声器幅频响应一致,保证试验结果的准度。     

LED室内定位接收机前端电路设计

设计了一种可用于LED室内定位系统接收机的前端信号调理电路,详细论述了该电路的系统原理与电路构成.重点介绍了光电传感器的选型、前置预放大和滤波电路的设计方法,并且进行了噪声分析和实验测试.测试结果表明,该设计具有良好的噪声性能,探测器灵敏度可达到500 nA,带宽为1 MHz,满足LED定位系统接收端的性能要求,能够为后续的信号处理模块提供稳定可靠的前级信号.将该电路应用于LED室内定位实验系统,可实现小范围内的准确定位,平均定位误差仅为12.4 cm.     

用于脑电信号记录的低噪声低功耗放大器

为了满足脑电信号(EEG)记录阵列的应用需求,设计了一种全差分的低噪声、低功耗放大器电路.该电路利用亚阈值区晶体管作为伪电阻,与输入电容和反馈电容形成高通通路,有效抑制了输入信号的直流失调电压,无需片外隔直电容,实现了电路的全集成.放大器中的跨导放大器(OTA)采用亚阈值晶体管进行设计,实现了较大的输出摆幅、良好的功耗和噪声性能.放大器电路采用SMIC 130 nm 1P8M混合信号工艺实现,芯片面积0.6 mm2.测试结果表明,在电源电压0.6V时,放大器可处理信号带宽为10 Hz～7 kHz,等效输入噪声的均方根值为3.976 μV,噪声有效因子为3.658,总功耗仅为2.4 μW.     

一种自适应低相位噪声相参时钟源的设计

通过锁相环电路(PLL),不仅将外部系统提供的具有高频率准确度但相位噪声较差的主时钟信号转化为高频率准确度、低相位噪声的内部时钟信号,同时也满足了内外部系统的相参要求。通过仿真和测试,重点分析了锁相环电路中环路滤波器的环路带宽对输出信号相位噪声的影响。测试结果显示,当环路带宽为100 Hz时,锁相环的输出信号在偏离载波1 kHz处的相位噪声与其内部振荡器在此处的相位噪声基本一致;而当环路带宽为500 Hz时,输出信号在偏离载波1 kHz处的相位噪声会由于环路影响,相比内部振荡器产生8 dB左右的恶化。设计所得时钟源在输出100 MHz信号时,其相位噪声优于-147 dBc/Hz@1 kHz,相比外部参考时钟信号改善了12 dB,并且其频率准确度可达1×10-9。     

扩频通信中载波恢复的研究

介绍了在f0±150kHz(f0为中心频率)频率范围内,通过合理设置环路带宽,改进的平方环电路从20.14MHz的扩频BPSK信号恢复出的载波的相位噪声达-100dBc/Hz@1kHz,实现了±4kHz/s的跟踪速度。通过增加两级分频器,对f0±39.4kHz的杂散抑制大于65dB。     

高斯型功率谱噪声调频信号的性能分析

具有高斯型功率谱的噪声调频信号通过带限信号处理系统时,存在信号能量与距离分辨力的损失,针对此问题,推导了在带限情况下噪声调频信号的能量表达式与基于自相关函数-3 dB主瓣宽度的距离分辨力表达式.结果表明:可以近似认为噪声调频信号所需的最低系统带宽为其9 dB带宽,约等于4倍有效调制带宽,此时信号能量损失不超过5％,自相关函数-3 dB主瓣展宽不超过12％.仿真实验验证了理论结果的正确性.     

阵列信号波束合成的光学实现技术

波束合成是阵列信号处理的一个重要内容,随着阵列单元数目的增加,传统电子学信号处理方法面临带宽、速度和功耗的挑战,光学处理技术由于其高度的并行性和超高的带宽,是未来此问题的理想解决方法之一.介绍了波束合成的四种光学处理方法,即纤维光学技术、空间光谱技术、光折变晶体技术和相干光学,分析了它们各自的工作原理和技术特点.     

一种基于广义旁瓣相消的稳健降维方法

在自适应阵列信号处理中,为了高效进行干扰和噪声对消,提出了一种基于广义旁瓣相消的稳健降维方法。该方法利用信号子空间特征矢量和期望信号的投影导向矢量构造稳健降维阻塞矩阵,阻塞期望信号和噪声分量,使辅助支路中只含有干扰信号,达到了降维的效果,同时提高了算法对阵列天线误差的稳健性。仿真结果表明,该方法对阵列模型误差不敏感,可以有效地降低运算时间。     

基于传声器阵列的声源定位系统设计

传声器声源定位是利用传声器阵列拾取声音信号,并用数字信号处理技术对其进行分析和处理的声源定位技术。设计了一种基于MUSIC算法的声源定位系统,该系统以数字信号处理器(DSP)为控制核心,通过TMS320C6747高速数字信号处理器,提高了系统处理速度,简化了设计,能更好的满足声源定位的要求。经测试,该系统具有实时、高速、精度高及可靠性好的优点。     

A novel white noise generator as the tracking generator for filter measurements

A novel and low-cost white noise generator using an ordinary Zener diode as the source of noise is presented. The Zener diode is driven by a stable dc current source such that the noise signal power generated by the Zener diode increases with increasing frequency under right dc current biasing. A 6-stage MMIC amplifier block was designed to increase the noise power further. Since the gain-frequency response of the amplifier block has a negative slope as the frequency increases, the positive slope of the noise power produced by the Zener diode is balanced with the negative slope of the amplifier gain. The resulting amplified noise signal appears to have almost constant power at the output of the amplifier. As a result, the designed noise generator exhibits white noise characteristics, and is used as a tracking generator to measure insertion loss of a RF/microwave filter.     

Design of on-chip 15-18 GHz ultra low noise amplifier

With rapid development communication system, high signal to noise ratio （SNR） system is required. In high frequency bandwidth, high loss, low Q inductors and high noise figure is a significant challenge with on-chip monolithic microwave integrated circuits （MMICs）. To overcome this problem, high Q, low loss transmission line characteristics was analyzed. Compared with the same inductor value of the lumped component and the transmission line, it has a higher Q value and lower loss performance in high frequency, and a 2-stage common-source low noise amplifier （LNA） was presented, which employs source inductor feedback technology and high Q low loss transmission line matching network technique with over 17.6 dB small signal gain and 1.1 dB noise figure in 15 GHz-18 GHz. The LNA was fabricated by WIN semiconductors company 0.15 μm gallium arsenide （GaAs） P high electron mobility transistor （P-HEMT） process. The total Current is 15 mA, while the DC power consumption is only 45 mW.     

Noise suppression in a common-gate UWB LNA with an inductor resonating at the source node

In this paper, a noise suppression circuit is proposed and investigated by using resonance technique at the source. Resonance in the source node of the common-gate structure blocks the noise path while transferring the signal from input to output. Through proper analysis, a common gate structure with an active load is improved. As a result, a complementary common gate structure is introduced. A complementary common-gate structure with resonance in the source node can overcome the trade-off between noise and gain in the first stage. Hence, this structure is optimum in terms of the trade-off between gain and noise as well as power dissipation and linearity. Finally, a very-low-noise amplifier is implemented by this method and the post-layout simulation results are obtained: average power gain: 15.8 dB, minimum noise figure: 1.7 dB, bandwidth: 3.1–4.8 GHz, power dissipation of two stage: 11.28 mW, 1-dB compression point at input power: −4.67 dBm, and IP3 at input power: 8.32 dBm.     

基于任意麦克风阵列的近场声源三维定位算法研究

基于麦克风阵列的声源定位技术在通信、语音处理等领域得到广泛的应用。本文从声音传播的基本原理出发,推导出了精确的相对幅度衰减因子,获得了更加准确的信号传播模型。利用该模型并结合子空间算法的思想,提出了适用于任意拓扑结构的麦克风阵列的近场宽带三维声源定位算法。仿真结果表明,该算法在一维均匀直线阵、二维均匀圆阵和三维均匀球面阵中,均能够得到较好的定位效果。     

基于PPLN波导的全光译码器的设计与研究

随着互联网的发展,网络数据流量极速增长,全光网(AON)概念的提出有利于解决可用带宽受限、信号传输速率较低等问题。其中,全光逻辑信号处理为AON的重要组成部分。根据周期性极化铌酸锂(PPLN)波导的二阶非线性效应原理,将产生的输出信号连续送入不同的PPLN波导进行叠加处理,设计出全光2线-4线译码器的波导级联结构,通过数值计算仿真得到了波形图和眼图,分析了全光2线-4线译码器输出信号的半高全宽(FWHM)、峰值功率、延迟时间和消光比。仿真结果表明:采用PPLN波导级联的方式实现了2线-4线译码器在光域中的逻辑功能,同时保证了光信号的传输质量,为PPLN波导的全光信号处理提供了新的器件类型。     

基于光电倍增管的低噪声前置放大器的设计及其信号处理

利用低噪声前置运算放大器把光电倍增管的输出信号尽可能无噪声的放大。从运放的选择,多级放大电路的设计要点,放大电路的噪声估算,PCB板布局连线和屏蔽等方面,提出了实用化的带宽达10 MHz的电路设计形式,以及注意事项及其信号调理方法。仿真结果显示了所设计电路的信号放大情况,此电路设计形式可以很好的放大并处理光电倍增管的输出信号。     

无线光传输系统接收机的设计及特性分析

设计和搭建了一个无线光传输系统。针对系统接收机的稳定性和信噪比要求,详细推导和分析了接收机的光电二极管特性、电路的稳定性和带宽、接收机的噪声和信噪比。详细分析了接收机中噪声的来源,给出了其影响因素及其计算方法,并参考实验器件参数实现了定量计算。在LTspice-IV上对光电二极管前置放大电路进行了建模和仿真,分析了其信号增益和噪声特性,其结果与理论分析接近。对系统进行了1 MHz方波传输实验测试,在接收端能得到较好的方波信号, 能为后续的信号处理模块提供稳定可靠的前级信号。     

用于电子战系统的微波光链路

微波光链路利用光纤实现信号的分发、传输和处理,它具有带宽大、重量轻、抗干扰等优点,在相控阵、多波束形成等电子战系统中具有很好的应用前景。但是其噪声系数、动态范围等方面的劣势也限制了其实际工程应用。文章主要从理论上分析了微波光链路的噪声系数、动态范围性能的限制因素。并通过试验测试给出了在现有工艺水平条件下微波光链路可以达到的性能指标:在1GHz瞬时带宽下动态范围大于40dB,噪声系数小于5dB。