基于FLOCC-ESPRIT的极化阵列参数估计方法

针对基于分数低阶矩类阵列波达方向(DOA)估计方法仅适用于独立同分布(i.i.d)SαS背景噪声的缺点,提出了一种线性极化阵列DOA和极化参数联合估计的分数低阶循环相关(FLOCC)极化参数联合估计(ESPRIT)算法。该方法首先利用入射信号的循环平稳特性,采用分数低阶循环相关函数抑制α和高斯混合噪声及与信号循环频率相异的任何循环平稳干扰信号。在此基础上,利用阵列信号参数与噪声子空间的正交性,采用ESPRIT算法直接求取了信号的DOA和极化参数。该方法对于α和高斯混合噪声及与信号循环频率相异的任何循环平稳干扰信号具有很强的抑制能力。即使对于空域内靠得非常近的信源,该方法也可利用极化信息的差异进行区分。实验结果表明,在α和高斯混合信噪比(SNR)为0 d B,信干比(SIR)为3 d B时,其DOA和极化参数估计的均方根误差分别为0.23°和0.54°;并且在实测数据环境下,当SNR为10 d B时,本文算法仍然有效。     

利用隔离小生境混合蛙跳方法联合估计波达方向和多普勒频率

为了高效准确地联合估计波达方向（DOA）和多普勒频率,提出了基于二维MUSIC谱和隔离小生境混合蛙跳算法的联合谱估计方法。首先,利用状态空间模型构造包含DOA和多普勒频率信息的广义可观测矩阵。 然后,利用MUSIC算法和广义可观测矩阵构造联合估计的二维谱函数,将参数估计问题转化为多峰函数优化问题。最后,引入混合蛙跳算法（SFLA）并利用隔离小生境技术对混合蛙跳算法进行改进,使其适应于二维MUSIC谱多个极值的优化搜索,降低搜索计算量,得到DOA和多普勒频率的估计值。实验结果表明：在考虑信噪比为0 dB的两个独立信号源的情况下,利用本文方法估计得到的DOA和多普勒频率的均方根误差分别为0.23°和0.005 5 rad。该方法具有控制参数少、计算量小、参数自动配对等特点。     

Alpha稳定分布下OFDM信号循环谱分析

基于稳定分布构造的信号处理计算方法相对高斯假设的情况,对复杂噪声具有更好的抗干扰性和韧性。文章在Alpha稳定分布下基于共变系数、非平稳理论和分数低阶矩(FLOM)等理论,推导并分析了OFDM信号的循环平稳特性和低阶循环谱密度,并用Matlab对本文的算法中做了仿真验证,结果表明在Alpha稳定分布下OFDM信号的低阶循环谱密度函数的循环谱结构和在高斯模型下是一致的,但基于稳定分布所设计的算法具有良好的抗脉冲性能,为复杂环境下的调制识别以及盲信号分离研究提供了理论基础。     

基于极化域平滑的宽带循环平稳相干源波达方向估计

提出一种基于极化域平滑的宽带循环平稳相干源波达估计方法.该方法充分利用了信号的循环平稳特性以及信号的极化多样性,解决了宽带相干信号的一维波达方向(DOA)估计问题.该方法在小影响阵列孔径的情况F,进一步提高了可估计的相干信源数目,具有信号选择和噪声抑制能力.仿真结果验证了新方法的有效性.     

用于声矢量阵列波达方向估计的四元数最小范数法

由于四元数MUSIC(Multiple Signal Classification)算法计算量较大,本文结合声矢量传感器的四元数导向矢量模型,提出了一种声矢量阵列波达方向估计的四元数最小范数法。首先,将声矢量阵列输出协方差矩阵奇异值分解所得到的(M-N)×M维(M为阵元数、N为信源数)噪声子空间依最小范数(Minimum-Norm,MN)准则构建为一个新的四元数域1×M维噪声矢量。接着,提出了简化的谱峰搜索公式,理论分析了四元数最小范数法在搜索计算量上的优势。对提出的算法与Q-MUSIC算法进行了对比。结果显示:该算法至少能节省50%的谱峰搜索量。同时,提出的算法构建的低维噪声矢量与导向矢量间的正交性优于高维噪声子空间与导向矢量间的正交性,在0dB时,其范德蒙范数和谱峰分别为Q-MUSIC算法的1/3和3倍。另外,该算法在减小谱峰搜索量的同时,可以较好地分辨信源波达方向,且其统计特性与四元数MUSIC算法相当。提出的算法不局限于L线阵,也适用于双平行线阵及面阵。     

归一化循环相关超声回波时延估计

传统超声回波时延估计算法是在高斯噪声背景下展开研究的,而实际工况中超声回波不仅含有高斯噪声,还含有脉冲冲击噪声(α稳定分布噪声)等,这导致传统算法失效。为了解决上述问题,本文提出了一种针对混合噪声特别是包含噪声背景下的超声回波时延估计算法:归一化循环相关时延估计算法。首先,对归一化循环相关算法理论进行了简要的介绍。接着,对归一化循环相关时延估计算法进行了理论推导分析。然后,结合仿真分析,在相同α混合噪声情况下对传统循环相关和归一化循环相关时延估计进行比较。最后,在不同信噪比下,对归一化循环相关时延估计算法的估计性能进行了分析。通过对比实验发现,在噪声特征指数趋于1时,循环相关算法已不能估计出时延,而归一化循环相关算法的误差仍能保持在0.4μs;且在-10dB信噪比下,归一化循环相关算法时延估计也能保持在10μs误差范围内。本文所提归一化循环相关算法在混合噪声特别是包含α噪声情况下能够对超声回波时延进行精确估计,具有传统算法所不能比拟的优势。     

轴承振动信号PF分量的分数低阶特征提取

针对分数低阶Alpha稳定分布特性下轴承振动信号乘积函数（product functions, 简称PF）的高阶统计特征提取性能退化问题,提出了轴承振动信号PF分量的分数低阶特征提取方法。通过信号平稳化PF分量的概率密度函数（probability density function,简称PDF）曲线拖尾及特征指数α估计,验证轴承振动信号PF分量的分数低阶Alpha分布特性,并提出最优分数低阶统计量和共变低维流行映射矩构成轴承特征矩阵,以降低二阶及高阶统计量对信号分量特征描述误差,实现不同故障轴承特性的准确性表征。通过轴承特征散点图对比分析,结果表明,分数低阶次特征对轴承振动信号PF分量描述更为准确,不同状态轴承特征描述准确性和区分效果提升明显,具有一定的可行性及实际应用优势。     

一种信号参数估计的小波去噪方法

针对MUSIC算法在低信噪比(SNR)和信号到来角(DOA)间隔较近时估计性能下降的问题,提出了一种信号参数估计的小波去噪方法,并从伪二维图像去噪的角度对阵列去噪的性能进行了验证.仿真结果表明,对去噪后的信号接收矩阵应用MUSIC算法,不仅可以提高DOA估计的SNR,而且可以提高DOA间隔较近时的算法分辨率.     

基于噪声方差估计的小波阈值降噪研究

信号中包含的噪声不仅降低了信号的质量,而且还严重影响着各种相关处理算法的有效性,因此,高效稳健的噪声方差估计对于各类信号处理非常重要。提出一种噪声方差估计的新方法,该方法首先应用两状态高斯混合模型对高频系数建模,混合模型的各项参数通过EM(Expectation-maximum)算法迭代估算得到。在建立的高斯混合模型中,当参数满足一定条件时,可以将高频系数分为噪声类和边缘类。基于高频子带内系数的相关性,对噪声类所包含的系数再次应用高斯混合模型的方法分类,并在每个类中分别进行噪声的估计,最后对所得噪声信号计算方差作为原始信号的噪声方差估计。基于这种估计方法,将小波阈值法应用到反求工程的降噪中,实际信号的降噪结果在光滑性和特征保持方面均有较好的效果。试验表明,该噪声方差估计方法对噪声大小具有一定适应性,且小波阈值降噪法简单易行,应用广泛。     

适用任意平面阵列的二维宽带DOA快速估计算法

二维宽带波达方向(DOA)估计对实现水声通信定位一体化具有重要作用。双边相关变换(TCT)算法是高分辨宽带DOA估计的经典算法之一,但只适用均匀线列阵下的一维DOA估计,且计算量大。本文在对TCT简化算法(STCT)进行扩展改进的基础上,提出了一种适用于任意面阵列且具有低计算复杂度的二维宽带DOA快速估计算法。所提算法利用水声通信同步信号的已知波形对阵列输出数据进行匹配预处理,有效压缩了聚焦变换所需频点数量,从而降低了聚焦变换过程的计算量;利用余弦域加速粒子群最优化(APSO)搜索二维空间谱谱峰,在保持高搜索精度的同时显著降低了搜索计算量。相较于单纯的STCT扩展算法,所提算法保持高DOA估计精度,在信噪比为20 dB时精度约为0.02°,但计算量远低于前者。仿真和实验结果验证了所提算法的优势。     

基于转向架姿态轨迹的轨道线路曲率探测系统研究

主动径向技术是进一步提高轨道车辆曲线通过性能、彻底解决直线运行稳定性和曲线通过之间矛盾的有效途径,而实现轨道线路曲率准确、高效的探测是其中的重要环节。为了提高轨道线路曲率探测的精度和实时性,首先提出了一种基于转向架姿态轨迹的曲率探测系统(Bogie attitude trajectory based curvature detection system,BATCDS),该系统由布置于转向架上的速度传感器、角速度传感器、倾角传感器以及算法单元组成,布局简单且易于实现。此后,提出了与上述系统相匹配的曲率探测算法,该算法利用转向架偏航角速度ω和车速v获取转向架在二维水平面上的运行轨迹,并据此初步估计线路曲率;利用转向架侧滚角α和车速v获取转向架的侧滚姿态轨迹,进而估计转向架侧滚角;综合转向架上述各项姿态信息,利用轨道线路固有几何规律融合计算线路曲率。最后,建立了BATCDS的联合仿真模型,仿真计算的结果表明,该系统在有效滤除原始信号中的高频噪声的基础上,仍能维持较高的实时性;仿真工况下,相较传统的低通滤波而言曲率探测结果的精度和实时性得到显著改善,相对误差率均降低至传统方法的50%以下,最大...     

基于柔性纳米压印工艺制备中红外双层金属纳米光栅

用纳米压印工艺制备红外金属光栅时,硬模板压印极易造成光栅结构缺陷致使光栅性能下降。本文采用柔性纳米压印工艺作为替代方法制备了适合在3-5μm波段工作,高度为100nm,上下金属层厚为40nm的双层金属纳米光栅,其光栅结构参数为:周期200nm,线宽100nm,深宽比1∶1。该方法采用热纳米压印工艺将母模板光栅结构复制到IPS(Intermediate Ploymer Sheet)材料上,制作出压印所需软模板;随后通过紫外纳米压印工艺将IPS软模板压印到STU-7压印胶,得到结构完整均匀的介质光栅;最后在介质光栅上垂直热蒸镀金属铝,完成中红外双层金属纳米光栅的制备。对所制备光栅进行了测试,结果表明,所制备光栅在2.5~5μm波段的TM偏振透射率超过70%,在2.7~5μm波段的消光比超过30dB,在2.72~3.93μm波段的消光比超过35dB,显示了优异的消光比特性和偏振特性。该研究结果在红外偏振探测、红外偏振传感等方面具有潜在应用。     

MUSIC算法和相控接收原理在变压器局部放电定位中的应用

在基于超高频和超声波相控接收原理的局部放电定位法基础上融入MUSIC算法,以达到对电力变压器气局部放电点的准确定位,并对其进行了仿真研究。基于超高频和超声波相控接收阵的局部放电定位法,可得出局部放电源的几何位置。但该方法不能区分一个波束宽度内的多个放电源,因此应用改进MUSIC算法对接收信号进行空间谱分析,完成变压器内一个及多个局放点的方位估计,并确定相近的多个信号源个数。     

温度解耦增敏式光纤光栅应变传感器

飞机载荷参数测试对保障飞行安全至关重要,光纤光栅传感器凭由诸多优势在不断尝试应用在其中。为了实现对结构应变的精确测量,同时排除温度带来的影响,通过对基底及光栅刻写工艺的特殊设计,实现了温度解耦增敏式光纤光栅应变传感器,并对基底进行有限元分析。在10~60℃的温度范围内,该新型传感器温度灵敏度为45pm/℃,较裸光纤光栅增敏4.5倍,线性度良好。在MTS拉伸试验机上测试拉伸试验件在0~700με条件下传感器特性,灵敏度为1.46pm/με,较裸贴方式增敏1.4倍,线性度良好。传感器温度误差小于0.1℃,应变误差小于3με。实验结果表明,传感器解耦性能良好,与理论分析相符,满足飞机载荷谱测试的应用背景。     

弹光调制测椭偏参量的数字锁相数据处理

为了实现椭偏参量ψ和Δ的高速、高灵敏测量,建立了一种测量成本低、重复性好和便于工业化集成的椭偏测量方案。本文对弹光调制型椭偏参量测量系统进行了原理分析,针对弹光调制器的工作模式及调制光信号特点,设计了基于现场可编程门阵列的数字锁相数据处理方案。现场可编程门阵列提供弹光调制器工作的信号源,并控制AD采样;同时产生正弦和余弦参考序列,并完成直流项、一倍频项和二倍频项的同相分量和正交分量的提取,进而求解出椭偏参量。利用搭建的试验系统对SiO2薄膜厚度为3.753nm的硅片样品进行了实验分析。实验结果表明,采样时间为20ms时,椭偏参量ψ和Δ的平均值分别为9.622°和168.692°,标准偏差分别为0.005°和0.008°;采样时间设置为200ms时,椭偏参量测量平均值与20ms的非常接近,标准偏差减小,并且都在0.001°量级,揭示了本系统具有较高的灵敏度和较好的重复性。     

弹光和电光级联的组合相位调制型椭偏测量术

利用弹光调制器的偏振调制优势,提出了将弹光调制器和电光调制器级联的组合相位调制型椭偏测量术。该技术采用单光路实现信号探测,通过切换电光调制器的两个工作状态,并结合数字锁相信号处理技术来完成样品反射光的p分量和s分量的幅值比Ψ和相位差Δ的全范围高精度测量。对提出的新型椭偏测量原理进行了分析,搭建了相应的实验系统。完成了弹光调制器的调制电压峰峰值和相位调制幅值关系的定标,定标结果优于99.05%,然后还采用系统初始偏移值的方法对实验系统进行了校准。最后,运用该系统对石英玻璃反射样品进行了实验分析,得到的Ψ和Δ的测量精度分别优于0.08°和0.81°。实验结果显示系统校准有效地消除了电光调制器和弹光调制器的剩余双折射引入的测量误差;数据采集和处理时间均在ms量级。提出的测量技术具有宽光谱测量、工作稳定、重复度高、测量速率快、成本相对较低和系统便于工业自动化集成的潜在优势。     

激光超声信号去噪的经验模态分解实现及改进

考虑激光超声检测过程中噪声对缺陷和材料特征分析和检测的影响,本文以激光超声信号去噪为目的,研究了基于经验模态分解（EMD）的激光超声信号时间尺度滤波过程。针对分解过程中固有模态函数（IMF）上有用信号与噪声的混叠现象对重构信噪比的影响,结合信号多模态和宽频带的特点,提出了基于峰度检验策略的时域加窗方法。该方法通过局部峰度检验判断重构起点附近IMF中有用信号的位置及信噪分界点,利用Turkey-Hanning窗保存有用信号,抑制噪声,实现信号与噪声的解混叠,改善重构信号质量。仿真和实验结果表明,该方法具有良好的自适应性,有效识别并分离了信号和噪声成分,信噪改善比达14 dB以上,相对原始方法提升了3 dB,相对性能增强了20%,并且改进效果随信号受污染程度的加重而愈发突出,有望在高噪声水平下发挥优势。     

关于润滑油流变特性研究中一个常用假设的深入探讨

使用一种新提出的用以确定Eyring流体有效黏度η^*的算法,针对润滑油流变特性研究中一个常用假设,即γ=△u/h进行了深入探讨,给出润滑油牛顿黏度η、Eyring流体有效黏度η^*和剪应变率γ与重载热弹流润滑副的摩擦因数μ之间的关系。结果表明：在润滑副尺度很小或类似的低温场合,传统假设γ=△u/h能够近似成立,摩擦因数主要取决于润滑油的有效黏度。然而,在润滑副尺度很大或类似的高温场合,γ=△u/h不能成立,此时摩擦因数不但与有效黏度有关,还取决于剪应变率的变化,故之前关于此类问题的摩擦因数的研究是不准确的。