提高光栅盘测角系统细分精度的方法研究

在基于莫尔条纹原理的光栅盘测角系统中,传统的正切细分方法需要两路正交的信号。经计算推导发现,在利用传统的正切细分方法时两路信号偏离正交态越远,细分误差越大。为了提高系统的细分精度,本文提出了一种能有效适应正交误差的算法。为了验证算法的有效性,设计了一种光栅盘测角的实验系统。经该系统实验验证,该算法在两路信号偏离正交态时仍能保持较高的细分精度。     

光栅莫尔条纹信号非正弦性误差修正

为了提高光栅传感器的测量精度,提出了一种莫尔条纹信号非正弦性误差修正方法.通过三角函数变换建立修正模型,并依据泰勒级数迈克劳林展开式建立光栅传感器输出信号正弦性修正方程.以非线性模型中常用的最小二乘参数估计方法建立代价函数,采用粒子群算法对修正方程中的参数进行辨识,实现对光栅传感器输出信号的修正.针对修正前后采样数据的误差进行分析,光栅传感器输出信号误差峰峰值由110″降低至24″,其正弦性得到了改善.实验结果表明,该方法有效地解决了光栅传感器在复杂工作环境下输出信号非正弦性导致的精确性和稳定性问题,提高了光栅传感器的输出信号精度,增强了其对复杂工业现场的适应能力.     

非半周期采样信号相位差估计的相位校正相关法

针对非半周期采样信号的相位差估计问题,提出一种非半周期采样信号相位差估计的相位校正相关法。首先,利用频率估计的相位匹配方法对采样信号进行频率估计,得到采样信号的频率估计值;其次,对采样信号进行互相关,得到互相关信号,并通过采样信号的信号时移和互相关构造一路新的互相关信号,使两路互相关信号具有相同的误差项;然后,利用两路互相关信号得到相位校正互相关信号;最后,利用相位校正互相关信号和频率估计值获得采样信号的相位差估计值。理论分析表明,该方法消除了采样信号非半周期采样对相位差估计的影响,无需预知信号幅值即可实现采样信号相位差的无偏估计。为验证所提方法的有效性和优越性,在不同相位差、信噪比和信号长度条件下对本文方法进行了仿真实验,并利用科氏流量计进行了应用实验。仿真实验结果表明,本文方法有效提高了非半周期采样信号的相位差估计精度,其相位差估计精度优于互相关方法、数据延拓式相关方法和正交时延估计方法的相位差估计精度,更接近克拉美罗下限。科氏流量计流量测量实验验证了本文方法在实际应用中的有效性。     

莫尔条纹的微机细分技术

本文提出一种莫尔条纺信号的微机细分方法。它巧妙地将正、余弦信号切换成正、余切信号进行计算机采样、细分，避免了由于幅值波动引起细分误差的敝病；同时，脉冲计数与Ａ／Ｄ采样有机结合，形成细分数和细分精度高，且细分数调整方便、成本低等特点。依此细分原理已成功地研制成光栅数显仪，可它同时进行数显及与其它计算机和ＣＮＣ装置通讯。     

基于现场可编程门阵列的数控振荡器设计

基于现场可编程门阵列,设计出精度为8位的数控震荡器。选取XC3S200AN芯片,使用查找表设计方法,在存储正、余弦数字波形时,利用正、余弦信号的对称性,采取存储1/4周期波形的方法,以减少硬件存储资源的使用。通过泰勒修正算法对信号输出进行优化,以提高杂散抑制性。使用ISE14.7和MATLAB 2015b软件,对所设计的数控震荡器及其输出数字正、余弦信号进行频谱分析和仿真,结果表明设计方案可行。     

基于相关理论的相位差算法的误差研究

为了提高电信号相位差的测量精度,提出了基于双相关算法的相位差测量新方法.对于同一对正弦波信号,利用此方法进行相位差仿真测量,当采样频率、采样精度和噪声源参数发生改变时,测量误差会有所不同.仿真结果表明,信号的采样频率和噪声源对测试结果影响较大,最大相对误差可达到1%,而采样精度对测量结果的影响较小,约0.1%.该算法已应用于某导弹舵机的测试系统中,经过多年使用,测试性能稳定,结果符合要求.     

基于阶梯波参考信号的改进型正交锁定放大

对以阶梯波作为参考信号的正交锁定放大的探测精度进行了建模分析,基于硬件简单原则给出了以阶梯波作为参考信号的正交锁定放大信号检测方法的实现策略。综合考虑参考波形的失真度与采样率之间的关系,对比分析了基于面积等效法和特定谐波消去法的阶梯波合成方法。根据阶梯波参考信号对采集电路相位精度的要求及待检测信号的周期性,提出了匹配采样技术。实测结果表明:采用现场可编程门阵列(Field programmable gate array,FPGA)实现所提出的正交锁定放大,方法简单、硬件要求低、可用于识别不同异常体。改进后方法的误差为0.7%~7%,与以方波为参考信号的正交锁定放大相比,提高了探测精度。     

Zernike多项式的条纹反射三维面形重建算法研究

针对光学镜面测量中的面形重构问题,提出了一种基于Zernike正交多项式的面形重建方法。通过理论推导建立了面形重建数学模型;利用Matlab仿真模拟,分析了Zernike项数与采样点数的关系,研究了不同项数及采样点数对重建结果的影响;以双曲面为例进行了算法的有效性验证,给出了重建后面形的36项Zernike系数;最后对算法进行了噪声等级变化分析。研究结果表明:对于一个初始面形峰谷值(PV)为0.007 5 mm,均方根值(RMS)为0.001 1 mm的双曲面,选择Zernike前36项系数、采样点数为300时,拟合面形残差PV=2.664 5e-15 mm,RMS=4.661 6e-16 mm,拟合效果较好,且当噪声在15%以内,算法适用性较好。研究结果为后续复杂镜面条纹反射测量提供参考。     

基于互相关和插值运算的声波飞行时间测量

为了实现声学法温度场监测中声波飞行时间的高精度测量,介绍了声学法温度场检测原理与系统组成.提出了基于互相关和插值运算的声波飞行时间测量法.Matlab环境下的仿真研究表明：受采样间隔的限制,直接对发射端和接收端采样信号作互相关并寻峰,所确定的声波飞行时间精度较低;为获得更准确的声波飞行时间,弱噪声情况下,可对发射端和接收端采样信号的互相关函数在峰值附近做三次样条插值,细化后再次寻峰;中、强度噪声情况下,可对发射端和接收端采样信号做线性插值,细化后再做互相关和寻峰.该方法对提高声学法温度场检测精度具有实际意义.     

提高轴系扭振信号时频转换精度的方法

为了高精度地对扭振信号进行测试和处理,针对脉冲计数式扭振信号时频转换中的误差原因,提出了对扭振信号进行等时间间隔二次采样和对扭角计算公式进行修正2种方法来提高扭振信号时频转换精度。通过在整周期和非整周期标准扭振信号的时频转换中进行对比,证明2种方法对提高扭振信号时频转换精度均是有效的,而且利用修正的扭角计算公式所得的扭角信号为等时间采样信号,免去二次采样的过程,既能够保证时频转换的精度要求,又不会影响计算速度。此外,通过研究发现平顶窗对减小扭振信号截断所带来的泄露误差效果最好,增多齿盘的齿数或使用高精度的编码器会提高扭角时频转换的精度。     

高速光纤光栅解调的寻峰算法研究

提出了一种应用于2 kHz高速光栅解调的寻峰算法,给出了该算法对连续光栅反射光峰的解调结果,分析了算法误差和相关影响因素。研究发现,在算法输入信噪比较好的情况下,连续15个光栅的平均解调误差小于0.3 pm,而信噪比较差的情况下,则解调误差大于1 pm,由此可见,算法输入信噪比是影响寻峰精度的决定性因素,在算法输入信噪比较好时该文提出的算法有效地提高了寻峰精度,完全满足实际工程要求。     

基于改进CORDIC算法的光电编码器正交性误差测量

通过对小型光电编码器输出的光电信号精度误差来源进行研究,得出了正交性偏差是其主要误差来源的结论。针对光电编码器输出信号正交性误差的测量,引入了一种改进的坐标旋转数字计算机算法。该算法是在传统坐标旋转数字计算算法的基础上,通过改进其迭代结构得到的,能够很好地实现对光电编码器输出信号的正交性误差进行动态实时测量。MATLAB软件仿真结果显示,与其他方法相比,利用该方法测量的正交性误差范围明显更小、检测精度更高且运算速率更快。     

光栅转矩测量系统的研究

介绍了一种基于结构简单测量精度高的新型转矩传感器－－光栅转矩传感器的转矩测量系统，重点介绍了光栅转矩传感器的基本结构，光栅转矩传感器的转矩测量系统的基本组成与工作原理，详细论述了光栅转矩传感器存在的机械误差与电气误差及产生这些误差的原因，提出了克服这些误差的方法－－数字滤波方法的非线性补偿方法。通过给出的样机系统的实验结果，证明该光栅转矩测量系统的测量精度与电磁式转矩传感器相当，是一种较理想的静态，动态平均转矩的测量工具，有实用价值，可望得到推广应用。     

变入射角方式下利用光栅测量激光波长的方法

以光栅衍射方程为理论依据,对在入射角可变方式下,利用平面反射光栅进行激光波长测量的方法进行了研究.文中提出了一种测量方法,并给出了在该方法下利用光栅求激光波长的表达式,又结合该激光波长表达式,对影响激光波长测量准确性的误差因素进行了分析,最后还给出了利用该方法进行激光波长测量的实验结果.实验结果证明利用平面反射光栅,在入射角变化时,仍能比较准确地对激光波长进行测量.     

基于FrFT和子空间正交的LFM信号参数估计

基于分数阶Fourier变换和子空间正交性,提出了一种低信噪比下线性调频信号检测与参数估计方法。讨论过程中将线性调频信号通过适当的分数阶Fourier变换得到一个单频复正弦信号,在此基础上,利用信号子空间与噪声子空间的正交性处理其正弦信号,再对线性调频信号的检测和参数估计转化为函数极值求解;最后,利用计算机模拟证实了方法的有效性。     

基于功放瞬态响应的跳频电台分选方法

该文提出了一种基于发射机功率放大器瞬态响应过程的跳频电台个体分选方法。提取跳频电台功放瞬态响应的多层离散小波系数作为指纹特征;用主分量分析法抑制加性白噪声对离散小波系数的影响;并对去噪后的各层小波系数峰谷值的幅度和出现时间分布情况进行蒙特卡罗仿真;实验结果表明该方法提取的跳频信号指纹特征在较低信噪比下有良好的分类特性。     

并行采集系统通道失配误差测量及校正

并行时间交替采样结构是一种有效地提高采样率的方法,但在采用此结构的采集系统中,多个ADC通道间的失配误差严重影响采集系统的性能,国内外对失配误差的测量和校正多采用加测试信号的方法。该文通过理论分析得出一种不需要测试信号且适用信号范围广泛的误差测量算法,并对国外文献中盲算法估计时间误差的方法进行了改进。计算机仿真证实了该方法对误差的估计有极高的精确度,能有效地提高采集系统性能。     

一种临近空间MIMO雷达空时自适应处理方法

鉴于MIMO雷达多信号问正交性和天线阵列结构影响其动目标检测性能,提出了基于遗传算法优化提高自相关峰值并降低互相关峰值方法,从而实现了多信号间良好正交性,基本抑制了盲速的影响．基于得到最大连续孔径思想,给出了一种阵列结构,在不显著增加天线阵列长度奈件下,与正交信号结合,实现了MIMO空时自适应处理（STAP）．仿真实验表明,基于正交信号和收发阵列设计,MIMO STAP可实现良好动目标检测性能．     

部分W-分离正交语音信号的盲分离方法

在W-分离正交性假设的语音盲分离方法中,由于没有考虑多个源信号同时存在的情况,导致分离信号中不可避免地存在音乐噪声。针对这种部分W-分离正交情况,提出了基于信道估计的语音盲分离方法。该方法先检测只有一个源信号存在的时频点并进行归一化处理,使得处理后的结果与频率无关,克服了W-分离正交性假设的不足以及频率置换问题,通过K-means聚类估计出信道,再结合信号子空间方法重构源信号。仿真结果表明,提出的方法可以有效减少分离语音中的音乐噪声,与典型的时频二元掩蔽方法相比,其平均信号失真比提高3.02dB,同时平均信干比提高4.61dB。