三维超声波风速测量仪主控电路系统设计与实现

针对风洞中对极低风速精准测量的需要,该文设计一种超声波测量极低风速阵列的主控硬件电路系统。相对于一般超声波测风速风向仪器中常见的专用时间测量单元加普通单片机的结构,该系统采用FPGA+DSP结构,包括主控模块、数据采集模块、回波调理模块、发射驱动模块和通信部分。DSP根据上位机下发的设置参数,控制FPGA对回波信号进行增益控制、滤波和采样并由DSP实时进行风速的测算。结果显示,该硬件系统在长时间运行中风速的标准差最高为0.028 m/s,表明该硬件电路系统对极低风速具有很高的测量精度与稳定度。     

基于正交锁相放大器的交流电法接收机设计

针对目前野外测量环境复杂,直流电法仪测试结果不稳定、发射电流大导致野外使用不方便等问题,提出将相关检测技术用于低频交流电法接收机的设计方案。采用正弦波交流激发,通过正交锁相放大器测量接收电极上电位差信号的幅值和相位信息,实现复电阻率的低频交流电法仪接收机设计。利用中心频率自动可调的带通滤波器和频率自动跟踪的锁相放大器,在强噪声背景下检测出接收电极上的电位差信号。实验结果表明:在一定频率范围内接收机实现频率自动跟踪测量,准确测量出被测信号的幅值和相位,提高电法仪的测量精度和抗干扰能力。     

声时测量精度的主要影响因素分析

针对声时测量精度提高的瓶颈问题,从信号处理的角度,分析了时差法液体超声波流量计中影响声时测量精度的两个主要因素,推导了理论公式,并给出了仿真结果。首先从单声道时差式超声波流量计测量模型出发,介绍了该模型成立的条件,测量原理和其声时测量中存在的问题,然后分析了（1）在高斯白噪声模型下,声时测量误差与系统信噪比的关系;（2）采用过零检测和信号阈值法判定信号到达时刻时,阈值对声时测量误差的影响,并分别给出了声时测量误差与信噪比和检测闽值的关系图。     

定位声呐的定位精度分析

本文着重探讨定位声呐接收的信号中相位因子所携带的信息。分析了噪声存在 情况下相位因子的概率密度以及声学定位的精度。提出了一个改进测量精度的方法 （依靠增加接收基阵中的换能器个数），并计算出相应的相位因子概率密度表达式。     

声表面波标签的相参阅读器设计

现有与声表面波标签匹配的阅读器通常采用非相参的超外差结构,并通过开关截断以产生激励脉冲信号。由于开关闭合时刻和本振信号初相位的随机性,该方案所测回波相位为一个不确定的值,无法与距离等待测量建立函数关系。本文设计了一种相参阅读器,在发射链路使用功分器将信号源产生的信号分为两路同相信号,并把其中一路引入接收链路的下混频器作为本振信号,由此可使回波相位为一确定值。实际制作了阅读器电路,测试了发射、接收链路,并结合声表面波标签进行了实验,通过与矢量网络分析仪测量结果对比,表明了该阅读器的有效性。     

离散频谱四点能量重心校正法及抗噪性能分析

在对比离散频谱能量重心法采用不同点数时的频率、幅值和相位校正精度的基础上提出了4点能量重心校正法,推导了高斯白噪声背景下单频率谐波信号采用4点能量重心法进行频率、幅值和相位校正的统计方差公式,通过仿真计算验证了其正确性.分析对比了采用不同点数进行能量重心校正时的优缺点,建议在工程中采用Han-ning窗4点能量重心法进行谐波信号离散频谱校正.     

一发三收式桩基声波透射检测技术及数值模拟分析

桩基声测管倾斜会使得桩身混凝土超声波波速计算结果出现误差,影响桩身质量检测结果,为此提出一种一发三收式声波透射检测技术。该技术通过固定各声波接收换能器的间距,根据几何关系,使用检测得到的超声波声时和接收换能器的间距,即可计算得到桩身混凝土超声波波速,使其不再依赖于超声波发射端和接收端的间距,也不再需要拟合声测管管身曲线。通过有限元软件模拟接收换能器间距和声测管倾斜程度对检测结果精度的影响,结果表明该技术可以良好地适应超声波接收换能器间距和声测管倾斜斜率的变化,稳定保持较高的波速计算精度,解决声测管倾斜、偏位时造成的声速计算误差。     

基于高阶累积量的高精度时延估计算法

针对海洋探测中由于接收信号信噪比低并存在各种噪声干扰导致时延估计精度低的问题,提出一种基于二次相关和高阶累积量的具有多种噪声抑制能力的高精度时延估计新方法——SC-HOCS法。该方法首先对两路接收信号进行自相关和互相关处理,抑制部分高斯噪声,然后利用高阶累积量一维切片法对信号进行处理,抑制相关高斯噪声和非高斯色噪声,通过对接收信号的上述处理提高信噪比,最后结合希尔伯特变换对相关峰进行锐化处理,进一步提高时延估计精度。与广义相关法、二次相关法及高阶累积量一维切片法相比,该方法能很好地抑制相关噪声并且能在更低的信噪比下获得较好的时延估计精度,同时该算法计算量较小,可满足对数据实时处理的需求。计算机仿真和水池实验验证了该方法的有效性。该方法为海洋探测中低信噪比信号的高精度时延估计提供一种新的技术途径。     

TDC超声流量计设计中的同频噪声处理

介绍了一种基于TDC（Time—to—Digital Converter）传输延迟线法的时差法外夹式V型超声流量计的设计方法,分析了设计中存在的同频噪声的生成原因以及它对测量精度的影响;对同频噪声信号和待测信号进行建模,运用最大似然估计法对噪声的幅度、相位参数进行估计,给出同频噪声的消除算法;在同频噪声消除后,对待测信号的幅度、相他参数进行估计,利用估计结果给出TDC测时方法是否可用的判决函数,并给出TDC测时方法无法使用时的解决方案.     

自身相位噪声测量的分析

本文分析一种不需要参考（标准）信号源的相位噪声测量系统，该系统在被测通道里插入窄带晶体滤波器滤除被测信号的大部分噪声，作为参考信号再与被测信号进行比较，实现了信号源自身相位噪声的测量．本文还介绍一种自动相位噪声谱测量装置     

填脉冲法在非同频信号相位检测中的应用

采用"填脉冲式"相位测量方案设计的测相卡,可以测量信号在某一时刻的相位,并可以实现计数功能;对于频率不大于10kHz的信号,相位测量误差小于0.1°;对1kHz的信号测量实验表明测相卡的单次测量精度为0.045°;文章分析了主要的误差因素,并指出了设计中的注意事项.     

相似度距离耦合角度径向变换的图像配准算法

目的为了解决当前图像配准算法因利用l1距离或l2距离相似度测量手段来完成图像特征点匹配,使其忽略了相位信息,难以有效消除高斯噪声的影响,使其配准精度与效率不佳不足的问题。方法提出最优相似度距离耦合角度径向变换的抗噪图像配准算法。首先引入角度径向变换,以降低算法复杂度,快速提取图像的特征点。然后联合图像的幅度和相位信息,基于欧式距离测度,定义最优相似度距离测量模型,通过求解其全局最小值,对特征点完成匹配,提高算法的抗噪性能。最后将图像分割为内点与外点,择取6个内点,通过计算其变换矩的几何配准误差,改进随机样本一致策略,对匹配进行提纯,消除误配。结果仿真实验结果显示,与当前基于l1距离或l2距离相似度测量的图像配准技术相比,该算法具有更强的抗高斯噪声性能和更高的匹配精度,且算法时耗最短。结论所提算法能够精确完成图像特征配准。     

声波测井信号定向接收处理方法及校验

采用定向接收处理方法对一个接收阵列的不同阵元接收到的信号进行延时相加,调节阵列接收器中每个阵元所接收的声波信号的延迟时间使它们同相位叠加,可以有利于接收某一个特定方向的声波。对铝质模型井进行了声波测井的物理模拟,观察到了明显的滑行纵波和来自模型井外边界的反射纵波信号。采用定向接收处理方法对实验测量波形进行处理,明显加强了滑行纵波和反射纵波信号。     

超声波流量计的测量原理及误差分析

超声波流量计是一种非接触式测量仪表，由一次传感元件和二次显示仪表组成。它具有安装方便，无须对管道进行机械加工，不影响被测介质的流态，节约能源等优点。从管壁外测量管道内流动液体的流量是其它测量方法所不能及的特点，在大流量测量时其优点尤为明显。本文就时差法超声波流量计的应用及误差分析做一介绍。1工作原理时差法超声波流量计测量流量是目前应用较为广泛的方法，其测量对象主要是自来水、地下水、海水、轻质油等单一均匀的介质。它是通过安装在管道外壁的两只传感器相互发射和接收超声波信号，根据超声波在顺流方向和逆流…     

一种基于横摇稳定的多波束测深方法

针对阵列姿态变化造成深水多波束测深声纳测深误差问题,给出了一种基于横摇稳定的多波束测深方法。其基本思路是利用姿态数据实时地改变接收波束相控角,使得合成波束指向角稳定在较小的变化区间内,确保了波束形成后信号来自有效的波束宽度覆盖范围。通过发射时刻三维姿态和接收时刻横摇姿态解算得出波达时刻对应的合成波束指向角,进行声速修正和归位计算得到最终测深点的深度与位置。MATLAB仿真和实际海试数据处理结果表明,该方法能够获得期望方向附近的海底脚印覆盖并且达到较好的精度。     

2.4GHz无线电波的相位干涉测向研究

讨论了利用相位差测量2.4 GHz入射电磁波方位角和仰角的方法.在理想情况下分别对接收天线为三元阵和五元阵时对测向系统进行仿真,针对其测向精度比较二者的优劣性.对于五元阵接收到的信号所具有的“相位模糊”问题,采用“虚拟基线法”解相位模糊,提高测向精度.     

浅海目标辐射噪声测量中声聚焦现象引起的误差分析及修正

研究了浅海近距离声聚焦特性及其对目标辐射噪声测量的影响和修正方法。利用基于射线理论的虚源法,建立了典型声源和复合声源的声场计算模型,通过具体算例分析了声聚焦引起的测量误差,将单点测量模型和阵列多点测量模型进行对比,并进行湖上试验验证,结果表明阵列多点测量模型能有效的对信道空间传递函数平滑,为如何减小声聚焦对目标辐射噪声测量的影响提供了依据,有助于实际工程测量的数据分析和测量精度的提高。     

超声相控阵回波信号相位偏差的研究

在相控阵超声检测技术中,系统检测分辨率是系统性能的重要指标。影响该指标的因素是相控精度,即超声发射相控偏转聚焦与接收相控偏转聚焦的精度。但是在声束相控发射与接收的过程当中,检测材料以及检测系统等方面存在的扰动因素引起了超声检测信号的相位偏差。通过对造成检测信号产生相位偏差原因的具体分析,给出了偏差信号的模型,同时仿真研究了相位偏差对检测效果造成的影响。结果证明由于检测信号相位偏差的存在,系统的信噪比大大降低,系统性能下降。     

小管径超声波测压发射电路分析设计

超声波发射电路是超声测量系统的重要组成部分,直接影响系统的测量精度.在简单分析现有典型超声波发射电路的基础上,设计了基于电感的低功耗发射电路,通过模型分析推导出了电路产生的高压脉冲信号的表达式和模拟图型.实验表明调试后的电路可以产生幅值为668.6V、脉宽为2μs的高压脉冲信号,此信号能够有效激励超声换能器产生幅值为312.5V、脉宽为3μs的超声波.设计的电路可以广泛应用于小管径超声测压、测流、探伤中.     

填脉冲在非同频信号相位检测中的应用

采用“填脉冲式”相位测量方案设计的测相卡 ,可以测量信号在某一时刻的相位 ,并可以实现计数功能 ;对于频率不大于 1 0 k Hz的信号 ,相位测量误差小于 0 .1°;对 1 k Hz的信号测量实验表明测相卡的单次测量精度为 0 .0 4 5°;文章分析了主要的误差因素 ,并指出了设计中的注意事项。