波长调制光谱检测下限计算方法的研究

在基于波长调制光谱技术的大气痕量气体检测下限计算方法的研究中,全面准确地描述吸收信号及噪声的大小极为重要。为了探讨半导体二极管激光器在进行波长直接调制时伴随产生的残余振幅调制噪声对检测下限的影响,在理论推导中采用了一种同时考虑波长和振幅调制的二次谐波信号分析及提取方法,以二次谐波信号峰谷差值作为系统的检测信号,对可调谐二极管激光器吸收光谱检测系统的信噪比和检测下限进行了理论分析,取得了洛伦兹吸收线型条件下残余振幅调制噪声对系统信噪比和检测下限的影响的精确计算数据。结果表明,在吸收线的线宽较大的检测条件下,残余振幅调制噪声是影响检测下限的重要因素。     

频率-振幅调制相位差对TDLAS 2次谐波线型的影响

为了研究频率-振幅调制(FM-AM)间相位差对TDLAS 2次谐波信号及线型的影响,采用考虑残余振幅调制的波长调制光谱技术计算方法,推导出了考虑FM-AM相位差的2次谐波信号的理论计算公式,并模拟计算了FM-AM相位差对谐波信号线型造成的影响。结果表明,2次谐波信号正峰值、左右负峰值、基线值均随FM-AM相位差发生变化,而左右负峰的间距不受其影响,保持不变。该计算结果对TDLAS气体检测有重要的意义。     

剩余振幅调制对波长调制光谱信号线型的影响

在基于可调谐二极管激光吸收光谱技术的痕量气体检测中,波长直接调制时剩余振幅调制也会伴随发生,并对检测信号的线型和系统噪声产生严重影响。为了探讨剩余振幅调制对波长调制光谱二次谐波信号线型的影响,采用同时考虑振幅调制和波长调制两种影响因素的计算方法,理论分析出二次谐波信号的计算公式,与仅考虑波长调制的信号计算方式进行同条件线型计算比对,取得了二次谐波信号基线和正负峰值随剩余振幅调制的变化数据。结果表明,剩余振幅调制的大小对检测信号的线型和信号基线有直接影响,采用这种方法计算得出的二次谐波信号线型更贴近实际检测。     

基于波长调制法的氢气激光检测参数优化分析

基于仿真平台,搭建了TDLAS氢气检测系统,对4 712.905 cm＿1处的吸收光谱进行调制并利用锁相放大器提取出二次谐波信号。通过比较不同激光调制参量对二次谐波信号波形的影响进而选取最佳参数,调制幅度参量取值范围为0.1～0.35 V,观测二次谐波波形,结合波峰和波形对称性两个评估条件,确定最佳调制幅度为0.25 V。调制频率参量取值范围0.5～30 k Hz,结合二次谐波信号幅值和对噪声的抑制效果两个评估条件,选取调制频率为10 k Hz。结果表明,通过激光调制参量的优化选择可以获得更理想的二次谐波信号。该研究为开展氢气激光检测TDLAS系统调制参数的选取提供了理论依据,对改善实际应用中系统测量精度提供理论指导。     

基于波长调制光谱技术的二氧化碳浓度测量

以可调谐激光二极管吸收光谱技术为基础,结合波长调制光谱技术,对不同体积浓度的二氧化碳气体进行检测。分别分析正弦波调制信号的不同调制电压及调制频率对二次谐波信号波形及峰值的影响。结果显示当调制电压为0.25 V、调制频率为10 kHz时,得到的二次谐波信号较好。在此基础上,利用实验室中搭建的单光路测量系统对不同浓度的CO2气体进行检测,得到气体浓度与二次谐波峰值线性相关系数为0.998,系统的检测极限为450 ppm。研究为该类系统调制系数的选择提供了实验依据,为工业应用打下了基础。     

可调谐激光光谱的理论及实验研究

为了准确快速地检测气体浓度,对可调谐激光光谱技术及其主要噪声来源进行了分析。理论分析可知,偶次谐波分量在谐振位置有最大值,且幅度逐次下降,因此采用二次谐波检测的方法来获取气体浓度。剩余幅度调制和干涉信号是系统的两大影响因素,通过数学推导,得到了二者谐波分量的表达式,并给出了相应的抑制方法。     

光谱线宽对可调谐激光调制吸收光谱技术测量CO2浓度的影响

在利用可调谐激光调制吸收光谱技术进行测量时,气体参量改变将导致线宽变化,从而影响二次谐波信号峰值的大小.针对于Lorentz线型,给出了线宽变化对二次谐波峰值影响的理论分析及利用二次谐波信号峰谷比值进行修正的方法.在10 cm的吸收池内利用1578.22 nm处的吸收谱线对CO2进行了测晕,在不同调制幅度下验证了不同工况中线宽对二次谐波信号的影响.结果表明,利用二次谐波峰谷比值确定调制系数进行修正可有效地减小由于工况改变时线宽变化对测量带来的影响,当压力由1.0×105Pa变化至1.5×105Pa时,修正前后的测量相对误差分别为34.3%与1.8%;当气体体积分数在20%～100%变化时,修正前后的平均误差分别为12.8%与1.8%.     

偏置信号和噪声对单模激光随机共振的影响

为了研究激光系统的性质,采用色抽运噪声和实虚部关联的量子噪声驱动的单模激光损失模型,用线性化近似方法,对单模激光系统的输出光强信噪比进行了理论分析;并具体分析了调制信号振幅、低频调制信号频率、高频载波信号频率、量子噪声强度、抽运噪声强度以及量子噪声实部、虚部间的关联系数对系统随机共振的影响。结果表明,信噪比随激光系统净增益系数存在随机共振现象。此结果对优化激光动力学提供了理论依据。     

可调谐半导体激光波长调制光谱信号分析

波长调制光谱是一种高灵敏光谱检测技术,针对典型应用条件的精确信号分析模型可以为光谱检测系统的设计和优化提供依据.在Fourier分析的基础上给出了可调谐半导体激光波长调制光谱技术的理论描述.分析了可调谐半导体激光正弦频率调制情况下WMS各次谐波信号特征,研究了激光幅度调制对谐波信号的影响,以及由系统光学表面标准具效应引入的背景噪声与量化描述.分析方法不受调制幅度的限制,适合于不同条件下波长调制光谱分析和背景信号的定量分析.     

突发信号盲存在性检测的两种算法

本文从频率域和广义频率域研究了复数高斯白噪声信道中突发信号的存在性检测问题,分别提出了基于频率域短时傅氏变换幅度谱熵和基于广义频率域奇异值分解的检测算法,并与时间域的短时能量算法进行了比较.仿真结果表明谱熵法具有较好的鲁棒性,特别是在低信噪比时能够获得较高的检测概率,并且受突发信号调制方式等参数的影响较小.奇异值算法与短时能量法相比更适用于采用QAM调制的突发信号.     

SNR Estimation in OFDM System by the Correlation of Decision Feedback Signal

In the channel-varying environment, it is very important to estimate the signal to noise ratio (SNR) of received signal and to transmit the signal effectively for the modern communication system. The performance of existing non-data-aided SNR estimation methods are substantially degraded for high level modulation scheme such as M-ary amplitude and phase shift keying or quadrature amplitude modulation. In this paper, we propose a SNR estimation method which uses zero point auto-correlation of received signal per block and auto/cross-correlation of decision feedback signal in orthogonal frequency division multiplexing (OFDM) system. Proposed method can be studied into two types; Type 1 can estimate SNR by zero point auto-correlation of decision feedback signal based on the second moment property. Type 2 uses both zero point auto-correlation and cross-correlation based on the fourth moment property. In block-by-block reception of OFDM system, these two SNR estimation methods can be possible for the practical implementation due to correlation based the estimation method and they show more stable estimation performance than the previous SNR estimation methods. Also, we mathematically derive the SNR estimation expression according to computational difference of auto/cross-correlation. Finally, Monte Carlo simulations are used to verify the proposed method.     

Corona Based Optimal Node Deployment Distribution in Wireless Sensor Networks

This paper shows the trade off between different modulation techniques such as multi level quadrature amplitude modulation, multi level phase shift keying, and multi level differential phase shift keying for upgrading direct detection optical orthogonal frequency division multiplexing systems with possible transmission distance up to 15,000 km and total bit rate of 2.56 Tb/s. The 2.56 Tb/s signal is generated by multiplexing 64 OFDM signals with 40 Gb/s for each OFDM. Variations of optical signal to noise ratio (OSNR), signal to noise ratio (SNR), and bit error rate (BER) are studied with the variations of transmission distance. Maximum radio frequency power spectrum, and output electrical power after decoder are measured for different multi level modulation techniques with carrier frequency. It is observed that multi level QAM has presented better performance than multi level PSK and finally multi level DPSK in optical OFDM systems. Maximum output power after decoder is enhanced with both 32-PSK, and 64-QAM. Quadrature signal amplitude level at encoder is upgraded with 64-QAM. It is noticed that OSNR, SNR, and BER are improved using 4-QAM OFDM system than either QPSK or 4-DPSK.     

外腔式二极管激光器的低频电压波长调制和谐波探测的实验研究

对单模、可调谐外腔式二极管激光器采用调节激光外腔压电电压的方法实现波长调制 ,利用数字锁相放大器处理光谱信号的高次谐波。通过对 Cs原子 D2 线的谐波探测证明用高于二次的高次谐波探测气体的直接吸收光谱可以获得更高的分辨率和信噪比。     

对数变换-波长调制光谱在气体检测中的应用

为了提高痕量气体检测的稳定性并扩大动态范围,引入对数变换方法和差分检测电路,对常规波长调制光谱技术进行了改良。在使用锁相放大器提取与气体吸收相关的谐波信号之前,由自制的接收器完成对数变换和差分检测功能。通过对数变换,使激光强度调制与气体吸收引起的光功率衰减量实现了分离,再利用差分检测消除前者。受益于此双管齐下的策略,理论上可以捕捉吸收光谱的任意阶谐波分量,并且免受剩余幅度调制和谐波畸变的影响。为了验证理论,对NH3的P（6）吸收谱线的二次谐波进行了采集。在296 K的环境温度、1.01105 Pa的总压力和24.5 cm的有效光程下,假设信噪比降低为1时推导得到的理论检测下限为0.7 ppm（1 ppm=10-6）。以上结果表明该方案是痕量气体检测应用的一种理想选择。     

一种红外气体检测中谐波信号锁相放大器的设计

基于波长调制光谱技术,本文设计了一种采用键控法进行相敏检测的二次谐波信号锁相放大器。与传统相敏检测方法相比,键控法相敏检测简化了电路的设计,降低锁相放大器的成本。本文利用MATLAB软件对设计搭建了仿真模型,包括带通滤波器、相敏检测器、低通滤波器等部分。通过对模型进行仿真验证了该设计,在二次谐波信号幅度为01 V,高斯带限白噪声方差为10时,输出最大误差在2以内,且具有良好的线性度。通过仿真表明该方法能够用于气体浓度检测,且方法简单,性价比高。     

Study on hybrid pattern recognition algorithm for modulated signals

A combined feature extraction and recognition method is proposed based on higher-order spectrum, cyclic spectrum and time-frequency characteristics. In the application of this method, α-dimensional features, quadratic spectral characteristics and Fourier transform spectral characteristics of the signal are used to extract three characteristic values including the envelope means (EM) of α plane, the recursive normalized frequency component detection value (RNFCDV) and the quadratic spectrum normalized frequency component detection value (QSNFCDV), which have the merits of less identification parameters, insensitive to noise, less computation, high recognition rate, and multi-species identification. With this method, simulation results show that the recognition rate is more the 98% with the signal to noise rate (SNR) not less than 6 dB. And the performance of this method is better than the common recognition algorithms. There are eight types of signal, such as amplitude modulation (AM), phase modulation (PM), amplitude shift keying (ASK), frequency shift keying (FSK), phase shift keying (PSK), minimum shift keying (MSK), quadrature amplitude modulation (QAM) and direct sequence spread spectrum (DSSS), have been used to validate the feasibility of the method.     

无源双基地雷达直达波脉冲丢失与相位突变影响分析

 针对利用天线在方位上机械扫描的脉冲雷达为外辐射源的特殊性,首先分析了发射天线主波束在目标驻留时间内,从其副瓣波束截获的直达波存在脉冲丢失或/和180°相位突变的现象,然后分别推导了互模糊函数峰值输出与脉冲丢失总数、相位突变及其对应脉冲序数间的理论关系,并仿真分析了脉冲丢失或/和相位突变对信噪比损失和多普勒频率估计的影响.由仿真结果发现,脉冲丢失或/和相位突变引入的最大信噪比损失约为4 dB,对应的最大多普勒频率估计误差约为频率分辨单元的0.75倍,且其变化规律与理论分析结果相同.