倒频谱原理及其在噪声分析中的应用

回声在时间信号的功率谱里给出了周期性的成份,使谱图脉动增大。利用倒频谱(Cepstrum),可将回声的影响消除,得到接近无回声影响的真实功率谱,以便在频域里对噪声进行更好的分析。本文介绍了倒频谱的基本原理,分析了混有回声信号形成的机理及其所造成影响的消除方法。对一台在无消声条件下测量到的车床床头箱的噪声信号,用倒频谱进行了分析处理,给出了分析结果。     

信号音检测在噪声消除系统中的实现

将噪声消除系统应用在手机的下行链路时,在消除环境背景噪声的同时,发现下行信号音失真。这是因为噪声消除系统中的VAD（Voice Activity Detection）算法对功率剧烈变化的信号音敏感造成的。经过详细研究信号音的时频特性,以及网络传输的误差因素,提出了一种新的适用于下行噪声抑制系统的信号音检测算法,这种算法利用每帧信号的频域功率变化和时域信号周期变化来检测信号音,经过理论评估和实际验证,该算法在不影响噪声消除系统的功能前提下,能准确地检测出信号音,从而避免了失真的发生。     

用电子学方法消除振源的振动和噪声

美国消除噪声技术公司(NCT)采用一种过程控制微机系统既可以抑制烟囱的废气噪声又可抑制机器引起的振动。该公司的NCT 2000系统以分析、预测其波形结构然后产生一“抗噪声”信号——与振源波形相位正好相差180°的波形以消除低频的振动与噪声,这个消波干扰使原始的振动和噪声被一“镜象”信号所消除,结果使二个波合成为零。NCT公司称此为“有源”法消除噪声。     

OFDM削波噪声迭代消除算法

高峰均功率比(PAPR)的OFDM信号通过功率放大器的时候会产生非线性干扰,同时降低了放大器的工作效率。传统削波算法可以降低信号的PAPR,但是会带来较大的频谱扩展。作为一种新的削波算法,误差削波可以在降低OFDM信号PAPR值的同时不带来任何频谱扩展。但是这种削波会给信号带来更大的带内干扰噪声。提出了一种OFDM削波噪声迭代估计和消除算法,它能有效的消除由于误差削波带来的噪声。新方法通过建立削波噪声模型,在接收端根据该噪声模型用迭代的方法重新产生削波噪声。仿真结果表明,使用削波噪声消除算法后,使得系统的误码率性能接近未削波信号的水平。     

本地干扰存在情况下频域自适应回声抵消算法的改进

1引言 在回声抵消系统中,当本地有干扰声源时,回声抵消系统的性能将恶化[1][2].对于本地话语引起的干扰,双边讲话检测器(DTD)是解决该问题的途径之一,但若本地的干扰是持续的,该方法将不可行.Jenq和Hsieh介绍了引入持续的舒适性噪声进行回声通道建模的理论[3];M.R.Asharif利用远端和本地信号的相关性建立了相关最小均方(CLMS)算法和扩展相关最小均方算法(ECLMS)[4].但是,前者在小建模噪声下收敛慢,需要先在无干扰情况下收敛到稳定状态才能良好工作,后者被证实和NLMS算法等价,在小更新步长下完成收敛,因此收敛速度太低而没有实用价值.对于本地持续噪声引起的干扰,本文提出了选用优化的更新步长和交迭系数来使得频率算法能够在有本地干扰的情况下对回声的抵消有良好效果.     

光纤水听器系统光纤传输噪声的自适应消除

传输光纤引入的偏振和相位调制噪声给光纤水听器远程传输系统带来严重影响.论文提出使用一个声压和加速度不灵敏的参考探头来获取传输光纤引入的公共噪声,并将该噪声进行自适应滤波处理来估计和消除传感探头中传输噪声的方案.实验结果表明,归一化最小均方误差(NLMS)自适应算法对冲击传输光纤引入的宽带偏振噪声抑制最大达20 dB;对传输光纤中大幅度的单频连续相位调制噪声抑制达20 dB;自适应滤波基本消除了传输噪声的影响,并且完整保留了传感探头中的仿真信号.实验同时证明,自适应噪声消除的结果优于直接将参考探头与传感探头信号相减的噪声抑制效果.     

A TDOA location scheme using interference cancellation in LTE systems

为长期演进计划(LTE)通信系统提出了一种采用干扰消除技术来改进信号到达时间差(TDOA)的移动台定位方法.该方法针对移动台在靠近小区中心时接收邻近小区基站信号会受到服务基站和其他基站信号以及噪声的干扰,从而导致定位精度下降的情况,首先在信号接收端重建干扰并且从接收信号中对其进行消除,然后基于正交频分复用(OFDM)通信系统使用相关估计法估算信号传播时间,最后通过加权最小二乘法估算移动台的位置坐标.在多径传播以及非视距(NLOS)传播无线环境中,仿真实验证明,采用该方法可以有效改善靠近小区中心的移动台的定位精度.     

基于抗串扰自适应噪声抵消器的参考输入预处理ANC系统

针对有信号存在情况下的声场有源噪声抵消(ANC)应用,提出了一种能够在降低声场干扰噪声的同时,尽量减小信号失真的ANC系统.通过抗串扰自适应噪声抵消器(CRANC)对传统ANC系统的参考输入进行预处理,降低了ANC系统中信号和噪声之间的相互干扰,在理论上保证了系统具有声场信噪比提升能力.理论分析和仿真对比实验表明,该系统比现有系统具有更可靠的信号背景下ANC能力.     

利用欠阻尼二阶线性随机共振抑噪的模型设计及实现

以经典力学模型——质量-阻尼-弹簧欠阻尼二阶线性系统为研究对象,当系统的阻尼系数和固有频率同时受乘性高斯噪声干扰时,利用此系统产生的随机共振来消除此类噪声.理论分析表明,欠阻尼二阶线性系统中存在随机共振现象,系统的平均输出幅度增益呈现非单调变化,不仅在一定条件下大于无噪声时的增益,而且调节适当的系统参数和噪声强度能够提高幅度增益.因此,采用可视化仿真软件SIMULINK建立仿真模型,并进行实例模拟.仿真进一步表明,通过调节适当的系统参数或噪声强度,使系统处于共振区域,就会把夹杂在噪声中的被测信号突现出来,从而实现了弱信号的检测,证实该方法消除乘性噪声的可行性和有效性.     

一种自适应噪声抵消系统的仿真与设计

自适应噪声抵消系统是基于自适应滤波原理的一种扩展,它能从被噪声干扰的环境中检测和提取有用信号,抑制或衰减噪声干扰,提高信号传递和接收的信噪比质量。研究常用噪声消除算法,并仿真验证系统设计和所选自适应算法的可行性,最后应用DSP技术设计一个自适应噪声抵消系统,使其能消除含噪语音信号中的背景噪声,达到提高语音信号质量的目的。     

Range accuracy limitation of pulse ranging systems based on Geiger mode single-photon detectors

Geiger mode single-photon detectors have been used in pulse ranging system and three-dimensional imaging systems due to high sensitivity and easy integration. The ranging accuracy and precision is influenced by many factors. Based on statistical theory, five main factors are discussed in this article, namely, echo signal intensity, pulse width, detector quantum efficiency, target position, and background noise. An analytical relationship among the ranging accuracy, precision, and these factors is obtained for a Q-switched laser pulse. Through this relationship, it is shown that the echo signal intensity and pulse width are more important than other factors and higher echo signal intensity and narrower pulse width can result in better accuracy and precision.     

水下目标回波的块信号稀疏分解方法

基于匹配追踪的稀疏分解方法原理简单,在工程实际中应用广泛,但其计算量大,重构精度也不够理想。针对此问题,利用水下目标回波信号的块稀疏特性,提出了水下目标回波的块信号稀疏分解方法。首先基于水下目标回波和块稀疏信号的基本理论,结合回波信号仿真结果,分析了水下目标回波信号的块稀疏特性;然后,充分考虑回波信号本身的稀疏结构,利用信号分块和原子分块的思想,针对水下目标回波提出了块信号的稀疏分解和块匹配追踪重构算法,并从理论上对其计算复杂度进行了分析;最后,采用仿真实验的方式,与传统方法进行对比。结果表明,该方法大大减少了计算量,提高了重构精度。     

Intervening attenuation affects first-order statistical properties of ultrasound echo signals

Previous studies show that first-order statistical properties of ultrasound echo signals are related to the effective number of scatterers in the "resolution cell" of a pulse-echo ultrasound system. When the effective number of scatterers is large (~10 or more) this results in echo signals whose amplitude follows a Rayleigh distribution, with the RF echo signal obeying Gaussian statistics; deviation from Rayleigh or Gaussian statistics yields information on scatterer number densities. In this paper, the influence of the medium's attenuation on non-Gaussian properties of the echo signal is considered. Preferential attenuation of higher frequency components of a pulsed ultrasound beam effectively broadens the beam and increases the resolution cell size. Thus, the resultant non-Gaussian parameter for broad bandwidth excitation of the transducer depends not only on the scatterer number density but also on the attenuation in the medium. These effects can be reduced or eliminated by using narrow-band experiments.     

基于超声相控技术的船舶吃水测量方法

为了解决内河船舶因超吃水引起的通航阻塞以及船舶安全问题,提出一种基于超声相控技术的船舶吃水测量方法。以超声相控技术为理论基础,通过控制一维线型超声相控阵列换能器发射聚焦声波,实现对目标船舶的相控扫描,获取各扫描点的回波信号;利用匹配滤波算法对回波信号进行滤波,改善信噪比;利用阈值法提取回波信号的时延;利用渡越时间法,计算出扫描点到各发射振元中心的距离,利用双曲交汇法计算出扫描点的空间坐标;分析回波信号幅值和扫描点位置坐标即可得到船舶吃水深度。为验证方法的可靠性,搭建了小比尺船模吃水测量实验系统,分析了110~140 mm不同吃水深度下的实验结果,计算了实际吃水与测量吃水间的相对误差。实验结果表明,使用匹配滤波法处理后的回波信号信噪比从15.26 dB提高至36.39 dB,实验时,最大相对误差出现在船舶实际吃水130 mm时,绝对误差为2.3 mm,相对误差为1.7%。     

基于超声回波能量峰值点拟合的气体超声波流量计信号处理方法

针对气体超声波流量计信号处理中难以找到稳定特征点的问题,从回波信号能量的角度出发,研究了回波信号能量的变化规律。回波能量信号轮廓的上升段中间部分比较稳定且中间部分包络线斜率相对较大,近似一条直线。因此,提出一种基于回波能量峰值点拟合的信号处理方法,即连接回波能量信号上升段相邻的峰值点并求得各连线的斜率,选取斜率较大的4条连线作为特征直线,将这4条特征直线对应的右端点作为特征峰值点,并拟合成一条直线,以该直线与x轴的交点作为特征点,从而计算出超声波的传播时间。在基于FPGA和DSP的双核心系统上实时实现该信号处理方法,并在国家认可的检测机构进行标定实验,结果表明:基于回波能量峰值点拟合信号处理方法的双声道气体超声波流量计系统达到1级精度,可测流量范围为30~1200m³/h。     

桥式推挽结构超声激励电路性能分析

基于桥式推挽结构,设计了由两路正向单脉冲电压产生双极性电压效果的电路,提高了激励信号的能量,为超声无损检测激励电路的负向耐压低、供电电源复杂等问题提供了解决方案。该方案包括硬件实现和相关实验验证。脉冲回波检测实验结果证明:桥式推挽结构的超声激励可以提高回波的幅度,在相同实验条件下,回波幅度为单极性方波脉冲激励的两倍,等效于双极性方波脉冲激励的效果。该文方法可以提高超声激励电路的性能,为高性能便捷式超声激励系统的设计提供了理论和实验依据。     

基于递归分析的微裂纹缺陷超声检测技术研究

为准确检测金属构件微裂纹缺陷,采用超声脉冲反射法对金属试块进行检测,并提取超声背散射信号进行分析。通过对背散射信号进行简单的建模,说明其组成要素。由于背散射信号的非线性特征,缺陷回波信号会对系统的递归特性产生影响;在此基础上提出了基于递归分析的方法分别对含人工微裂纹缺陷金属试块的无缺陷区、单裂纹区及双裂纹区背散射信号进行检测研究;通过合理的参数选择,对采样信号进行递归分析并绘制递归图;对比含缺陷信号与无缺陷信号,发现前者会在递归图中产生明显的白色交叉条纹带。使用递归定量分析进一步研究了含缺陷背散射信号的递归特征量。结果表明多种特征量对缺陷回波信号比较敏感,其中递归率(RR)和捕获时间(TT)在缺陷位置有明显的特征。     

复杂结构回声信号模拟器的设计

介绍了一种利用DDS技术设计的复杂结构信号模拟器,它可以模拟多种地层回声或复杂结构的信号,同时重点介绍了DDS技术,并以结构复杂的地层回声信号为例介绍了信号模拟器的基本原理及构成,本文所述的复杂信号模拟器的设计方法具有普遍意义。     

混沌序列在深海多波束高Ping发射中的应用

基于波束形成方法的相控发射可以向不同方向以小延时连续高Ping率发射信号,由于海底底质分层结构的变化,在接收端极易发生回波信号混叠。提出了使用混沌序列克服这一问题,建立了混沌序列筛选流程及编码模型;分析了Logistic序列、Tent序列及Chebyshev序列的相关特性,确定了Chebyshev序列在三者中相关性能最好。使用Chebyshev序列进行调频生成序列,并进行了仿真和水池实验,验证了混沌调频编码信号对混叠信号具有良好的分离能力。     

Signal matching wavelet for ultrasonic flaw detection in high background noise

The wavelet transform (WT) is widely used in ultrasonic flaw detection (UFD) systems because of its property of multiresolution time-frequency analysis. Those traditional WT-based methods for UFD use a wavelet basis with limited types to match various echo signals (called wavelet matching signals), so it is difficult for those methods to achieve the optimal match between echo signal and wavelet basis. This results in limited detection ability in high background noise for those WT-based methods. In this paper, we propose a signal matching wavelet (SMW) method for UFD to solve this problem. Unlike traditional UFD systems, in the proposed SMW, the transmitted signal is designed to be a wavelet function for matching a wavelet basis. This makes it possible to obtain the optimal match between the echo signal and the wavelet basis. To achieve the optimal match from the aspect of energy, we derive three rules for designing the transmitted signal and selecting the wavelet basis. Further, the parameter selection in applying the proposed SMW method to a practical UFD system is analyzed. In addition, a low-rate discrete WT structure is designed to decrease the hardware cost, which facilitates the practical application of the proposed SMW. The simulation results show that the proposed SMW can efficiently detect flaws in high background noise even with SNR lower than -20 dB, outperforming the existing methods by 5 dB.