激光气体分析仪中数字滤波器的设计

由于基于可调谐二极管激光吸收光谱（TDLAS）技术的激光气体分析仪的二次谐波信号中存在较大的系统噪声,本文利用有限长单位冲激响应（FIR）,提出了激光气体分析仪的二次谐波在线滤波方法。在分析FIR数字滤波器原理的基础上,利用MATLAB窗函数设计了适合本激光气体分析仪的数字滤波器。然后,将仿真的FIR数字滤波算法移植到激光气体分析仪嵌入式系统中。最后,比较了滤波前后二次谐波信号波形,说明了在激光气体分析仪嵌入式系统中采用基于FIR数字滤波器滤波算法的可行性。实验结果表明：FIR数字滤波器对一组二次谐波信号进行滤波的运算时间为230ms,滤波后的二次谐波信号波形获得了较好的去噪效果,能够满足激光气体分析仪对含有噪声的二次谐波信号进行平滑去噪的要求,且滤波算法结构简单、运算时间短、可移植性强。     

声光可调谐滤波器成像光谱仪实时预处理系统

为了快速实时地预处理声光可调谐滤波器（AOTF）成像光谱仪的数据,分析了AOTF成像光谱仪数据特点及预处理算法,采用数字信号处理器（DSP）作为核心器件代替传统的PC机处理平台,提出了一种基于两片ADSP-TS201的外部总线共享与链路口混合耦合的双DSP并行处理系统方案。结合实际需求,设计了流水线处理方式并合理分配预处理任务。用实验方法对系统的功能进行了验证,结果表明：双DSP并行处理系统完成一帧AOTF成像光谱仪数据的预处理仅需23.5 ms,比原有PC机处理速度提高了13倍左右,满足了实时性要求,促进了AOTF成像光谱仪系统化、模块化、小型化并兼具实时处理能力的发展。     

基于单片FPGA的多通道磁共振成像接收模块

提出了一种基于FPGA的多通道磁共振成像接收模块,能对多个独立通道的磁共振信号进行直接采样、数字下变频,以及数据流控制,并对其进行了成像实验. 设计中采用Xilinx公司的系统级DSP开发工具--System Generator对FPGA内部所有功能进行建模、仿真并生成相应的硬件描述语言. 模块的采样速率为80MSPS,能灵活实现1 kHz~1 MHz范围的可变接收带宽,适用于1 T以下的磁共振成像系统;在单片FPGA内完成1~4个通道采样信号的数字正交解调,抽取滤波和数据流的处理,并可扩展至8通道. 实验证明模块具有体积小,集成度高,可重构性强和成本低等特点,为磁共振成像谱仪的多通道接收系统提供了一种高性能的数字化解决方案.     

基于数据采集卡和GPU的MRI信号接收设计

针对磁共振成像(Magnetic Resonance Imaging,MRI)的信号接收,提出一种基于高速数据采集卡和图形处理器(Graphic Processing Unit,GPU)的接收方法.采样每一行数据时,在谱仪输出触发脉冲的控制下,数据采集卡对前置放大器输出的信号进行直接采样.然后,使用GPU并行实现数字混频、多级滤波抽取和图像重建.GPU具有很高的运算速度,信号处理过程中可以根据需要灵活地实现滤波器的组合.同时,数据全部采用双精度浮点类型,保证了很高的运算精度,提高了重建图像的信噪比.MRI实验证明了该信号接收方法的可行性.     

弹光调制非等相位干涉信号的快速光谱反演算法

在弹光调制傅里叶变换光谱仪(PEM-FTS)中,由于调制光程差的非线性,不能直接采用快速傅里叶变换(FFT)进行反演光谱,且直接计算开销过大。首先在Matlab软件中用非均匀快速傅里叶变换算法(NUFFT)对PEM非等相位干涉信号进行了软件仿真,其次设计了以TMS320C6713高性能浮点数字信号处理器(DSP)芯片为核心的光谱信息处理系统,实现了硬件上的光谱实时处理。研究表明,算法对光谱反演具有速度快、精度高等优点,1024点光谱反演的速度较直接运算的速度提高20多倍,反演精度可达0.78%。     

磁共振信号并行高速接收系统设计

针对低场磁共振成像系统,该文设计了一种紧凑灵活的信号接收方案,实现对多通道磁共振信号的高速采样与直接数字解调. 系统采用高速模数转换器(A/D)对磁共振信号直接采样;以单片数字下变频器(DDC)--AD6636, 完成4路采样信号的数字解调;以数字信号处理器（DSP）作为控制器,实现对AD6636的配置以及I/Q数据的读取. 信号采样频率可达100 MSPS,适用于1 T以下的系统. 实验证明该设计具有结构紧凑,采样速率高,配置方便快速,滤波器设计丰富灵活等特点,为磁共振成像谱仪的研制提供了一种高性能的信号接收方案.     

互相关自适应加权的医学超声成像算法研究

根据超声成像系统的超声回波信号互相关性,提出互相关自适应加权超声成像算法.该算法根据散射点回波信号之间的空间相关性设置加权系数,对不同位置的散射点进行自适应加权成像,从而降低了成像系统的旁瓣,抑制了相关性较差的噪声.通过Field II仿真的点目标和吸声斑目标处理结果表明该方法成像的横向和纵向分辨率高,成像速度快.相对于延时叠加(DAS)算法,该算法对散射点成像可提高对比度16 dB,对于吸声斑成像可提高对比度0.85 dB.最后采用完备数据集进行实验,结果表明该算法成像分辨率优于DAS算法,对比度提高了17 dB.     

基于FPGA+DSP的数字化LCR设计与实现

以矢量化伏安法为研究背景,设计出一种基于软件无线电思想的高集成度、通用性强的数字化阻抗测量系统。该测量系统采用现场可编程门阵列FPGA及高速浮点数字处理芯片DSP为主要处理器,通过EMIF外部总线拓展接口及强大数据处理能力,结合时钟、电源、DAC数模转换和ADC模数转换模块,形成了并行与浮点计算优势互补的数字信号处理系统,解决了数字化矢量伏安法基带信号的并行处理及复杂的浮点模型解算问题,该系统能具有体积小、精度高等特点,经过实际试验测试,该系统性能稳定,具有广泛的运用前景。     

DSP图像处理技术在空间瞬态光辐射定位探测中的应用

在分析空间瞬态光辐射信号成像特点的基础上,提出了一种在空间瞬态光辐射信号定位系统中，用高速浮点DSP芯片实现图像处理的方案.图像处理过程为：首先通过阈值分割滤除背景和弱噪音；然后根据目标信号的时空连续性进行目标识别以去除强噪音；最后对识别出的目标像点进行重心位置的提取.实验表明，该硬件图像处理方案具有高的实时处理性和定位准确性，可以很好的满足系统要求.     

磁共振成像信号的数字化接收系统设计

磁共振成像信号的采集是磁共振成像系统当中最重要的环节之一,设计性能良好的信号接收系统直接关系到成像质量的好坏. 本文根据磁共振信号强度弱、频率高、带宽窄的特性对接收系统进行了统一设计. 详细地对可控增益放大、高速A/D、数字解调以及抽样滤波器等几个部分进行了讨论,给出一整套设计方案,尤其对多级抽样滤波器,根据磁共振成像的性能需求和滤波器的不同特性给出了抽样系数分配和滤波器设计的一般方法. 根据该方案设计出的磁共振信号接收系统有较高的信噪比,已经应用在临床医疗诊断当中.      

基于系统辨识的平面光波导谐振腔滤波器仿真实验研究

分别用时域有限差分仿真算法和系统辨识算法对GaAlAs/GaAs单环谐振腔滤波器的滤波特性进行了仿真计算并进行了对比.结果表明：两种算法获得的滤波器的滤波特性基本一致,系统辨识算法比时域有限差分算法可节省一定的计算时间.以仿真模拟为基础,设计、制作了GaAlAs/GaAs平面光波导单环谐振腔滤波器.仿真计算的滤波器滤波特性与实际器件测试结果吻合较好,通带半宽约为13 nm.     

双通道回声抵消系统中改进算法的定点化实现

本文研究了双通道回声抵消系统的三个核心模块:频域多延时自适应滤波器算法(MDF),双端说话检测算法(DTD),以及残留回声抑制算法(RES)。针对频域算法的特点提出了改进的双端说话检测算法和基于维纳滤波与谱减法的残留回声抑制算法,然后以上述三种算法为核心模块实现双通道回声抵消系统,并对系统定点化以便在定点DSP处理器上实时实现,分析并解决了定点化的精度问题所带来的影响。     

基于区域分类、自适应滑动窗和结构检测的合成孔径雷达图像联合降斑算法

为了克服传统的基于合成孔径雷达(SAR)图像局部统计特性的降斑算法的缺点,提出了基于区域分类、自适应滑动窗和结构检测的联合降斑算法.首先,联合降斑算法对当前区域进行区域分类,并直接保留强边缘结构和点目标.接着,联合降斑算法对均匀区域和弱边缘结构区域进行滑动窗的自适应增长,从而获得合适的滤波窗口.最后,联合降斑算法对新的滤波窗口使用区域分类.如果滤波窗口属于均匀区域,则直接使用均值滤波;如果滤波窗口属于边缘结构区域,则进一步使用结构检测,并且选择窗口内的均匀子区域作为最终的滤波区域.降斑实验表明,联合降斑算 关键词： 区域分类 自适应滑动窗 结构检测 联合降斑算法     

光学加工过程中高次非球面的三坐标测量数据处理

三坐标轮廓检测是大口径高次非球面确定性加工过程中的主要面形测量手段。由于原始三坐标数据包含较大的检测误差,无法直接应用于加工过程,本文提出了一组数据处理算法对误差进行全面去除。首先,对获取的检测数据采用基于球心曲面重建的测头半径补偿算法进行测头半径误差补偿,然后对补偿后数据进行坐标系旋转平移误差去除,最后对提取的检测面形残差进行基于KNN的残差噪点过滤。其中,提出的基于球心曲面重建的测头半径补偿算法通过引入一个高精度的测头球心包络面拟合模型,来计算各检测点的测头半径补偿向量,仿真实验证明:算法补偿精度达到RMS<4 nm;提出的基于KNN的残差噪点过滤算法,通过采用插值方法提高样本空间密度和优化噪声度量值的计算,提高了噪点的识别敏感度并实现了噪点的自动化去除。最终根据整个误差清理算法构建了检测点云处理软件,应用实践表明其有效提高了镜面加工过程中检测点云的数据处理精度和效率。     

连通井磁场测距系统中信号处理与传输的研究

为了消除连通井磁场测距系统中高温高压、强震动恶劣环境对测量信号的影响,提高测量结果精确性,实现连通井磁场测距系统的精确定位功能,本文从传感器、AD选型、硬件信号调理电路、软件滤波等方面对所采集信号的处理问题进行了探讨,并对比分析了FIR和IIR两种滤波器。针对结构简单、耗时短、内存小的IIR滤波器的精度偏低问题,本文提出了一种采用整数与浮点替换式的运算、混合编程和程序结构改进的设计方案。实验表明,该方法的处理时间较原方法缩短了61.29%,数据精度相对可提高两个百分点,满足系统对时间和精度的要求。此外,为了减小测量短节与钻头附近的耦合效应的影响、提高信号传输的效率,本文在井上系统和井下测量系统之间的采用曼切斯特编码编码通信,提出了一种编解码硬件解决方案。     

An algorithm for designing a broadband active sound control system

Hitherto the filtering techniques used in active sound control systems have been analogue: these are rapidly becoming obsolete because of their lack of stability and versatility. The microprocessor gives digital techniques an edge both on grounds of convenience and economics; moreover the performance of digital filtering is far superior to that of analogue methods. An algorithm is presented which can be used to assess the optimum filter characteristics required for active sound control systems with a single degree of freedom. In the process the system is subjected to three random noise tests which directly yield the characteristics of the filter. The algorithm has been tried out in practical applications and shown to be both quick and convenient to use.     

X荧光分析仪中数字基线估计的研究

在数字化X荧光分析仪中,不稳定的基线电压,会直接影响到仪器的性能,造成能量分辨率下降。基于此,利用卡尔曼滤波算法,对数字化后的X射线荧光信号进行基线估计。由于现有的经典卡尔曼滤波、简化sage-husa和改进sage-husa算法模型进行基线滤波的效果都不佳,因此有必要对现有的算法进行改进和优化。提出双重遗忘法,建立新型的基于sage-husa自适应卡尔曼滤波算法模型。实验结果表明,利用该数学模型进行基线滤波,取得了很好的滤波效果。避免了滤波发散和基线收敛缓慢的问题,实现了脉冲基线恢复,提高了仪器的能量分辨率。     

用于三维傅氏轮廓术的一种自适应基频带通滤波器

介绍了傅氏轮廓术的基本原理,通过仿真与调相频谱分析,提出了一种新的自适应基频带通滤波器算法。利用此算法设计出了基频带通滤波器并用于傅氏轮廓术的位相提取。结果表明,相对于非自适应性的滤波器,使用本文设计的滤波器其三维面型测量精度可以提高5％,并且具有稳定的重复测量精度,在不受主观因素的影响下实现了实时三维面形重建。以螺纹钢面型为例进行了位相提取实验,实验中计算了面型测量精度,并与理论仿真精度进行比对与分析,得出的实验结果与理论仿真结果相一致,验证了该算法的有效性。     

基于率失真斜率提升的干涉多光谱图像压缩

提出了一种基于优化截取内嵌块编码的矩形感兴趣区域编码的干涉多光谱卫星图像压缩方法,不需要对小波域的系数进行提升,而是在码流组织时通过对多光谱区域自适应失真跟踪实现。解码器不需要进行小波域系数的逆提升,即可达到感兴趣区域的恢复质量要求。改变感兴趣区域的失真指标,只需要再次进行码流组织,而不需要重复进行优化截取内嵌块编码的T1编码,因此更为有效、灵活。同时提出了一种整型率失真斜率估计值快速算法,既可以保证率失真优化截取的精度,又避免了率失真斜率的浮点除法计算和浮点表示,降低了系统的复杂度。该算法适合干涉多光谱卫星图像压缩。