基于最小相位法的屏蔽电缆瞬态响应分析方法

为了分析屏蔽电缆在电磁脉冲作用下的时域响应,对基于最小相位法的频域等效方法进行了研究。首先,通过建立转移阻抗测试系统的电路模型,推导系统的频域传递函数,并验证其为最小相位系统与全通系统的级联;其次,采用最小相位法,对测得的幅频曲线进行相位重构,根据推导的传递函数的零、极点分布,对重构的最小相位传递函数进行相位补偿;最后,将补偿后的传递函数与瞬态干扰信号在频域相乘后变换到时域,得到了屏蔽电缆的时域响应。仿真及实验结果验证了该方法的有效性。     

在波形网络中融合相位信息的骨导语音增强

已有骨导语音增强算法重点关注语音幅度谱增强,在波形合成时会因为相位不匹配导致语音质量下降。为解决该问题,提出了一种融合相位信息的波形网络(WaveNet)模型实现骨导语音增强波形生成。该方法以频带扩展WaveNet为基础,融合骨导语音相位谱信息与增强的语音幅度谱作为模型的条件特征,根据融合特征生成增强语音波形,实现了相位信息的有效利用。仿真实验综合对比了群时延谱和瞬时频率偏差谱相位特征,主客观结果表明,不论是采用串联融合还是卷积融合方式,骨导语音相位信息均有效补充了原有幅度谱条件特征,改善了语音增强效果。利用串联方式融合群时延谱特征可得到最佳结果,相比于原始骨导语音,平均意见得分(MOS)提升了约54.3%。      

啁啾脉冲频域干涉仪相位重建方法的理论研究

理论研究了啁啾脉冲频域干涉仪的时域相移重建技术,对于接近实际的频谱干涉条纹,分别采用傅里叶变换和小波变换的方法完成了时域相位扰动信号的重建。傅里叶变换方法产生的重建误差受到滤波参数的影响,相对而言,小波变换方式解谱过程中,不需要进行特意的滤波操作,从而避免了重建结果存在误差不确定性的问题。     

高空核爆电磁脉冲穿透电离层数值计算

 电离层对电磁脉冲传播的影响可以用一个频域的电流密度来描述,在时域则等效为一附加的电流密度和电导率。推导了附加电流密度和电导率在时域的表达式,它们是电离层参数和作用电场的函数,并以差分方程的形式给出。高空核爆电磁脉冲(HEMP)的计算是在时域进行的,将该电流密度和电导率计算方法应用于HEMP产生和传播的自洽计算中。作为算例,计算了100 km高空核爆电磁脉冲产生和向上传播的3种情况,并对计算结果进行了比对分析。计算结果表明:电离层时域计算方法与核爆电磁脉冲计算方法的结合是合理有效的,爆点上方考虑电离层影响的HEMP要比不考虑电离层影响的结果小得多。     

高空核爆电磁脉冲波形标准及特征分析

 目前，国际上已有美军标、国际电工委员会、Bell实验室及各种学术出版物等各种高空核爆电磁脉冲波形标准。综述了这些标准，并从时域参数、频谱、归一化累积能流谱、总的能量密度等几方面研究其异同性。比较后认为，IEC61000-2-9和MIL-STD-461E表述的新标准要比1976年出版物波形和Bell实验室波形的频谱范围宽，对电子系统的小孔缝耦合效应稍强，但对多数效应物尤其是线缆引入的传导耦合，损伤程度则相对弱化。最后，分析了由于HEMP波形表述形式变化，给EMP模拟器和效应研究带来的影响和新动态趋势。     

相位信息在物理信号检测中的重要作用

近年来,相位信息在物理信号检测中的重要作用正越来越为人注目。一般说来,物理信号既可在时域中表示,亦可在频域中表示。在频域中,信号将由各频率分量的振幅和相位两部分信息组成。X线晶体衍射、声音频谱分析、激光全息测量和图象信号处     

考虑参数不确定性的高空电磁脉冲E1分量环境计算及分析

高空电磁脉冲的早期分量幅值高、频谱宽、分布范围广，是高空核爆的电磁效应的重要组成部分。分析了国内外高空电磁脉冲早期分量仿真计算法的研究进展，并选取基于高频近似并考虑电子与电磁场自洽作用的EXEMP算法进行详细介绍，通过数值计算结果总结了高空电磁脉冲的时域波形和空间分布随场源当量、爆高等参数变化的规律，与IEC标准约定的波形时域和空间特征一致。针对HEMP计算中部分参数的不确定性，分析参数取值偏差和波动对电磁脉冲计算结果的影响，使用多项式混沌方法联合Sobol全局敏感度指标对其进行不确定量化，得到电磁脉冲关键值可能分布的上下界、分布的概率密度等信息，分析各参数在特定取值范围内对电磁脉冲特征参数的影响及联合影响。     

采用L1/2稀疏约束的梅尔倒谱系数语音重建方法

提出了一种利用L_1/2稀疏约束从梅尔倒谱系数重建语音时域信号方法。从梅尔倒谱系数估计语音幅度谱是一个欠定问题,现有的方法均采用幅度谱最小均方误差估计或采用L1正则化进行幅度谱的稀疏约束。相比于L₁正则化模型,L_1/2的稀疏约束特性更强,为此,本文在从梅尔倒谱系数估计语音幅度谱时引入L_1/2正则化约束,并利用求解的稀疏幅度谱估计相位谱,最后利用估计的频谱重建时域语音信号。实验结果表明,与幅度谱最小均方误差法相比,本文算法所估计出的语音信号具有更高的语音质量;在噪声环境下进行语音重建实验,与L₁正则化幅度谱估计方法相比,本文算法重建的语音质量更好,表现出更好抗噪性。      

纳秒电磁脉冲测量用D-dot探头设计及实验

为测量高空核爆炸电磁脉冲(HEMP)模拟器中脉冲电场波形(峰值电场大于50kV/m、上升时间小于2.3ns),设计了一种新型圆锥形D-dot探测器。介绍了D-dot探头的工作原理,分析了探头与传输电缆的阻抗匹配条件,确定了探头的结构、尺寸等参数。D-dot探头测量脉冲电场的一阶微分信号,通过积分器积分和数字积分两种积分方式获得脉冲电场信号。测量电磁脉冲实验结果表明,积分器积分和数字积分两种积分方式都能恢复脉冲电场波形,其中数字积分效果更好;与有源光纤电场测量系统实验测量结果相比,该Ddot探测器更适合测量纳秒级快前沿的电磁脉冲波形,满足测量快前沿HEMP信号的设计要求。     

两种高空核爆电磁脉冲电缆耦合效应的比较

 有关高空核爆电磁脉冲(HEMP)的标准，我国推荐的1976 HEMP和IEC推荐的1996 HEMP的早期波形是不同的。针对两种HEMP标准，采用传输线方程计算了不同长度电缆受HEMP影响的情况，结果表明电缆的1976 HEMP早期耦合效应较1996 HEMP早期耦合效应要严重的多。     

Complex-wave retrieval based on blind signal separation

In the process of the reconstruction of digital holography, the traditional methods of diffraction and filtration are commonly adopted to recover the original complex-wave signal. Influenced by twin-image and zero-order terms, the above-mentioned methods, however, either limit the field of vision or result in the loss of the amplitude and phase. A new method for complex-wave retrieval is presented, which is based on blind signal separation. Three frames of holograms are captured by a charge coupled device (CCD)camera to form an observation signal. The term containing only amplitude and phase of complex-wave is separated, by means of independent component analysis, from the observation signal, which effectively eliminates the zero-order term. Finally, the complex-wave retrieval of pure phase wavefront is achieved.Experimental results show that this method can better recover the amplitude and phase of the original complex-wave even when there is a frequency spectrum mixture in the hologram.     

Proposal for Fourier-Transform Phase-Modulation Fluorometer

I propose a concept of a novel Fourier-transform phase-modulation fluorometer by which a fluorescence decay waveform can be obtained. In the fluorometer, the modulation frequency of the excitation light source is swept continuously from a start frequency f_min to an end frequency f_max with a time duration T. The resultant fluorescence signal waveform is Fourier-transformed to obtain amplitude and phase spectra. The ratio of the amplitude spectrum and the difference of the phase spectrum over those of the reference spectra that are obtained from a non-fluorescent material are calculated, respectively, and the pair of both spectral data is inverse-Fourier-transformed again to obtain the fluorescence decay waveform. To verify and demonstrate the effectiveness of the concept, I carried out (1) numerical simulations, (2) determination of a time constant of a passive resistor-capacitor (RC) differential circuit, and (3) measurement of a fluorescent decay waveform of YAG materials packed in Nichia’s white LED.     

采矿混响环境下超声波探测信号设计

针对深海采矿环境中混响干扰对水下微地形探测的影响,设计了一种可以抑制水下混响并提高探测精度的超声波发射信号。通过分析探测目标的接收信号模型,根据Neyman-Pearson准则得到目标回波探测模型的检测性能评价指标。基于高斯点目标最优检测理论,提出采矿混响环境下发射波形的能量谱设计方法,进而得到混响环境下超声探测信号的幅度谱。保持幅度谱分量恒定,利用信号相位谱与信号长度的关系设计了可以满足不同探测系统和探测环境需要的超声波探测信号。利用设计的超声波探测信号及常用声呐信号在模拟深海采矿环境下进行探测实验,结果表明所设计的超声波探测信号在探测精度及抗混响能力方面均优于常用声呐信号。      

Two phase effects in roughness perception.

The respective influences of spectral and temporal aspects of sound in roughness perception are examined by way of phase manipulations. In a first experiment, the phase of the central component of three-component signals is shown to modify perceived roughness, for a given amplitude spectrum, regardless of whether it modifies the waveform envelope. A second experiment shows that the shape of the waveform envelope, for a given amplitude spectrum and a given modulation depth, also influences perceived roughness. We interpret both of these results by considering the envelope of an internal representation that is deduced from the physical signal by taking into account peripheral auditory processing. The results indicate that the modulation depth of such an internal representation is not the only determinant of roughness, but that an effect of temporal asymmetry is also to be taken into account.     

频域稀疏采样和激光成像方法

激光的单色性和自然图像频谱稀疏且集中在低频区间的特点,使图像频谱稀疏采样成像成为可能.基于小规模激光探测器,引入参考激光,本文提出了频域稀疏采样激光成像方法.介绍了频域稀疏采样激光成像的原理和成像系统结构,推导了激光回波重构复频谱的表达式,给出了重构频谱和复图像的仿真结果并分析了信号参数对重构效果的影响,同时采用相干系数、均方误差和结构相似度来评价其重构效果.规模为256×256的激光回波复图像仿真表明, 5个拼接1/4×1/4规模频域探测器组成的近似十字型稀疏采样结构,在约31.25%(5/16)的频域稀疏采样条件下,仍可获得较好的重构频谱和重构复图像.     

基于改进经验模态分解域内心动物理特征识别模式分量的心电信号重建

心电图(electrocardiogram,ECG)诊断心脏疾病的严格标准,要求有效地消除噪声并准确地重建ECG信号.经验模式分解(empirical mode decomposition,EMD)方法重建ECG信号中,模式混叠及重建采用模式分量的识别以经验为基础,导致重建ECG信号准确度降低,且方法不具有自适应和通用性.本文首先基于积分均值定理提出一种改进的EMD方法——积分均值模式分解(integral mean mode decomposition,IMMD)方法,经5000个高斯白噪声样本的蒙特卡罗法验证,IMMD方法比EMD具有更优多分辨率分析能力,能够有效地缓解模式混叠.其次,基于ECG信号内固有心动物理特征量识别重建ECG信号所采用的模式分量,具有现实物理意义,因此,方法具有自适应和通用性.经验证,提出方法重建47例ECG信号与原ECG信号的相关系数中:31例优于变分模式分解方法;33例优于Haar小波软阈值法;42例优于集总经验模式分解方法;45例优于EMD方法.相关系数均值为0.8904,方差为0.0071,表现稳定且最优.     

结合幅度谱和功率谱字典的语音增强方法

从双路字典学习、噪声功率谱估计、语音幅度谱重构角度提出了一种改进的谱特征稀疏表示语音增强方法。在字典学习阶段,融合功率谱与幅度谱特征,采用区分性字典降低语音字典和噪声字典的相干性;在语音增强阶段,提出一种噪声功率谱估计方法对非平稳噪声进行跟踪估计;考虑到幅度谱和功率谱特征对不同噪声的适应程度不同,设计了语音重构权值表。对分别由幅度谱和功率谱恢复而来的两路信号进行自适应加权重构,结合相位补偿函数得到增强后的语音信号。实验结果表明,该方法在平稳、非平稳噪声环境下相比于单一谱特征的语音增强方法平均提高31.6%,改善了语音增强方法的性能。      

相干场成像全相位目标直接重构法

回波信号处理和目标重构算法是相干场成像中的核心数据处理技术, 直接影响系统的成像质量. 基于全相位谱分析理论, 提出一种新的系统融合处理算法, 对接收端回波信号直接提取全相位谱相位及幅值信息实现目标图像重构, 能够有效抑制各种因素带来的频率误差. 经室外实验系统验证, 成像能力大大优于传统重构算法, 重构目标分辨率接近理论极限值.     

三维物体多重菲涅耳计算全息水印与无干扰可控重建方法

提出了一种基于三维物体的多重菲涅耳计算全息水印方法.将水印信号作为虚拟三维物体的层面,首先结合分区复用层析法和菲涅耳双随机相位编码方法产生复噪声形式的水印信号;然后对水印信号的频谱作共轭对称处理实现实值编码;为减小对宿主全息图数字重建的影响,将水印信号的频谱设置于对宿主数字重建影响小的频谱非感兴趣区域;编码后的信号以一定强度叠加于宿主全息图,水印信号恢复无需原始宿主全息图信息,可实现盲提取,对宿主全息图重建像面的二维码可扫描识别.仿真测试结果表明,所提出的方法具有较好的透明性和稳健性,在宿主全息图遭受滤波、JPEG(联合图像专家小组)压缩、高斯噪声、剪切、旋转等各种攻击的情况下,不论对宿主还是水印信号仍具有良好的数字重建质量,对重建像面的二维码仍可扫描识别;而重建像面水印信号的无干扰可控重建后处理操作解决了不同层面水印信号之间的衍射干扰问题,提高了水印信号的重建质量.虚拟光学手段的应用丰富了水印信号设计方法并提升了算法的安全性.