实时主动声定位系统设计*

针对在军事演习或爆炸实验中对冲击波超压传感器位置的精确定位,设计了一种实时主动声定位系统。该系统由声信号发射系统、声信号接收处理系统和无线监控终端系统三部分组成。声信号发射系统与无线监控终端以单片机STC12C5A60S2作为核心控制器,接收处理系统以ARM9系列的S3C2440作为核心控制器。发射系统发射四种已知频率的声信号,接收处理系统接收并处理收到的四种声信号,然后把处理结果反馈到无线监控终端。通过实验表明,该系统在一定条件下,能够稳定地发射、接收并处理声信号,达到实时定位目标,并在200 m范围内将定位误差控制在厘米级内。     

多速率STFT超宽带信号瞬时频率估计研究

提出多速率短时傅里叶变换(Multi Rate Short Time Fourier Transform,MR-STFT)瞬时频率估计算法,提高了超宽带信号瞬时频率估计精度。该方法将多速率信号处理算法与短时傅里叶变换(STFT)技术相结合,兼顾采样频率和被测频率,将宽频范围进行分段采样,对分段处理结果进行拟合,构成多速率STFT算法,实现超宽带信号瞬时频率的高精度测量。论文通过对仿真信号和实测信号进行处理,研究了方法的可行性和频率估计精度,结果表明MR-STFT算法较大提高了超宽带信号瞬时频率估计精度,尤其对低信噪比的超宽带信号效果显著。     

窗函数在扬声器异常声客观检测中的影响

该文研究了基于短时傅里叶变换的扬声器异常声检测方法中,窗函数对特征距离阈值设定的影响。以连续对数扫频信号激励被测扬声器单元,并对响应信号进行短时傅里叶变换。通过对比不同窗函数下,被测单元之间的特征距离来寻找合适的窗函数。结果表明,不同窗函数下得到的特征距离具有不同的离散度;选择合适的窗函数,可使特征距离具有较大离散度,从而更合理地设定阈值。     

基于PPG的心率和呼吸频率的测量研究

利用光电容积脉搏波描记法(PhotoPlethysmoGraphy,PPG)测量人体生理参数具有操作简单、性能稳定和适应性强等优点.采用反射式光电测量法获得桡动脉PPG信号,对PPG信号做快速傅里叶变换,分析频域实现人体心率和呼吸频率的检测.实验结果表明利用快速傅里叶变换获得的心率和呼吸频率与监护仪获得的相应数据之间有...     

简明分数阶傅里叶变换及其对线性调频信号的检测和参数估计

针对低信噪比下线性调频信号的检测问题,提出了一种简明分数阶傅里叶变换方法。该变换借助chirp相乘和傅里叶变换对时频平面上的频率轴进行旋转,以获取信号在各个角度下频率轴上的频谱分布。对时频分布呈直线状的线性调频信号,简明分数阶傅里叶变换能在特定角度上将信号能量聚集成尖锐的强能量峰,从而提高信噪比,实现对线性调频信号的可靠检测和参数估计。数值仿真和实验验证结果表明,简明分数阶傅里叶变换可对较低信噪比的线性调频信号实现有效检测,并由变换域峰值的位置对信号参数进行准确估计。相比于传统的分数阶傅里叶变换方法,简明分数阶傅里叶变换的复杂度更低,离散计算效率更高,在对噪声掩盖下的线性调频信号进行检测和参数估计时能更好地满足实时处理的要求。     

频率扫描干涉中基于DFT的相位测量

频率扫描干涉可以实现绝对距离测量,其中相位测量至关重要,其精度直接影响干涉测量的最终精度。从信号频域角度出发,提出了一种利用参考信号和测量信号离散傅里叶变换的相位测量方法。在对参考信号和测量信号采样前,分别对它们进行负向过零检测,当信号负向过零时才开始采样。对信号离散傅里叶变换后进行频谱分析,指出在信号采样前进行负向过零检测,可以消除信号频率值的相对偏差。根据理论分析,在LabVIEW中进行了建模仿真。结果表明:该方法具有精度高和抗噪声能力强等优点,在测量距离为10 m时,相位测量平均值与理论值相差2π,相对不确定度仅为0.105%。     

SAW谐振器谐振频率微秒级快速检测方法

针对高速旋转环境下的谐振式声表面波(SAW)传感器信号快速检测,提出基于回波损耗测量原理的SAW谐振器谐振频率微妙级快速检测方法.对SAW谐振器进行线性扫频激励的过程中,将反射信号经功率检波与比较器转换为数字脉冲信号,使用计时器实时计算脉冲信号中心对应频率快速求得SAW传感器谐振频率.在8000 r/min转速范围内对...     

机动目标逆合成孔径激光雷达方位成像快速算法

针对逆合成孔径激光雷达对机动目标成像时存在方位多普勒时变的问题,提出了一种基于方位时频域keystone变换的机动目标逆合成孔径激光雷达方位成像快速算法.利用多分量线性调频子回波信号的调频斜率与起始频率的比值为常量这一特点,在方位时频域采用keystone变换将多分量线性调频信号同时转换为多分量单频信号,利用快速傅里叶变换实现方位聚焦.采用基于分数阶傅里叶变换和最小熵的线性调频参量估计方法,实现了对调频斜率与起始频率比值的精确、快速估计.结果表明,与现有的基于Radon-Wigner变换的距离-瞬时多普勒成像算法相比,所提出的算法成像效率大大提高,且能够保留更多的目标细节信息,适合于逆合成孔径激光雷达的实时成像.     

简明分数阶傅里叶变换及其对线性调频信号的检测和参数估计

针对低信噪比下线性调频信号的检测问题,提出了一种简明分数阶傅里叶变换方法。该变换借助chirp相乘和傅里叶变换对时频平面上的频率轴进行旋转,以获取信号在各个角度下频率轴上的频谱分布。对时频分布呈直线状的线性调频信号,简明分数阶傅里叶变换能在特定角度上将信号能量聚集成尖锐的强能量峰,从而提高信噪比,实现对线性调频信号的可靠检测和参数估计。数值仿真和实验验证结果表明,简明分数阶傅里叶变换可对较低信噪比的线性调频信号实现有效检测,并由变换域峰值的位置对信号参数进行准确估计。相比于传统的分数阶傅里叶变换方法,简明分数阶傅里叶变换的复杂度更低,离散计算效率更高,在对噪声掩盖下的线性调频信号进行检测和参数估计时能更好地满足实时处理的要求。      

旋转运动声源的频率波动修正波束形成方法

针对前飞状态的旋翼气动噪声信号频率存在周期性波动,且频域波束形成方法只能应用于稳态声源的问题,提出一种频率波动声源的波束形成方法。该方法利用已知的声源频率变化规律进行频率修正,在时域将频率波动信号等效为单频信号,基于该单频信号进行波束形成声源定位,实现了旋转运动的频率波动声源准确定位。数值仿真结果表明,提出的方法能够在频率波动幅值为127 Hz的情况下准确呈现出声源分布情况。在旋翼模型的风洞试验中,利用提出的频域波束形成方法其声成像结果中声源最大能量位置均在旋转轨迹上,而未进行频率修正的波束形成方法结果无法准确呈现出声源的位置。该方法扩展了频域波束形成方法中的单频声源假设,实现了旋转运动声源在频率波动状态下的波束形成,适用于前飞状态下旋翼气动噪声源的声源定位。      

宽带双曲调频信号参数化时频分析波达方向估计

针对有源探测或脉冲侦查中双曲调频信号的波达方向估计问题,提出了基于参数化时频变换(PTFT)的多重信号分类(MUSIC)测向算法,简称PTFT-MUSIC算法。该算法由发射信号确定针对双曲调频信号的参数化变换核,对接收信号进行频域参数化时频变换,利用获得的时频分布建立阵列信号时频分布模型,并以此模型设计基于时频分布矩阵的MUSIC算法以实现双曲调频信号的波达方向估计。通过仿真和实验对该算法的估计误差和多目标分辨性能进行了分析,仿真和海上实验结果表明:相比现有的时频MUSIC算法,PTFT-MUSIC算法能有效提高空间谱分辨率和波达方向估计性能,同时该算法拥有对特定调频信号筛选性,结合时频域滤波算法能有效抑制相干直达波干扰,应用于多基地声呐系统时有效提高了声呐定位性能。     

Real time NDE of laser shock processing with time-of-flight of laser induced plasma shock wave in air by acoustic emission sensor

Acoustic emission sensor is used to research the time-of-flight of the shock wave induced by laser-plasma in air for real time nondestructive evaluation (NDE) of laser shock processing. The time-of-flight of the shock wave propagating from the source to the sensor declines nonlinearly and similarly at the different distances for different laser energies. The velocity of the shock wave at the distance of 30 mm increases faster than that of the distance of 35 mm. The relationship between the laser energy and the distance is almost linearly when the signal with distortion is measured by acoustic emission sensor. Finally, Taylor solution is used to analyze the experimental results, and the empirical formula between the energy of the shock wave and the laser energy is established, which will provide a theoretical basis for real time NDE of laser shock processing.     

光纤Sagnac传感器对材料频率特性的实验研究

不同的材料由于物理性质不同,在断裂时会产生不尽相同的声发射信号。光纤声发射传感器以其频带宽,抗电磁干扰,灵敏度高,体积小等优点在声发射（AE）信号探测方面有着广泛的应用前景。本文采用光纤Sangac传感器,对不同材料断裂过程的声发射信号进行检测,通过快速傅立叶变换分析其频谱。实验得知同一种材料断裂的声发射信号具有相同的...     

快速正交搜索算法在水声信号处理中的应用*

信号的谱估计技术作为一种十分重要且应用广泛的信号分析处理手段,对其性能的不断提升和改进一直是水声信号处理领域研究的重点和热点。对此,该文将快速正交搜索算法应用于水声信号的谱估计中,通过隐式正交对参数进行搜索,实现对信号频率、幅度、相位的估计。仿真和实验数据处理结果表明,相较于传统的谱估计方法,该方法能稳定且准确地估计水声信号的多个参数,获得频率分辨率较高的谱估计结果。     

基于中国余数定理的欠采样下余弦信号的频率估计

基于中国余数定理的重构算法的信号频率估计是近年来信号处理、电磁学以及光学等领域的前沿问题,但目前这些研究仅限于对复指数信号做粗略频率估计.因而,本文把基于中国余数定理的频率估计从复指数信号粗估计拓展到实余弦信号精细估计领域,其所提出的估计方案处理过程如下:1)对高频余弦波形进行过零点检测,确定信号的相位信息;2)对各路欠采样信号做快速傅里叶变换,并借助Candan估计器对各路谱峰值做频率校正以获取高精度余数估计,基于此算出频偏值以做相位校正;3)用提出的基于相位特征分类方法对校正得到的余数做筛选;4)将筛选出的频率余数代入闭合形式的中国余数定理得到原信号频率的高精度估计.此外,本文还推导出了频率估计方差的理论表达式.数据模拟实验验证了该表达式的正确性,实验结果还反映了本文提出的方案具有高精度和高抗噪性能.     

存在声反馈的前馈有源噪声控制系统性能分析

在一些应用场合,前馈有源噪声控制系统中次级源产生的声信号会反馈至参考传声器,影响参考信号质量和系统稳定,导致控制性能下降。引入了等效次级路径的概念,并通过等效次级路径与实际路径的相位偏差分析存在声反馈时的收敛性能。若某些频率的相位偏差大于90°,则这些频率附近将较难收敛,降噪性能下降,甚至导致系统不稳定。通过仿真和实验对单指向传声器声学方法、自适应滤波u型最小均方差(FuLMS)算法、反馈中和算法和在线建模算法共4种解决声反馈问题的方法的性能进行了比较。结果表明,4种方法都能提高存在声反馈时的前馈有源噪声控制系统的性能,有效解决声反馈引起的问题,但各有优缺点。单指向传声器方法最为方便,但低频指向性较差。FuLMS算法运算量较低,但不能保证收敛。反馈中和算法性能最好,但当系统时变时鲁棒性较差。在线建模算法不需要额外滤波器,但由于参数调节复杂,降噪性能稍差。      

水下声辐射激励水表面声波的特征参数测量

采用激光干涉方法对水下声辐射激励水表面声波的特征参数频率和振幅进行了测量研究。从理论上对水表面声波激光相干测量信号的频谱构成进行了分析,在此基础上提出了水表面声波两个重要声学参数频率和振幅的解算方法,并通过数值仿真进行了验证。搭建了一套简单的激光干涉测量实验系统,对不同频率和声压激励的水表面声波进行了测量实验,验证了水表面声波频率和振幅解调方法的准确性。对水表面声波横向传播的振幅衰减现象进行了初步的实验研究,结果表明水表面声波的频率越高,振幅的横向衰减越快。研究表明激光相干检测方法能够准确地实现水表面声波振幅和频率的测量。      

一种快速有效的正弦波信号频率估计方法*

针对I-Rife算法和Fang算法计算量增大，低信噪比时性能下降，该文提出了一种快速有效的正弦信号频率精确估计方法，利用两点细化的频谱值估计频率偏移量，不需要判别频率修正方向，降低了算法复杂度和计算量；分析了频偏估计的偏差。仿真结果表明，该算法的整体性能优于I-Rife算法和改进的Fang算法，在保证性能的同时，提高了算法的稳定性和实用性。     

Acoustic vector sensor signal processing

Acoustic vector sensor simultaneously, colocately and directly measures orthogonal components of particle velocity as well as pressure at single point in acoustic field so that is possible to improve performance of traditional underwater acoustic measurement devices or detection systems and extends new ideas for solving practical underwater acoustic engineering problems. Although acoustic vector sensor history of appearing in underwater acoustic area is no long, but with huge and potential military demands, acoustic vector sensor has strong development trend in last decade, it is evolving into a one of important underwater acoustic technology. Under this background, we try to review recent progress in study on acoustic vector sensor signal processing, such as signal detection, DOA estimation, beamforming, and so on.