基于维纳滤波的同轴电缆脉冲信号传输畸变补偿研究

由于同轴电缆的低通传输特性,脉冲信号在同轴电缆中传输时不可避免地会出现畸变,并且畸变程度会随着脉冲信号频率、带宽以及传输距离的增加而增大。创新性地将图像处理领域中的一种图像复原方法——维纳滤波法应用于脉冲信号同轴电缆传输畸变补偿,仅利用同轴电缆的S参数和输出信号即可完成输入信号的重构。并以10 m同轴电缆为对象,采用该方法分别对双指数脉冲信号、高斯调制脉冲信号、调制方波信号进行传输畸变补偿。结果表明:对于不同样式的信号,该方法均具有优异的补偿性能;并且,与工程上常用的衰减补偿法相比,该方法不仅补偿精度高,还具有高的计算效率,在同轴电缆脉冲信号传输畸变补偿中具有很好的实用价值。     

强光一号加速器测量电缆补偿技术

 为满足快信号测试要求，提出了利用滤波器原理设计补偿器来提高传输线带宽，以减小信号在传输过程中的畸变和损失。针对强光一号加速器测试电缆特性，设计制作了小型化的带宽补偿器。通过采用该电缆补偿技术，强光一号加速器测量电缆补偿后的传输带宽达到200 MHz，幅度为原始信号的1/3，满足了强光一号加速器测试电缆快信号传输的要求。给出了原始信号、未补偿信号及补偿后信号的比较结果，证明补偿后的信号明显比未补偿信号更接近原始信号，原始信号经电缆传输后造成的前沿损失和波形畸变通过带宽补偿器后获到了明显的补偿和修复。编制了专用补偿器设计软件，使补偿器初期设计中的极零对寻找、元器件参数计算等工作实现自动化。     

自积分式电容分压器的频率响应特性

为了测量电缆中传输的ns量级脉冲高电压，设计了自积分电容分压器并开展了频率响应特性分析。为分压器设计了不同的补偿电阻，并使用含有杂散参数的等效电路进行分析。仿真结果表明:分压器低频特性的主要影响因素是等效取样电阻与低压臂电容乘积得到的时间常数；高频特性主要受电容的杂散电感和取样电阻的杂散电容影响。增大时间常数扩展低频特性时，会导致杂散参数的影响加剧而使分压器高频特性变差。采用方波实验和扫频测量两种方法实测了不同参数分压器的频响特性。结果表明:补偿电阻为550 Ω的电容分压器频响上限超过2 GHz；但是低频特性不足，频率下限约为1.8 MHz；而补偿电阻为6.6 kΩ，且调整结构的电容分压器带宽为0.17~700 MHz，能够满足测试需求。     

双同轴电缆差分传输方式对干扰的抑制作用

传输线对信号的无失真传输是超宽带测量系统准确获得待测波形和量值的前提之一。基于带宽、功率容量、损耗、屏蔽性能、尺寸等诸多因素,在超宽带测量系统中经常选用同轴电缆作为传输线。指出采用单根同轴电缆传输信号时会引入干扰,分析了干扰形成的原因,通过数值模拟确认了干扰的存在和危害;提出采用两根共地同轴电缆共同传输信号并进行差分处理,可以有效消除传输线引入的干扰,分析了干扰消除的过程和原理,将原数值模拟模型中的单同轴电缆替换为双同轴电缆进行仿真计算,对比验证了双同轴电缆差分传输方式对干扰的有效抑制作用;对双同轴电缆差分传输结构进行了实验测试,结果表明,单根同轴电缆会引入较大的干扰信号,通过两根同轴电缆的共地连接、差分处理,可以有效消除干扰,达到高保真传输要求。     

二阶声低通滤波光纤水听器的声压灵敏度频响特性

信号混叠是基于光纤水听器的现代声纳系统走向应用必须解决的一个关键问题.初步的实验结果已经表明,声低通滤波光纤水听器是解决信号混叠问题的一种简单且行之有效的方案.基于电一声类比理论,建立了声低屯瞬ü庀怂鞯牡推导胁瘟磕Ｐ?利用电路分析的方法对其频响特性进行了研究.结果表明,这种光纤水听器系统与典型的二阶低通滤波电路具有相似的频响特性.为了验证理论分析的正确性,设计制作了一个简单的声低通滤波光纤水听器,并在驻波罐中对其声压灵敏度频响特性进行了测试,实验结果与数值计算的结果基本吻合.该光纤水听器低频响应非常平坦,声压灵敏度约为-141 dB,测量共振频率为985 Hz,与理论值1270 Hz基本一致.共振频率处的声压灵敏度为-126.8 dB,衰减速率约为20 dB/倍频程,3000 Hz以后的灵敏度衰减幅度大于20 dB.     

多值数据的自适应脉冲宽度调制预加重方法

信号受长距离同轴电缆的趋肤效应、介电损耗等因素的影响, 高频衰减严重, 产生码间干扰, 使接收端很难恢复信号, 限制信号传输速度. 脉冲宽度调制(PWM)预加重技术, 是通过时域信息处理来增加信号的传输速度, 在二进制信号中已经得到很好运用. 自适应PWM预加重方法则是进一步针对数据相关性抖动, 对不同数据序列进行或强或弱的预加重, 动态补偿多进制数据的传输损耗, 提高信号完整性, 眼图结果表明该方法改善了信号传输质量.     

机载声呐声信号的高速双向多路传输研究

根据机载声呐工作特点和声信号传输的特殊需要,提出一种全数字化的单芯同轴电缆双向多路传输方法。利用该方法所研制的实验系统,其数据传输速率达到3～6 Mb/s,传输距离为500～1000 m,误码率小于10-7。该系统已成功地替代了传统的多芯电缆数据传输系统,其突出优点是:数据传输速率高、传输距离远、信号动态范围宽、抗干扰能力强,且体积小重量轻,特别适用于传输电缆的体积和重量受到严格限制,且需要远距离双向传输多种高速水下声信号的场合应用。     

基于脉冲激光在大气中传输的信道补偿

为了研究矩形脉冲激光在大气中的传输特性,建立了脉冲信号在大气中传输的数学模型,并提出了一种信道补偿算法。在相距6.2km的两栋高楼之间开展了100 MHz的矩形脉冲传输实验,并在FPGA编译软件上对信道补偿算法进行了验证。结果表明:脉冲信号经过大气信道后发生了畸变,大气信道在频域上表现为一个低通系统,抑制了大于430 MHz的高频信号。运用信道补偿算法后,脉冲畸变得到有效抑制,系统带宽得到拓宽,信号的信噪比提高了5倍左右;当光信噪比为10dB时,误码率降低为10-6。     

345 GHz折叠波导行波管中电磁传输损耗的分析计算

利用电导率等效方法对345GHz折叠波导行波管中的电磁信号的传输损耗进行了仿真研究,考察了流通管孔径、加工粗糙度等对冷腔传输损耗的影响。结果表明,流通管孔径较大或加工粗糙度较大都会导致电磁信号传输严重衰减。模拟分析了热腔中电磁信号衰减对慢波结构净增益、带宽、最佳周期数等器件特征参数的影响,结果显示,电磁信号衰减会使得增益下降和带宽降低。     

薄包层啁啾长周期光纤光栅的色散补偿

为了提高啁啾长周期光纤光栅(LPFG)光纤通信的色散补偿能力,提出了利用薄包层啁啾LPFG进行包散补偿的方法.首先介绍了根据传输信号确定啁啾LPFG的啁啾系数、光栅长度等参数的方法.然后利用上述方法设计了对光纤中传输的中心波长为1550 nm,带宽为0.2nm的信号进行色散补偿的薄包层啁啾LPFG.利用耦合模理论及传输矩阵法计算了约1m长的此种啁啾LPFG的色散,结果表明可以补偿该光信号通过46 km光纤所产生的色散.进一步分析了切趾函数、啁啾系数、交叉耦合系数等参数对薄包层啁啾LPFG色散的影响.     

应用于增量式光电编码器的相关自适应滤波方法

为了改善增量式光电编码器的莫尔条纹光电信号质量,降低主计数信号中高次谐频的影响,提高信噪比达到输出稳定的正弦波形,本文深入地研究了莫尔条纹光电信号中的高频信号和噪音信号产生的原因及其相关自适应滤除方法.从宏观和微观两个方案分析光栅副的屏函数,研究莫尔条纹光电信号输出波形的不确定原因,并且提出采用相关自适应滤波方法将高频信号滤除保留原有基频信号.从相关自适应滤波的数学模型论证和推导该相关自适应滤波过程并讨论其自适应性.指出在设计该自适应滤波电路时需要重视的几个关键指标及其影响效果,完成相关自适应滤波的有效性分析.相关自适应滤波效果等价于一个中心频率为基频的窄带带通滤波器,当基频随机变化时其通带也会随之改变.通过相关自适应滤波技术较好地滤除计数信号中除基频外所有高频分量和放大电路所引入的加性高斯白噪音.实验证明：莫尔条纹光电信号的失真度被降低8倍相关自适应滤波方法能使莫尔条纹光电输出波形趋近于标准正弦波,获得更高的信噪比.     

A study on waviness induced vibration of ball bearings based on signal coherence theory

This paper focuses on the effects of waviness on vibration of ball bearings. An experimental analysis method is developed by adopting signal coherence theory of multiple-inputs/single-output (MISO) system. The inputs are waviness excitations of the inner and outer races, and the output is vibration response of the outer ring. Waviness excitation signals are first derived from the manufacturing deviations, and found to be strongly coherent in low frequency range. Virtual input signals are then introduced by the method of orthogonalization. In both cases of vibration acceleration and speed responses, the cumulated virtual input–output coherence function verifies that the first peak region of vibration spectrum is mainly induced by the waviness excitations. In order to distinguish the contributions of the inner and outer races, coherence functions of the virtual inputs with real inputs are calculated, and the results indicate that the outer race waviness contributes more to vibration than the inner race waviness does in the example. Further, a multi-body dynamic model is constructed and employed to frequency response analyses. It is discovered that the waviness induced spectral peak frequency is close to the natural frequency of bearing.     

基于双环混频光电振荡器的可调谐微波频率梳产生

随着无线通信的速率提升和微蜂窝趋势，光载微波技术已经成为重要的发展趋势，而光生多载波系统是光载微波的最重要的技术之一.本文提出了一种基于双环混频光电振荡器（OEO）的可调谐光载微波频率梳产生方案，可同时实现多频段微波信号产生，从而高效低成本地为无线节点提供光生微波载波.方案采用混频双环OEO系统，通过工作在增益开关状态的直调激光器，利用其非线性动态特性产生多频率光载微波频率梳信号，并采用双路微波滤波器分别滤出两个相邻频率的微波信号，并利用二者的差频反馈注入直调激光器构成光电谐振.利用偏振双环结构抑制长谐振腔引起的边模问题，提高了输出信号的噪声特性.经过实验分析，得到了低相噪的多路微波信号，并最终实现了间隔797.4 MHz的稳定的微波频率梳信号，一阶载波相位噪声低于-101.7 dBc/Hz@10 kHz，-115.2 dBc/Hz@50 kHz.因此该方案产生的光载微波频率梳信号具有低噪声的优点，适用于光载微波通信系统.     

测量微秒量级脉宽方波信号的电容分压器

为了解决测量脉宽达到μs量级的方波信号的平顶衰落问题,设计了改进的双端匹配电容分压器。对采取双端匹配方式的电容分压器进行了频域和时域仿真。仿真结果表明,双端匹配方式的中频段幅频特性不平坦,方波响应波形也存在过冲。通过仿真计算调整了始端电阻以及对应的末端电容,实现了双端匹配方式的优化设计。实验结果表明:当低压臂电容为2 nF的情况下,使用电长度为50 ns的电缆的改进双端匹配电容分压器可以得到过冲小于2%,无平顶衰落的波形。     

多通道实时远距离人工计时信号采集

采用光电偶合器、A/D转换器和并行接口芯片等设计数字信号采集系统实现人工计时信号采集,提高人工计时的效率和准确性。计时裁判员独立操作计时器开关产生的开关量信号用屏蔽电缆通过自带电源式插转箱连接到光电偶合器进行光电隔离,再由A/D转换器进行开关量信号的模数转换,最后由并行接口芯片接收,并通过数据总线发送到计算机。用软件控制人工计时信号的采集、计算、处理、存储和输出,从而实现人工记时信号的采集。     

基于多类运动想象任务的EEG信号分类研究

针对多类运动想象脑电信号个体差异性强和分类正确率比较低的问题，提出了一种时-空-频域相结合的脑电信号分析方法：首先利用小波包对EEG原始信号进行分解，根据EEG信号的频域分布提取出运动想象脑电节律，通过“一对多”共空间模式（CSP）算法对不同运动想象任务的脑电节律进行空间滤波提取特征；然后将特征向量输入到“一对多”模式下的支持向量机（SVM）中，并利用判断决策函数值的方法对SVM的输出结果进行融合；最后通过引入时间窗对脑电信号进行时域滤波，消除运动想象开始和结束时脑电的波动，进一步提高信号信噪比和算法的分类效果。实验结果显示：在时间窗为2s时，平均最大 系数达到了0.72，比脑机接口竞赛第一名提高了0.15，验证了该算法能够有效减小脑电信号个体差异性影响，提高多类识别正确率。     

ns脉冲测量中的波形重建

为修正高电压测量探头寄生参数对测量ns脉冲波形的影响,对探头的数字补偿方法进行了研究。利用对低电压标定所得标准参考信号和探头信号做傅里叶变换,得到其各自的频谱密度,然后通过相除,得到探头灵敏度与频率的关系和信号相位与频率的关系。在实测时,再对测得信号做傅里叶变换,将得到的频谱密度乘以探头灵敏度及信号相位对频率的函数,通过傅里叶逆变换重建出待测信号。通过不同信号进行波形重建实验证明,此方法能够在短时间内很好地修正高电压测量探头寄生参数对ns脉冲波形的畸变。     

基于白光干涉的光缆无损伤识别方法

提出一种基于白光干涉的光缆无损伤识别方法.将光纤的两端环接,入射光波经耦合器分成两束光,以相反的方向在同一根光纤中传播,用探测器接收另一端产生的信号.在外加作用力下,对并列在一起的两根光纤产生的光程变化进行了理论分析,推导出光缆识别系统输出信号的理论表达式,对系统输出的信号进行了仿真计算.分别利用冲击信号、正弦信号、音...     

基于近场辐射声压信号的索力识别方法*

为准确、快速获取拉索结构索力,该文提出利用结构近场固定位置辐射声压信号对拉索进行索力测试的方法。基于动力学理论推导出结构振动加速度响应与其近场辐射声压响应的线性比例关系,并根据希尔伯特-黄变换推导了声压响应信号与结构频率的关系。对单根拉索依次施加3种不同工况的初始张拉力,并对结构中心表面处施加一瞬时脉冲力,使拉索受迫振动发声,通过对结构近场范围内拉索振动辐射声压进行测量,进而获得不同工况下不同位置声压响应信号,并探讨了在有高斯噪声干扰情况下通过希尔伯特-黄变换方法获取拉索固有频率的可靠性。数值模拟分析验证了该方法能较为准确地得到拉索固有频率并利用索力计算实用公式有效地计算出索力值,为实际工程中拉索索力测试提供了一种新的简单有效的方法。