基于虚拟仪器的导弹自动驾驶仪测试系统设计

针对某型号导弹自动驾驶仪故障检测和诊断难题,在分析自动驾驶仪功能和特性基础上,基于虚拟仪器技术设计开发了自动测试硬件平台;测试系统软件完成敏感元件、指令等激励信号的模拟,对自动驾驶仪输出信号采集、处理和分析,并对测试结果进行判定,最后给出故障定位;通过对自动驾驶仪故障件的测试和验证,自动测试系统工作高效、稳定,为该型号导弹自动驾驶仪的故障测试和诊断提供了高效的方法和手段。     

防空导弹自动驾驶仪测试性建模研究与应用

为了得到防空导弹自动驾驶仪的故障检测与诊断策略,减少自动驾驶仪的测试费用,建立了自动驾驶仪的测试性模型并进行分析,解决了建模的难点。通过多层抽象混合推理故障建模方法推导了自动驾驶仪结构与测试点之间的关系,根据测试点的特征和自动驾驶仪工作原理建立信息流模型,在此基础上,利用故障与测试间的相关性矩阵来描述测试性模型。基于此模型设计了诊断策略构建方法。实际应用表明,建立测试性模型的方法完全正确,通过模型能够构建有效的检测与诊断策略,缩短测试时间。     

基于欠采样技术的束流相位测量电子学系统设计北大核心CSCD

采用欠采样技术为中国散裂中子源(CSNS)直线加速器研制了全数字化束流相位测量电子学系统。介绍了该系统的测量原理、整体设计情况,并进行了实验测试。测试采用324 MHz,100 mVpp的正弦信号,测试结果显示相位分辨率优于0.1°,通道间相位不一致性可控制在±0.2°以内,满足设计指标要求。     

基于白光干涉测量色散补偿薄膜的群延迟色散

为精确测量超快激光色散补偿薄膜的群延迟色散,提出了一种基于窗口傅里叶变换和样条插值去噪算法的新型白光干涉测量方案。计算机模拟表明此方法测试精度可达0.58fs2。分析了高斯噪声和光强平均效应对测试精度的影响,并使用此方法对实验制备的Gires-Tournois干涉反射镜和啁啾镜进行了测试,在宽光谱范围内测试误差小于10fs2。该方法相比其他算法可以更快速、更精确地实现薄膜相位信息的提取,具有更高的测试精度和实用性。     

基于Labview的快循环扫频信号相位差测量算法实现

为了实现对中国散裂中子源(CSNS)/快循环同步加速器(RCS)射频系统中高频加速电压和束流两个同步变化的快循环扫频信号之间相位差的精确测量,需要选择合适的信号采集方案与相位差测量算法。介绍了常用的同频信号相位差测量算法,讨论了不同相位差测量算法的特点与适用性;详细描述了快速傅里叶变换(FFT)交叉谱法与加余弦窗FFT插值法两种相位差测量算法的原理。为了研究这两种算法在扫频信号测量中的适用性,利用NI的虚拟仪器技术以及Labview图形化编程技术,搭建扫频信号相位差测量系统,对这两种相位差测量算法进行仿真模拟。仿真结果表明,加余弦窗FFT插值算法可以满足快循环扫频信号相位差测量精度的要求。     

基于粒子滤波的高阶运动目标激光探测微动参数估计

为精确估计高阶运动状态下的目标微动参数,实现目标精细识别,提出一种基于相位信息的分离估计方法。通过对解卷绕得到的真实相位进行求导,消除信号中的多项式相位信号项,实现目标运动和微动分量的分离。针对包含多维微动参数的正弦调频项,提出改进的粒子滤波静态参数估计方法,通过设计自适应方差法和变化粒子数提升了算法效率,通过设计累积残差作为观测概率密度函数,实现了对非线性模型中多维参数的同时估计。仿真和实验分析验证了算法的有效性和必要性。算法通过对相位进行处理降低了原始信号的非线性程度,减少了计算量,具有较强的抗噪性能。基于粒子滤波的微动参数估计方法减少了估计流程,避免了误差传递效应,提高了估计精度。     

三种基本相位展开算法及其融合算法的性能比较

在现有的各种先进的计量技术[如光学干涉测量、光学三维传感、卫星雷达干涉测量(SAR)以及核磁共振成像(MRI)]中,二维相位展开是后期数据处理的关键步骤。通过仿真模拟存在噪声干扰的情况,比较了空间相位展开常用方法中的枝切法、最小不连续法、快速相位展开算法这三种算法的抗噪性能。结果显示相对于另外两种算法,最小不连续法具有较好的抗噪性能,但其耗时却远大于其他两种算法。综合三种算法的优缺点,提出将枝切法和快速相位展开算法分别与最小不连续法融合的两种算法。所提算法既利用了枝切法与快速相位展开算法展开速度快的优点,又利用了最小不连续法抗噪性能强的优点,使得融合后的两种算法展开速度提升的同时,又保证了相位展开的准确性。仿真模拟和实际实验结果验证了所提算法的有效性。     

基于全相位快速傅里叶变换谱分析的激光动态目标实时测距系统

针对传统的激光测距仪测量速度慢、抗干扰能力低以及实时性差等问题,提出了基于并行数字信号处理器(DSP)的多通道发射和接收的测距系统。在系统中实现了多个调制频率激光的同时发射和同时接收,压缩了测量时间,避免了因目标运动造成的测量数据无法正确融合的问题;根据全相位快速傅里叶变换(FFT)获得的频谱信息,提出了一种将信号幅度谱按泰勒级数展开以求取频率泄露值进行频谱校正的方法。蒙特卡罗(Monte-Carlo)仿真实验证明,该方法较双谱线(Rife)法和能量重心法有较高的精度和良好的稳定性。系统中,AD转换器采样频率为937.5 kHz、进行全相位FFT变换的点数1024时,相位测量精度为0.003°,频率测量精度为0.033 Hz。实验证明,该系统能满足相位法测距系统对实时动态目标测距的需要。     

正弦相位调制型激光自混合干涉仪的实时位移测量技术

采用正弦相位调制技术与时域解调相位方法相结合,提高激光自混合干涉仪在大量程位移测量中实时测量的准确度和速度。通过在激光器外腔中放置的电光晶体调制器对光束进行正弦相位调制,采用时域解调相位方法解调干涉信号相位。同时满足了大量程位移测量过程中的速度要求以及实现干涉仪位移测量的实时性。实验上,用PI公司高分辨率的商用电动位移平台标定的结果验证了该正弦相位调制激光自混合干涉仪在百毫米级大尺度位移测量中可达到小于0.5μm的位移测量误差。对干涉仪在实时位移测量中的影响测量速度的因素进行了分析,得出了本干涉仪的测速上限。     

一种改进的EMD硬阈值去噪算法

为了提升基于经典小波阈值的EMD去噪算法的性能,利用高斯白噪声的统计特征提出了一种改进的硬阈值去噪算法;首先将含噪信号进行EMD分解,把第一个固有模态函数作为高频噪声直接去除并估算出其他 IMF中高斯白噪声的能量,然后根据硬阈值去噪的原理,利用滤除掉的样本点包含的能量等于白噪声的能量确定出合适的阈值;该方法能根据样本点自适应地确定阈值;最后通过对含噪正弦信号和仿真心电信号的去噪实验证实了改进后的阈值使算法去噪效果有明显提升。     

基于FICP算法提高对低频噪声时延的估计精度

针对非平稳随机噪声（直升机飞行声音，导弹喷流噪声）信号，研究了提高时延估计计算精度的方法，通过计算信号的细化频谱，并避免了标准FFT计算带来的栅栏效应，从而使得对于超短取样信号的频谱计算精度与信号长度无关，采用快速计算方法FICP由N点互谱计算2N点相关波形，提高了相关波形的分辨率，使得时延估计精度得以提高。对实测直升机飞行噪声和导弹噪声计算了不同取样长度和不同采样率下的时延估计，得出了谱分辨率越高，时延估计精度越高的结论。     

像增强器噪声频谱特性测试技术研究

对一台进口的像增强器信噪比（SNR）测试仪进行履行，重新研制和设计了测试仪的信号处理模块、计算机系统和测试软件，采用硬件滤波、软件数字滤波和快速傅里叶变换（FFT）相结合的方法实现了像增强器噪声的频谱特性测试。利用所研制的测试仪对多种型号的进口和国产像增强器的噪声频谱进行了测试分析，并给出了分析测试结果。     

基于噪声预估计的DPOAE最小二乘估计方法*

针对畸变产物耳声发射(distortion product otoacoustic emission, DPOAE)信号比较微弱,估计结果的准确性对信噪比依赖性强的特点,本文给出一种新的DPOAE信号最小二乘估计(least square estimation, LSE)方法。该方法先估计本底噪声,将本底噪声的影响体现于估计模型中,再估计DPOAE信号。记录信号经过一定的预处理后,利用频域加窗法估计本底噪声并进行噪声衰减;利用IFFT变换后的信号估计DPOAE信号的模型参数,给出DPOAE的强度和相位。仿真和实验结果表明,该方法相对于传统的最小二乘拟合(least-square-fit, LSF)法,对DPOAE的估计更加准确,抗噪声干扰能力更强。     

A sapphire fibre thermal probe based on fast Fourier transform and phase-lock loop

A sapphire fibre thermal probe with Cr³⁺ ion-doped end is developed by using the laser heated pedestal growth method. The fluorescence thermal probe offers advantages of compact structure, high performance and ability to withstand high temperature in a detection range from room temperature to 450℃. Based on the fast Fourier transform (FFT), the fluorescence lifetime is obtained from the tangent function of phase angle of the non-zeroth terms in the FFT result. This method has advantages such as quick calculation, high accuracy and immunity to the background noise. This FFT method is compared with other traditional fitting methods, indicating that the standard deviation of the FFT method is about half of that of the Prony method and about 1/6 of that of the log-fit method. And the FFT method is immune to the background noise involved in a signal. So, the FFT method is an excellent way of processing signals. In addition, a phase-lock amplifier can effectively suppress the noise.     

基于ARM Cortex-M3的声磁商品电子防盗系统设计

针对普通EAS系统存在抗干扰性能差、检测灵敏度低、检测范围小、误报率高等缺点,设计了一种基于ARM Cortex-M3的声磁EAS系统。本文介绍了声磁EAS系统的工作原理和硬件结构框图,分析了声磁标签信号在时域和频域上的特征,提出了FFT信号频谱分析、信号互相关、最小二乘法拟合直线求取斜率、计算信号峰值数及峰值方差运算等多种检测声磁标签信号的算法,并详细描述了系统软件算法的设计。实验验证,本系统具有抗干扰性能强、检测灵敏度高、检测范围宽、误报率低等特点。     

Phase extraction using multi-directional moiré fringes for multi-lateral shearing interferometry

The multi-lateral shearing interferometers (multi-LSIs) are featured in the improved accuracy and noise resistance of wavefront reconstruction using phase differences in multiple directions. Nowadays the multidirectional phase differences are usually extracted from multi-LSIs’ interferogram using the fast Fourier transform (FFT) method, whose accuracy is limited by spectral leakage effect. To improve the measurement accuracy of multi-LSIs, a phase extraction method developed from moiré technique is proposed in this paper. Using virtual gratings with properly large carrier frequencies, the desired phase information in each of the multiple directions can be modulated into low-frequency domain of the corresponding moiré pattern with larger separations between unnecessary side lobes. In this way, low-pass filters with higher cut-off frequencies can be applied in moiré technique to reduce the inaccuracy induced by spectral leakage effect. Meanwhile, phase shifting method can be applied to extract phase information from a single fringe pattern with better noise resistance by easily introducing phase shifts in computer generated virtual gratings. Simulation results show that the proposed method has higher accuracy and better anti-noise performance than the FFT method when spectral leakage effect exists. To demonstrate accuracy of the proposed method, a null test experiment of the quadriwave LSI has been conducted and experimental results show that measurement accuracy of the quadriwave LSI can be significantly improved by substituting the FFT method with the proposed method in phase extraction process.     

Development of tools for real-time betatron tune measurements at the Nuclotron

A betatron tune measurement system was developed and tested at the Nuclotron. A white noise and chirp signals were used for transverse beam motion excitation. A custom FlexRIO digitizer module was developed which provides excitation signal generation for kicker electrodes and real-time signal acquisition from pickup electrodes. A high resolution FFT algorithm was implemented inside a NI PXI FPGA module, connected to digitizer. The measurement system is integrated with the NICA control system based on the TANGO Controls. Results and tests performed with the Nuclotron beam are presented.     

新型机器人红外传感皮肤信号处理方法的研究

机器人红外传感皮肤是一种新型的外部感知系统,它具有信息量大,实时性好,与环境无接触测量的特点,被广泛应用在多关节机器人实时避障系统中。但是皮肤上的微型红外传感器输出易受到可见光、工频电源、日光灯等噪声干扰,传统的模拟电路很难满足系统实时性和准确性的要求。为了提高系统的性能,给出了一种基于数字信号处理(DSP)的全数字信号处理技术,采用快速傅里叶变换(FFT)对传感器信号进行处理。分析了快速傅里叶变换误差产生原因,提出加汉宁(Hanning)窗进行误差补偿。仿真和实验结果表明,该技术能有效地减少噪声对系统的影响,使红外传感皮肤能够准确实时地给出周围环境信息。     

荧光寿命的快速傅里叶变换拟合方法

介绍了一种利用快速傅里叶变换算法对稀土掺杂物质的荧光寿命进行数据拟合的方法。稀土掺杂物质可用来制备多种光学传感器,用于温度、pH值等多种参量测量领域。本方法利用快速傅里叶变换(FFT)结果作为基础,从非零项的相位角的正切值得出被测的荧光寿命,具有速度快、误差小、不受本底干扰等一系列优点。以掺铒光纤为例,通过数字仿真将本方法与其它几种传统的拟合方法进行了比较。快速傅里叶变换方法的测量偏差不到Prony方法的50％,为对数似合(log-fit)方法测量偏差的1／6。另外,快速傅里叶变换方法由于不受本底噪声影响,可以不必在信号处理时去掉本底噪声,因而可以明显缩短测量时间。