基于频谱细化算法的电泳光散射Zeta电位测量方法

电泳光散射法测量Zeta电位时,散射光频移只有几百赫兹,在全频段求取散射光功率谱会降低频率分辨率。为此,提出先用傅里叶变换在全频段对散射光信号进行频谱估计,获取需要细化分析的频谱范围,然后用线性调频变换频谱细化算法在窄带范围内进行高分辨率的频谱细化分析,从而获得准确的散射光频移。设计了基于激光多普勒技术的散射光频移测量装置,使用该方法分别测量了3种标准聚苯乙烯乳胶微球的Zeta电位。实验结果表明,线性调频变换频谱细化算法可以有效地提高Zeta电位的测量精度,测量重复性小于5%。     

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。     

数字图像细化算法研究与实现

研究了两种数字图像细化算法,即查表细化算法和形态学细化算法。在VC 6．0平台上,分别应用这两种细化算法对一幅BMP位图进行细化处理实验,并对实验结果进行分析。试验结果表明,形态学细化算法比查表细化算法的细化结果要好。     

复调制Zoom-FFT方法的LabVIEW实现与应用

为了对信号频谱中多个频率接近的分量进行检测,提出在LabVIEW平台上使用复调制Zoom-FFT方法,通过移频、滤波、重采样、FFT和频率调整几个步骤实现对频谱的细化。仿真表明,该方法能够灵活的选择细化频带,提高频带内的频域分辨率并有较小的计算量。将其应用到异步电机故障诊断中,实现了对转子断条故障分量的有效检测。     

频谱分析型激光多普勒测速仪信号处理技术

为了提高激光多普勒测速仪的测量精度,提出对激光多普勒信号先进行跟踪滤波,再进行频谱细化和频谱校正的信号处理方法,并利用信号处理系统对实测的多普勒信号进行了实验研究。实验结果表明:跟踪滤波器在滤除基底信号及系统的部分噪声的基础上,实时跟踪多普勒信号的频率,信噪比明显提高,所得结果与多普勒频率的真实值相一致;频谱细化技术大大提高了频谱分辨力,频谱校正技术使校正后的频率更接近真实值。     

基于线性调频Z变换的差分吸收光谱数据处理方法研究

差分吸收光谱法(differential optical absorption spectroscopy,DOAS)是一种常用的污染气体监测方法,对所监测的光谱数据去噪可以提高反演精度。可采用傅里叶变换(fast Fourier transform,FFT)滤波法滤除光谱数据中的噪声,但该算法本身会引入误差。提出一种线性调频Z变换法(chirp Z transform,CZT),通过对傅里叶变换之后的频谱进行局部细化,能够在保留傅里叶变换滤波法去噪效果的基础上,对算法的误差进行补偿,从而进一步提高反演精度。实验配置了SO2及NO2进行浓度反演,结果表明,直接采用相除法反演浓度时误差较大且很不稳定,线性调频Z变换法能够获得比傅里叶变换滤波法更高的反演精度。模拟了SO2和NO2混合气体实验,频谱分析结果表明FFT算法无法解决特征吸收结构被扭曲、削弱等问题,CZT算法能完成特定频段频谱的精细化重构。     

差分吸收光谱FFT+FT频谱细化方法研究

利用差分吸收光谱法（DOAS）可以实现污染气体的在线监测。为了提高监测精度,通常利用傅里叶变换滤波法（FFT）处理差分吸收光谱数据,但是因其频率分辨率的限制,影响其幅值精度,导致气体浓度的测量误差较大。提出了一种将FFT和FT相结合的差分光谱数据处理方法（FFT+FT）,首先对差分吸收光谱数据做FFT变换,得到其全景谱,再对峰值点附近的频谱用改进的连续FT进行细化,提高特征吸收频段的分辨率,对幅值误差进行补偿,从而提高气体浓度在线监测的精度。实验配制了不同浓度的SO₂和NO₂气体,当细化倍数为15时,SO₂和NO₂气体的最大测量误差不超过3.68%和3.17%,相对于FFT法,平均误差分别降低了1.82%和1.45%;相对于传统的多项式拟合法,平均误差分别降低了14.9%和1.80%;对恒定浓度的SO₂和NO₂气体分别进行了多次测量,验证了FFT+FT方法的稳定性。分析了细化倍数对测量精度的影响,当细化倍数小于15时,浓度测量误差随着细化倍数的增加而降低;当细化倍数从15增加到20时,误差反而逐渐变大,在大于20以后,误差出现波动,且都大于细化倍数为15时的测量误差。由于细化倍数太大,使谱线过于密集,找到频谱序列最大值的概率降低了,因此在有噪声的情况下采用该法进行频谱校正时,会出现细化倍数加大而测量精度反而降低的现象。确定了最优细化倍数,在确保测量精度前提下,使频谱细化的计算量最小,满足DOAS法实时在线监测气体浓度的要求。     

基于频谱特征提取的轨道移频信号检测的兼容性设计与实现

提出了一种基于频谱特征提取的轨道移频信号检测的兼容性算法,并在单芯片的微控制器STM32F405RGT6上利用该算法实现了对国产18信息移频信号和ZPW-2000移频信号的兼容性检测。通过综合分析两类移频信号的时频域特征,将过采样、ZFFT频谱细化、频率校正及频谱特征提取结合起来,通过两类不同的数字滤波器适应不同的算法设计需要,通过频谱特征提取实现不同频谱状态下的频率计算方式,有效地提高了频率的检测精度,拓展了调制频率的测量范围。实验结果证明,对国产18信息移频信号和ZPW-2000移频信号的中心频率、上下边频的检测误差不超过±0.1Hz,调制频率的检测误差小于±0.01Hz,在采样数据小于1S情况下,调制频率的测量范围可达到6~30Hz。     

语音信号元音检测的新方法

给出了语音信号元音检测的新方法。该方法基于语音声学信号的频谱分析,不需要任何学习过程,而且适用于多种语言。利用OGI多语占语音库的英语、汉语、日语、法语四种语音对该算法进行了检测,并给出了改进算法,以及两种算法的检测率。实验结果表明该方法是检测元音的一种有效方法。     

基于Hilbert变换的水下多源声信号频率的相干探测

为实现水下中低频声信号的探测识别,通过研究水下多声源相干探测信号的特征,理论上给出了相干探测信号频谱混叠情况下的特征表达式,并提出了一种基于Hilbert变换的信号解调处理方法,实现了水下多声源相干探测信号频谱混叠情况下各声源发声频率的解调.该方法将探测信号经过滤波平滑处理之后进行Hilbert变换,得到信号的解析形式,然后对解析信号模值的平方进行二次滤波平滑等处理,分离混叠在一起的频带,将得到的信号进行频谱分析,根据频移值计算得到水下各个声源的发声频率.在光学暗室下搭建激光相干探测系统,对2~6kHz的水下声信号进行实验,实验结果表明,该方法可以有效分离探测信号中混叠在一起的信号频带,并准确提取各水下声信号的发声频率,频率提取重复性不大于2.5Hz.     

线性调频Z变换在舱音背景声的特征频率分析中的应用

舱音背景声特征频率的确定是调查失事飞机事故原因的重要依据之一。基于舱音译码辨听和音频分析的传统方法难以准确获得舱音背景声的特征频率。本文提出采用基于FFT的线性Z变换(CZT)来获取舱音背景声的特征频率的新方法,该方法适用于高采样频率的信号,计算中可以调整频率的分辨率,增加了FFT和频谱分析的灵活性。通过仿真和对用舱音记录器测录的真实舱音背景声计算分析得出:CZT方法是一种适合于确定舱音背景声特征频率的实用、有效方法,用以区分不同舱音在频率上的差别,满足飞机事故原因调查的需要。     

一种采用面阵彩色CCD及视频信号接口的光谱仪

介绍了一种使用面阵彩色ＣＣＤ 摄像机和体全息光栅设计的小型光谱仪。该光谱仪使用普通模拟视频信号输出格式,经过带有视频输入接口的计算机显示卡采集信号并实现图像信号的数字化,利用面阵彩色ＣＣＤ的二维图像特点采用软件去除背景噪声,在达到使用分辨率和精度要求的前提下降低了对ＣＣＤ 器件性能的要求。从而降低了整机的造价。利用特别设计的局部缩放机构和ＣＣＤ采集的色彩信息实现了对全光谱的频段细分,在有效像素数不变的情况下提高了系统的物理分辨率。     

傅里叶光谱仪高精度光谱定标研究

为了提高傅里叶光谱仪光谱定标精度，减小光谱定标误差，基于风云四号大气垂直探测仪实验室气体池光谱定标数据，进行傅里叶光谱仪高精度光谱定标算法研究。首先，分析了傅里叶光谱仪的分光原理，并在对参考激光波数漂移、光线离轴、以及有限视场引起光谱波数偏移的原理进行分析后，得出傅里叶光谱仪光谱定标公式及定标参数的计算方法；接着分析了快速傅里叶变换(FFT)的栅栏效应和干涉图截断产生的sinc函数造成的光谱定标误差较大的原因；然后通过对比几种不同的光谱细化方法，选择高效的快速Chirp Z-transform(CZT)进行光谱细化，解决FFT光谱分辨率较低导致光谱误差较大的问题；通过对气体池参考气体在HITRAN数据库中的理论谱线，用Gaussian线型展宽并卷积sinc函数处理后作为光谱定标参考谱线的方式，减小由sinc函数引起的谱线间串扰造成的光谱定标误差，从而提高光谱定标精度。最后，使用实验测得的数据对该光谱定标算法进行验证，对比使用CZT细化光谱前后定标误差，和参考谱线处理前后的定标误差，证明该算法可以有效提高光谱定标精度，最高可将光谱定标误差减小10倍以上。     

Infrared small target enhancement via phase spectrum of Quaternion Fourier Transform

Small target enhancement is one of the crucial stages in infrared small target detection. In this paper, we propose a new method using phase spectrum of Quaternion Fourier Transform to enhance small targets while suppressing backgrounds for infrared images. This is inspired by the property that regularly Gaussian-like shape small targets could be considered as attractively salient signal in infrared images and the location information of such signal is implicitly contained in the phase spectrum from frequency domain. Formally, in the proposed method, we adopt the phase spectrum of Quaternion Fourier Transform instead of using traditional Fourier Transform to enhance the targets since the quaternion provides at most four data channels than only one for the latter, which could be helpful to broad types of background clutters by adding more information. For the construction of the quaternion, we present a second-order directional derivative filter via facet model to compute four second order directional derivative maps from four directions respectively as the four data channels. This filter is used to suppress noises and distinguish the targets and backgrounds into separably different textures so that it would boost the robustness of small target enhancement. In experiments, some typical infrared images with various scenes are tested to validate the effectiveness of the proposed method. The results demonstrate that our method actually has good performance and outperforms several state-of-the-art methods, which can be further used for infrared small target detection and tracking.     

数字化声学测量技术 Ⅱ.数字式声强及声功率测量系统

本文介绍在数字声学测量分析系统中，通过双传声器信号互谱密度的计算进行声强及声功率测量的基本原理。该数学分析系统由微计算机，数字信号处理卡和Ａ／Ｄ变换卡组成。在一个数字系统中，通过快速傅里叶变换（ＦＥＴ）进行互谱计算是十分有效的。本文着重介绍了，在声强的测量分析中对声强探头两传声器的固有相位差进行补偿的重要性和补偿方法，这是声强测量的重要环节。     

Bistable sensors based on broken symmetry phenomena: The residence time difference vs. the second harmonic method

A periodically driven noisy bistable system can be used as a sensor of a dc target signal. In the presence of the dc signal the symmetry of the potential energy function that underpins the sensor dynamics can be broken, leading to even harmonics of the driving frequency in the power spectrum. Both the power of the second harmonic and the mean residence time difference can be used for an estimation of the dc signal. In this paper we introduce a method for the power spectrum estimation from the experimental time series. This method can be considered to be an alternative to methods based on the Fourier transform. The presented method is faster for computation than the Fast Fourier Transform, and it allow us to estimate the power contained in peaks (or features) without their mixture with the power spectrum background. Using this method we compute the power of the second harmonic in the response power spectrum and compare the accuracy of the second harmonic method and the mean residence time difference (RTD) via the Shannon mutual information. We find that the RTD, generally, yields better performance in bistable noisy sensors.     

基于听觉特性的舰船辐射噪声信号仿真

针对工程应用中对舰船辐射噪声信号仿真结果在听觉感受上模拟度欠佳的问题,建立了一种基于音色参量谱质心的辐射噪声仿真方法。采用基于实测谱的连续谱仿真模拟,并且通过整体对比实测信号的听觉特性来搜索符合特征样本音色的线谱族幅值参量,在一定程度上改善了仿真信号的听觉特征。通过仿真最优匹配度趋势来寻求最优搜索次数,用以缩短仿真时间,得到了符合工程应用的结果。     

大孔径宽光谱变焦镜头设计北大核心CSCD

在高压电线运输电力过程中容易发生电晕放电现象,存在安全隐患,因此,进行电晕放电的检测十分必要。利用日盲紫外镜头进行电晕检测是检测手段之一。基于Zemax多重组态功能设计了一款大孔径宽光谱变焦镜头,目的是配合变焦范围为90 mm~165 mm变焦距紫外镜头应用,可在电晕放电信号检测时,全天候、快速准确找出损坏线路的位置。该镜头采用4组元、近对称结构型式,F数为1.4,可变焦范围在30 mm~55 mm,工作光谱波段为400 nm~850 nm,空间频率100 lp/mm处全视场MTF≥0.4,最大畸变≤±3%,均采用标准球面设计,系统总长为110 mm,适用于0.847 cm(1/3英寸)CCD,能较好地矫正各类像差,满足各零件基本加工工艺要求。     

Chirp-Z analysis for sol-gel transition monitoring

Gelation is a complex reaction that transforms a liquid medium into a solid one: the gel. In gel state, some gel materials (DMAP) have the singular property to ring in an audible frequency range when a pulse is applied. Before the gelation point, there is no transmission of slow waves observed; after the gelation point, the speed of sound in the gel rapidly increases from 0.1 to 10 m/s. The time evolution of the speed of sound can be measured, in frequency domain, by following the frequency spacing of the resonance peaks from the Synchronous Detection (SD) measurement method. Unfortunately, due to a constant frequency sampling rate, the relative error for low speeds (0.1 m/s) is 100%. In order to maintain a low constant relative error, in the whole speed time evolution range, Chirp-Z Transform (CZT) is used. This operation transforms a time variant signal to a time invariant one using only a time dependant stretching factor (S). In the frequency domain, the CZT enables us to stretch each collected spectrum from time signals. The blind identification of the S factor gives us the complete time evolution law of the speed of sound. Moreover, this method proves that the frequency bandwidth follows the same time law. These results point out that the minimum wavelength stays constant and that it only depends on the gel.