压缩感知在宽带声学多普勒测速技术中的应用

为降低宽带声学多普勒测速技术中宽带回波信号处理系统的采样和数据存储压力,研究了压缩感知的回波信号重构算法,并将其应用于宽带声学多普勒测速的回波信号分析中.在点回波模型下进行宽带回波信号的仿真实验,利用复协方差法计算频移.仿真实验结果表明,在无噪声的理想条件下,利用压缩感知理论处理宽带多普勒测速的回波信号,能够达到理想的...     

宽带多普勒测速技术中的发射信号

声波信号作为系统测速的载体,直接影响测速性能,是多普勒测速技术的关键。研究了不同发射信号的频谱特性及基于复协方差法的多普勒频移测量误差。一般假设二相编码信号频谱关于载频对称,但实际上其频谱为不关于载频对称的双边谱,不对称程度由不对称系数量化。不对称系数越小,测频偏差、标准差均越小,即测频性能更佳。仿真实验表明,在不考虑波束开角的点回波模型下,差分重复伪随机Blackman码元幅度调制编码信号与常用的非差分重复伪随机二相编码信号相比:不对称系数低3个数量级;信号频带同带宽内信噪比在0～-10 d B范围内测频标准差约下降2%～20%;信噪比高于10 dB时相对测频偏差约小5‰～6‰。     

基于分数阶傅里叶变换混响抑制的目标回波检测方法

提出了一种声呐发射信号为线性调频信号时,基于分数阶傅里叶变换混响抑制的目标回波信号检测方法。通过计算混响的缓慢时变包络,对混响进行时间域的平稳化处理。对平稳化的混响信号滑动窗截取,对截取信号进行分数阶傅里叶变换,然后在分数阶傅里叶域进行滤波处理,再进行逆分数阶傅里叶变换恢复出时间域信号,最后输出该信号的能量。当滑动窗截取到目标回波信号时,窗内的混响噪声得到抑制,系统输出目标回波的能量,从而实现混响背景下的信号检测。通过计算机仿真和湖试实验结果,表明所提方法可以准确的在混响背景下检测到目标回波信号,并且在混响噪声背景条件下相比于匹配滤波器具有更好的检测性能。      

脉间二相编码雷达高度表信号处理器

脉问二相编码信号不仅满足脉冲多普勒雷达高度表的要求，而且在频域和时域具有较高的分辨率和测量精度，同时能够解决测距和测速模糊。除此之外，距离旁瓣和多普勒旁瓣亦可有效抑制。然而，脉间二相编码和传统的二相编码信号一样，该信号仍属于多普勒敏感信号。要实现对该类信号的匹配处理必须进行多普勒补偿。基于频域滤波、相干积累与相位补偿的一致性原理可采用图1的处理方法。     

一种膛内多普勒测速修正方法

针对复杂电磁环境下膛内测速的重复性和精度低的问题,提出了一种非接触式膛内高精度测速方法,该方法在对膛内多普勒信号进行提取并去噪的基础上,利用S变换时频分析对预处理后的信号进行处理,然后采用谱峰搜索的方法来获得信号的瞬时频率,用能量重心校正法来提高结果精确度,最后根据多普勒原理,完成速度的测量;实验部分采用模拟信号和实际信号两种方式来验证该方法的可实施性;结果表明,该方法测速精度能够达到0.043 2%,相对于极值法和STFT法具有更小的误差。     

宽带多普勒声纳信号频谱特性分析

宽带多普勒声纳采用重复相位编码技术和脉冲-脉冲相关技术,解决了窄带技术存在的距离分辨力和速度分辨力的矛盾。本文主要研究了重复相位编码信号的频谱特性,并与矩形正弦填充脉冲的频谱进行比较,同时研究了回波信号的频谱特性,推导出频域上的测速公式,并根据回波的频谱特性分析了宽带多普勒声纳产生测速模糊的原因,并提出一种解决测速模糊的方法。     

高炉炉墙测厚的信号处理

超声波反射法应用于高炉炉墙测厚时,高炉内部环境高温高噪声的特点,造成超声回波信号被噪声湮没的问题;针对这一问题,研究了超声波在金属介质中传播的机理,分析了超声回波信号信噪比下降的原因以及实验数据时域和频域的特征,设计改进了高炉炉墙测厚的超声波发射电路和信号调理电路;采用加热炉模拟高炉200~1 000 ℃温度环境,对直径40 mm、长度1.2 m的铁棒进行测厚实验;经实测,改进的发射电路发射的超声信号强度增大,回波处理电路处理后超声回波信号信噪比明显提高、峰值清晰可辩,解决了噪声湮没回波信号的问题,提高了高炉炉墙测厚的测量精度,对高炉的高产、顺产和延长炉龄具有实际意义。     

m伪随机序列在声相关计程仪中的应用研究

本文通过立声相关计程仪的海底混响回波模型,将脉冲信号调制在伪随机序列中作为发射信号,对在低航 速下的声相关测速性能进行了计算机仿真研究。     

基于复数经验模式分解的空中颤振目标成像

针对毫米波雷达照射条件下,逆合成孔径雷达成像过程中目标主体颤振引起的微多普勒效应对成像造成的干扰问题,在建立颤振目标成像模型、分析目标颤振对回波造成的微多普勒调制以及对成像的影响的基础上,提出了基于复数经验模式分解的颤振目标成像方法.该方法利用复数经验模式分解的自适应特性,将目标回波信号分解为多个不同频率的分量信号;进而采用复杂度的概念对各分量信号进行区分;并结合各分量信号所占的能量百分比,剔除微动信号分量,有效消除了由于目标颤振所造成的微多普勒调制.采用复杂度与能量百分比相互结合的方法有效地提高了准确度和空中颤振目标的成像质量.     

1.06 μm相干激光雷达动目标多普勒信号探测

介绍了一套1.06 μm脉冲式相干激光雷达测速演示系统.采用单块非平面环形激光器作为种子,注入到单纵模运转的Q开关高重复频率Nd∶YAG激光器为发射源,实现稳定的单频输出.通过外差式相干探测的方法,利用转速0～60 Hz可调、直径为10 cm的转盘为运动目标,回波信号被带宽为3.5 GHz的高速光电探测器响应后,经采样率为2.5 GS/s的A/D采样,输送到基于LabVIEW信号处理系统中,从而测量不同转速下的多普勒频移,各测速点的多普勒频移测量结果相对误差在3%以内.针对测量中存在的误差从激光器输出线宽和测速系统准确度两方面进行了误差分析,并提出了改进措施.演示系统的良好重复性证实了这种相干激光雷达系统的可行性.     

圆合成孔径声呐多点定位运动补偿

圆合成孔径声呐(CSAS)的成像性能受平台运动误差影响而下降,利用单侧回波可估计CSAS基阵的斜距误差,但单侧回波在小测绘带时无法估计升沉误差,针对此问题,提出了一种利用单侧回波信号的声呐平台三维运动估计和补偿方法。首先,对CSAS在不同观测角度的目标回波取极大值获得目标回波的到达时间;其次,基于多个点目标的到达时间建立CSAS三维定位模型;然后利用列文伯格-马夸尔特方法对声呐三维坐标进行估计;最后将位置估计结果与时域反投影成像方法结合实现对目标的成像.仿真结果表明:该方法能精确估计声呐平台运动误差,其空间坐标的估计误差小于仿真信号波长的1/8,从而精确补偿了CSAS在不同空间采样点上的阵元回波时间差,显著提高了目标成像质量。湖上试验结果表明,该算法能够实现对CSAS的运动误差补偿。仿真和试验结果均验证了方法的可行性和有效性。      

浅海负跃层条件下的双基地有源探测实验及定位声速修正

为了研究浅海条件下海底固定水平阵和机动声源的双基地有源探测性能,建立了浅海双基地有源探测仿真模型,分析了实验海区负跃层条件下的传播损失和多途能量扩展损失,实现了双基地有源探测的性能预估。以模型仿真为基础,在南海北部海域开展了一次浅海双基地有源探测实验.针对定位中的声速与实验中目标回波的脉冲传播速度的偏差导致定位精度下降的问题,提出了一种目标回波脉冲传播速度近似估计方法。实验结果表明,双基地有源探测可在浅海负跃层条件下实现对水中目标的有效探测,多个实验站位的回波信噪比实测值与仿真预测值符合较好,定位声速近似估计方法可进一步提高定位精度。      

Measurement of the velocity inside an all-fiber DBR laser by self-mixing technique

The self-mixing interference for optical velocity sensing is experimentally investigated in an all-fiber configuration distributed Bragg reflector laser. Simultaneously, theory model of self-mixing interference laser Doppler velocimeter based on quasi-analytical method. The experimental results show Doppler shift frequency is linearly proportional to the value of the velocity which agrees well with theory analysis. The results preserve an enough signal-to-noise ratio around 40 dB in the range from 39.3–317.0 mm/s (measurement range depending on bandwidth of circuit) for velocity measurement. Additionally, the cutoff circuit is used in our system to get a stable Doppler signal and reduces the error rate to 0.136 % in practical measurement.     

机载多脉冲激光雷达目标信号模拟器的研究

研究多脉冲激光雷达目标信号模拟器,用以评估回波数字信号处理算法及其实现平台的性能。结合信号能量与波形关系指出由激光雷达方程建立回波信号波形模型是不充分的。对空中目标回波脉冲展宽进行建模及数值仿真,得到不同倾角、目标距离及目标尺寸下的波形展宽时间数据。根据展宽前后能量保持不变的性质,利用高斯脉冲函数特征参数求解建立回波波形数学模型。基于目标距离误差及目标回波噪声统计特性建立回波仿真模型,提出了依信噪比发生回波观测信号的方法。对比两种模拟器的信噪比误差、最小模拟信噪比、连续工作时间等性能指标,总结了新型模拟器的优势。     

野战有线通信系统二线全双工接口测试电路设计

野战有线通信系统全双工接口在单对线上同时收发信号,难以直接进行数据采集和测试。针对上述问题,研究了一种基于收发分离和自适应回波抵消的二线全双工接口测试方法。首先,设计电子收发分离器,实现线路上收发信号的隔离;然后,使用自适应回波抵消器,完成了近端回波干扰信号的抵消;最后,借鉴软件无线电技术和存储测试技术,构建测试系统,实现激励信号生成与数据采集。仿真和实验表明,该测试方法能够实现有效完成收发信号隔离以及回波干扰信号抵消,适用于野战有线通信系统二线全双工接口测试。     

An Entropy-Based Anti-Noise Method for Reducing Ranging Error in Photon Counting Lidar

Photon counting lidar for long-range detection faces the problem of declining ranging performance caused by background noise. Current anti-noise methods are not robust enough in the case of weak signal and strong background noise, resulting in poor ranging error. In this work, based on the characteristics of the uncertainty of echo signal and noise in photon counting lidar, an entropy-based anti-noise method is proposed to reduce the ranging error under high background noise. Firstly, the photon counting entropy, which is considered as the feature to distinguish signal from noise, is defined to quantify the uncertainty of fluctuation among photon events responding to the Geiger mode avalanche photodiode. Then, the photon counting entropy is combined with a windowing operation to enhance the difference between signal and noise, so as to mitigate the effect of background noise and estimate the time of flight of the laser pulses. Simulation and experimental analysis show that the proposed method improves the anti-noise performance well, and experimental results demonstrate that the proposed method effectively mitigates the effect of background noise to reduce ranging error despite high background noise.     

基于AVR单片机的超声波测距系统构建

为了提高超声波测距精度,构建了基于AVR单片机的测距及数据处理系统。分析了超声波测距的原理,以AVR单片机为处理器设计了超声波产生和发射电路、超声波接收和信号处理电路以及温度测量和补偿电路等。针对温度对超声波速度的影响,根据超声波速度与温度的关系,设计了超声波速度补偿算法。为了提高回波时间测量准确性,减小随机噪声及空气中其他杂散播干扰的影响,采用均值数字滤波方法,对计数时间进行处理。实测结果表明,在3cm~400cm范围内,超声波测距系统测量数据准确,最大误差为0.66cm。     

铝板结构兰姆波阵列瞬时相位包络成像及补偿*

针对板结构中多裂纹缺陷的识别和定位问题,提出了瞬时相位全聚焦成像的包络算法,同时提出了一种基于激励信号脉冲时长的波速补偿方法,通过数值仿真验证补偿后的瞬时相位包络全聚焦成像对多缺陷的识别和定位能力。与幅值全聚焦成像相比,可以有效减小噪声、直达波、端面回波引起的虚像,提高缺陷的识别率。与相位全聚焦成像相比,可以实现缺陷处的单峰值聚焦,更便于缺陷的定位。实验结果表明,所提出的波速补偿瞬时相位包络全聚焦成像在 的铝板上对实现了5个缺陷的成像和定位,其定位的平均误差为12.24 mm。     

低场核磁共振仪器振铃抑制新方法及其电路实现

加快天线残余能量释放以减弱天线振铃信号有利于缩短低场核磁共振仪器的回波间隔（TE）,从而提高快弛豫组分的测量分辨率和信噪比（SNR）．而天线Q值对能量的发射效率和泄放速度起着相反的作用．为此,我们首先设计了一种新型Q转换电路,在保证发射效率的同时,可以大大缩短能量泄放时间．在此基础上,应用了一种优化的脉冲序列以弥补传统相位交替对脉冲序列（PAPs）不能消除90°脉冲振铃的缺陷,通过相位循环的方法进一步提高了信噪比．最后,在2 MHz岩心分析仪上测试了新型Q转换电路,当天线Q值降为发射期间的约1/5时,天线恢复时间由280.0 μs降为18.2 μs;而且,使用新型Q转换电路和优化的脉冲序列后,TE=60 μs时,可以有效获得快弛豫组分的T₂信号．     

适用于捷联惯导温度补偿的高精度测温系统

针对捷联惯导温度补偿的研究,设计了一种用铂电阻Pt1000作温度敏感器, ADS1148为信号调理和A/D转换的高精度双通道数字测温系统。采用高性能集成芯片、双恒流源式三线式配线法、比例输出结构和RC低通滤波器的设计,有效的简化了电路,增加了系统的抗干扰能力并减小了硬件误差;主控芯片采用MSP430单片机实现与ADS1148的通信和对上位机输出与温度数据相对应的16位数字量。试验结果表明该系统在捷联惯导温度补偿研究中所用的-40°C到60°C的温度范围内达到了0.002°C的分辨率。