微陀螺滑模控制器中的积分算法设计（英文）北大核心CSCD

为了去除不定积分环节产生的直流偏置项,提出了一种基于"一次移动平均法"的改进积分算法。利用一个整数周期的积分信号值构成一个集合,计算出集合的算术平均值作为瞬时直流偏置,将原积分信号减去该直流偏置,最终可得到无直流偏置项的积分信号。为实时更新直流偏置,在每个时钟上升沿将一个积分信号的新采样值加入集合尾部,并去除集合首部的数值点,从而确保集合长度维持固定值并能实时反映出最新的直流偏置。以FPGA为信号处理平台,采用Modelsim仿真和实验测试相结合的方法验证了该算法的可行性。该方法已成功用于电磁式微陀螺仪的滑模控制器之中。同已有方法相比,该积分算法复杂度低、实时性好、易于实现。     

自差分交流偏置超导纳米线单光子探测器

超导纳米线单光子探测器(SNSPD)因其优异的综合性能,在量子信息、激光雷达等方面有广泛的应用.通常, SNSPD工作在直流偏置下,在时域上具有自由运行探测的优点.而在卫星激光测距、单光子激光雷达等光信号到达时间有规律的应用场景中,使用交流偏置有望提升器件运行速率、有效抑制背景暗计数,却存在信号读出困难的棘手问题.本文报道了自差分读出的交流偏置SNSPD系统,该系统包含两根并行排布纳米线构成的2-pixel SNSPD器件.给两根纳米线加载相同的100 MHz交流偏置信号,并对两路输出信号差分使噪声信号相抵消,实现光子响应信号的读出.基于该方法测得,响应信号的信噪比相比差分之前提升10倍,在交流偏置下器件的暗计数降低至直流偏置下的约1/4,计数率达到直流偏置下的约1.5倍.本文为交流偏置SNSPD测试提供了一种思路,为其应用提供参考数据.     

基于单光频梳的卫星通信多频段变频方法

提出一种基于单光频梳的简单,灵活和稳定的变频方法。该方法使用了双偏振正交移相器,该调制器是一种集成调制器,集成了两个双平行马赫-曾德尔调制器(DPMZM),其中一个DPMZM作为光频梳产生器,另一个进行载波抑制单边带调制产生单边带信号。从该调制器输出的信号是一个正交的耦合信号,在偏振控制器和偏振片的控制下,被转化为一个具有固定偏振角的信号,最后送入光电探测器实现微波信号的产生。仿真结果表明,通过适当调整该集成调制器中6个直流偏置点和外接的移相器,可以实现多频段变频。比如C波段3.8GHz的信号可以被变频到X,Ku,K和Ka波段;X波段9.6GHz的信号可以被下变频到C波段同时也可以被上变频到Ku,K,Ka波段。除此之外,整个系统体现出对直流偏置点漂移的良好适应性,具有很好的可操作性。     

LiNbO3马赫曾德尔调制器任意偏置工作点锁定技术的研究

在传统LiNbO3马赫曾德尔调制器偏置控制理论的基础上,提出了一种基于快速傅里叶变换(FFT)算法和低频小信号扰动的谐波响应反馈控制方法,实现了一种与调制器输入光功率及插入损耗无关、任意工作点可偏置并锁定的精密光电控制系统。利用比例积分微分（PID）控制方法,实现了任意工作点偏移小于0.5°的控制精度,实验结果亦证明该控制系统能够实现强度调制器任意工作点的偏置及锁定。这些结果对于将LiNbO3强度调制器稳定在最佳工作点并实现高速长距光纤通信系统是很有帮助的。     

镶嵌于玻璃中的CdSe_(1-x)S_x量子点的电调制光谱测量

采用直流偏置的交流调制电场测量了玻璃中各向同性的CdSe1 xSx 量子点的电调制光谱 ,介绍了各向同性材料电调制光谱的测量方法 ,分析了与一般电调制光谱测量方法不同的原因。采用偏置后的交流调制电场 ,可以检测到与电场同频率 ( 1f)而位相差 90°的CdSe1 xSx 量子点的电吸收信号 ,该信号比采用二倍频检测 ( 2 f)的信号大一个数量级 ,比通常采用正弦波调制电场的信号大 3个数量级。采用直流偏置调制电场有利于各向同性材料的电光性能的测量     

一种多算法融合的实时滤波在光纤陀螺中的应用

根据光纤陀螺输出信号的特点和应用环境的要求,在Mallat小波变换的基础上,研究了一种多算法融合的实时滤波算法.该算法在光纤陀螺刚启动,数据量偏少时,通过IIR滤波器进行滤波|采样数据量足够多时,通过施加滑动数据窗来实现小波实时去噪,采用周期对称延拓的方法去除小波去噪的边界问题,可有效去除光纤陀螺输出信号中高频部分的噪音,提高滤波效果,抑制陀螺的随机漂移.通过实验验证了该方法对陀螺输出信号进行滤波的可行性和有效性.     

一种多算法融合的实时滤波在光纤陀螺中的应用

根据光纤陀螺输出信号的特点和应用环境的要求,在Mallat小波变换的基础上,研究了一种多算法融合的实时滤波算法.该算法在光纤陀螺刚启动,数据量偏少时,通过IIR滤波器进行滤波;采样数据量足够多时,通过施加滑动数据窗来实现小波实时去噪,采用周期对称延拓的方法去除小波去噪的边界问题,可有效去除光纤陀螺输出信号中高频部分的噪音,提高滤波效果,抑制陀螺的随机漂移.通过实验验证了该方法对陀螺输出信号进行滤波的可行性和有效性.     

克服光纤Mach-Zehnder干涉仪信号衰落的新方法及分析

为了克服光纤Mach-Zehnder干涉仪易受环境因素影响而引起偏置相位漂移从而导致输出信号衰落(波动)的问题,提出一种新的简单方法,即:将干涉仪输出信号分为直流和交流两个分量,通过直流分量的大小来计算交流信号的补偿因子,以达到克服交流信号衰落、稳定检测传感信号的目的在小信号测量情况下,该方法在很大范围内能有效抑制随机温度涨落等因素引起的信号衰落的问题文中对补偿方法的误差和局限性也做了分析和讨论.     

用于反演云层高度的记忆式滑动窗口积分算法

 记忆式滑动窗口积分算法选取一定宽度的窗口,从地面开始滑动,对窗口内的信号进行积分,根据积分值和前一时刻的云层信息来反演云层高度。该算法可消除信号中的噪声,叠加放大信号中的云层信息,将云层与气溶胶加以区分。用该算法处理了Vaisala云高仪的数据,并与云高仪的结果进行了对比,结果表明,记忆式滑动窗口积分算法在反演尝云层信息信息时具有较高的准确性和可靠性。     

基于PSpice的半导体激光高频调制系统设计

为了实现高频率的调制激光输出,设计了一种驱动系统由信号放大、电流调制、过流保护和具有慢启动功能的直流偏置电路高度集成的半导体激光高频调制系统。此系统采用了结构简单的直接调制方式,运用线性调频的高频信号去控制半导体激光器发射激光的强度,从而实现高频调制。在运用OrCAD/PSpice对高频调制驱动系统进行模拟仿真的基础上,最终研制出的半导体激光高频调制系统实现了频率为40.02 MHz、直流偏置为493.326 mA、正弦波调制电流峰峰值为850 mA的高频调制输出,调制激光平均功率为300 mW。     

基于交流调制技术的弱电流放大器研制

在射线强度测量中,积分电离室输出的电流信号在10–10～10–15 A范围内,该弱电流信号需要转换和放大才可以进行采集.针对积分电离室本文设计了一种弱电流信号放大系统,采用交流调制技术将待测弱直流电流信号调制为交流电压信号,再经放大、相敏检波、滤波等电路处理后得到直流电压信号,最后进行数据采集;同时在系统中引入直流负反...     

Restoration of the signal and its spectral characteristics with an irregular set of measurements

An extension of the algorithm for singular value decomposition (SVD)-based restoration of the signal is suggested that makes it possible to gain information on the dynamics of spectral lines (response of the medium) recorded in a single series of irregular measurements of the signal’s integral characteristics with the help of a sliding window. The size and displacement of the window fluctuate in time. SVD-based restoration is accomplished both directly from irregular measurement data and after interpolation of the data to the nodes of a regular grid. An algorithm of signal restoration that is based on spline interpolation is also proposed. When combined with SVD-based restoration, this algorithm allows almost complete elimination of spurious frequencies. In the case of integral measurements using an irregular-size window with its center displaced, the signal restoration quality and determination of the spectral line dynamics are shown to be no worse than in the case of fluctuation-free measurements. Analysis is performed both for a model signal and for the real response considered earlier in the physical experiment.     

基于双谱的脉冲星累积脉冲轮廓时间延迟测量

为提高脉冲星辐射脉冲到达时间的测量精度,提出了基于双谱的脉冲星累积脉冲轮廓时间延迟测量算法.理论上,双谱可以完全抑制加性高斯白噪声.通过进行自双谱与互双谱的比对及求解极值点,推导出时间延迟测量公式.实验结果表明,基于双谱的时间延迟测量算法可以有效抑制高斯白噪声,当累积脉冲轮廓观测值存在噪声项时,基于双谱的累积脉冲轮廓时间延迟测量精度优于泰勒提出的功率谱算法. 关键词： 脉冲星 脉冲到达时间 累积脉冲轮廓时间延迟 双谱     

基于实时主动声定位的快速测频算法

针对爆炸试验中冲击波超压传感器位置定位的问题,采用陆上实时主动声定位系统对爆炸试验中冲击波超压传感器位置进行定位。系统中对主动发出声信号频率为已知特定几种频率之一的单频信号的快速实时频率检测,提出了一种快速频率检测算法。算法充分利用信号频率为已知特定几种频率之一这一特定条件,并结合离散时间傅里叶变换(DTFT)与离散傅里叶变换(DFT)的关系以及帕塞瓦尔定理,得出快速频率检测的表达式。经实验验证和计算分析,算法检测频率精准可靠,计算量比其他快速测频算法小得多,更适用于军事紧急状态下陆上实时主动声定位中主动发声和实时定位条件下的快速测频。     

DC artifact correction for arbitrary phase-cycling sequence

In magnetic resonance imaging (MRI), a non-zero offset in the receiver baseline signal during acquisition results in a bright spot or a line artifact in the center of the image known as a direct current (DC) artifact. Several methods have been suggested in the past for the removal or correction of DC artifacts in MR images, however, these methods cannot be applied directly when a specific phase-cycling technique is used in the imaging sequence. In this work, we proposed a new, simple technique that enables correction of DC artifacts for any arbitrary phase-cycling imaging sequences. The technique is composed of phase unification, DC offset estimation and correction, and phase restoration. The feasibility of the proposed method was demonstrated via phantom and in vivo experiments with a multiple phase-cycling balanced steady-state free precession (bSSFP) imaging sequence. Results showed successful removal of the DC artifacts in images acquired using bSSFP with phase-cycling angles of 0°, 90°, 180°, and 270°, indicating potential feasibility of the proposed method to any imaging sequence with arbitrary phase-cycling angles.     

一种自适应层进式Savitzky‐Golay光谱滤波算法及其应用

可调谐半导体激光吸收光谱技术（TDLAS）利用半导体激光器的可调谐和窄线宽特性,通过选择特定气体的单条吸收线,排除其余气体的干扰,可以实现高精度、高选择性的气体浓度测量,在气体浓度检测系统中具有广泛的应用前景。在不同的应用条件和环境下,需要解决相应的硬件和数据处理方面的技术问题。主要研究TDLAS技术机动车尾气CO组分浓度遥测系统中的光谱数据处理问题,该系统利用路面漫反射回波信号遥测行驶中的机动车尾气CO组分浓度。由于激光扫描光谱回波信号受到漫反射面情况变化、空气环境变化、尾气湍流影响等因素影响,探测器收集到的信号不仅较弱同时也夹杂着多种噪声, 即测量光路信噪比较差, 故提出一种自适应层进式Savitzky-Golay(S-G)平滑滤波算法,实现了对光谱进行滤波处理从而更加准确地反演CO浓度。S-G滤波算法因其原理简单、功能强大、只需设置两个参数（窗口大小、拟合阶数）等优点,已广泛应用于光谱处理。如何正确设置S-G算法参数使滤波效果在去噪不足和过度滤波之间找到平衡点,是该滤波算法应用的一大难题。设计的检测系统中,测量光路光谱信号为非平稳信号,噪声和有效信号幅度时变,最佳窗口大小和多项式阶数随信号动态而变化,且变化区间较大,使用固定参数的S-G滤波器难以达到最佳效果。提出的自适应层进式S-G平滑滤波算法,通过逐层将测量光路光谱信号经过S-G滤波后,与参考光路的光谱信号设置的参考段比对信号相关系数和信号一阶导相关系数的和,以自适应得到逐层最优参数。通过对信噪比从9.81～29.77的10组不同带噪光谱分析验证了该算法的有效性,自适应层进式S-G算法能较好地去除噪声并还原带噪信号所携带的待测气体浓度信息,与带噪光谱对比,吸收光谱峰值最大误差由25.152%降至5.917%,积分吸光度最大误差由18.1%降至3.9%。在实现的系统中,使用自适应层进式S-G算法对测量光路进行滤波处理,并对不同车型、不同排量、燃烧不同油品的机动车在怠速和缓速通过(5 km·h-1)系统时其排放的CO浓度进行实时在线监测。     

Random access sequence set design in wireless cellular communication networks

In modern wireless cellular communication systems, Zadoff–Chu (ZC) sequences have been chosen as random access sequences due to their perfect autocorrelation and cross-correlation properties. However, the orthogonality between these sequences is no longer true when there is a frequency offset between the access device and access point. Thereby, the overall performance of ZC sequence-based random access signals will be limited. In this paper, we give a comprehensive analysis on the effect of frequency offset. We show how frequency offset affects the orthogonal property between sequences, and hence incurs the “energy attenuation” and “energy leakage” problems. Consequently, the detection probabilities of the transmitted random access sequences and the false alarm probabilities of the unsent sequences are affected. A frequency offset resistant detection metric is proposed in this paper to improve the detection probability. In order to resist the frequency offset effect as well as apply to the proposed detection metric, mathematical properties of the optimized roots and cyclic shift set are exploited. Finally, we illustrate how to construct a practical random access signal set under the given timing and frequency offset uncertainties. This analytical framework provides a useful insight into ZC sequence-based random access signal design and performance analyses in wireless cellular communication systems.     

基于独立成分分析的全波核磁共振信号噪声滤除方法研究

核磁共振测深(MRS)探水仪探测到的纳伏级微弱信号极易受到各种环境噪声的干扰, 严重影响信号特征参数的准确提取, 导致后续反演解释错误率增高. 针对这一难题, 提出了基于独立成分分析的快速固定点算法进行信噪分离. 首先分析了该算法用于全波MRS信号消噪的适用性; 其次, 采用数字正交法解决欠定盲源分离问题, 提出了频谱校正法实现分离信号幅值的有效恢复. 仿真结果表明, 该算法能够有效地实现全波MRS信号的信噪分离, 且数据拟合后初始振幅和弛豫时间的相对误差小于± 5.00%; 通过与其他经典算法的对比分析, 进一步证明了该算法消噪性能的优越性. 将该算法应用到野外实测信号处理, 结果证明其能有效滤除环境噪声.     

一种强噪声背景下微弱超声信号提取方法研究

为解决在强噪声背景下获取超声信号的难题,基于粒子群优化算法和稀疏分解理论提出一种强噪声背景下微弱超声信号提取方法.该方法将降噪问题转换为在无穷大参数集上对函数进行优化的问题,首先以稀疏分解理论和超声信号的结构特点为依据构建了粒子群优化算法运行所需要的目标函数及去噪后信号的重构函数,从而将粒子群优化算法和超声信号降噪联系在一起;然后根据粒子群优化算法可以在连续参数空间寻优的特点建立了用于匹配超声信号的连续超完备字典,并采用改进的自适应粒子群优化算法在该字典中对目标函数进行优化;最后根据对目标函数在字典上的优化结果确定最优原子,并利用最优原子按照重构函数重构出降噪后的超声信号.通过对仿真超声信号和实测超声信号的处理,结果表明本文提出的方法可以有效提取信噪比低至-4 dB的强噪声背景下的微弱超声信号,且和基于自适应阈值的小波方法相比本文方法表现出更好的降噪性能.     

A method based on iterative morphological filtering and multiple scattering for detecting layer boundaries and extinction coefficients with LIDAR

Layer boundaries detection with LIDAR is of great significance for the meteorological and environmental research. Apart from the background noise, multiple scattering can also seriously affect the detection results in LIDAR signal processing. To alleviate these issues, a novel approach was proposed based upon morphological filtering and multiple scattering correction with multiple iterations, which essentially acts as a weighted algorithm with multiple scattering factors in different filtering scales, and applies integral extinction coefficients as media to perform correction. Simulations on artificial signals and real LIDAR signals support this approach.