GNSS射频前端的多频信号兼容采样

针对不同频段GNSS信号存在的频率冲突问题,提出一种射频前端多频信号的采样频率兼容算法。分析了GNSS接收机射频前端的结构体制,指出射频直接采样数字化结构有利于同一射频前端实现多频信号的接收。在此结构基础上,考虑到多频信号采样频率兼容,采样后信号不发生混叠,以及实际工作环境的要求,提出一种计算多频段GNSS信号兼容采样频率的处理方法。利用该方法对GPS的L1、L2C和E5a信号的兼容采样进行仿真,结果表明,涉及到长码的采样兼容时,较小的采样频率对接收机的系统设计是有利的。     

基于MEMS压阻传感器的低功耗高过载测试系统设计

为了检验弹体在高冲击环境下的工作情况,提出了一种基于压阻传感器的高过载、低功耗的测试系统设计方案。该系统可承受2×105g的过载冲击测试,且具有采样率高、体积小、功耗低的特点。通过打靶实验验证:在过载测试过程中该系统具有承受高冲击的能力,并能精确地采集到信号微弱变化,保证了弹体在飞行中记录数据的准确性。     

高精度LINS陀螺采样频率以及噪声抑制技术

基于激光陀螺高带宽和数字化输出的特点,提出激光陀螺数字信号处理的两个基础性问题,采样频率合理性与抗混叠滤波。分析了国产高精度激光捷联惯导常用的2000 Hz采样频率下激光陀螺频谱特性。指出在该采样频率下,激光陀螺输出信号中存在某些固定频率干扰信号。提出一种逐步升高采样频率的方法,给出了谱峰位置确定公式,证明国产高精度激光陀螺输出信号中存在机抖频率的3倍频和5倍频干扰信号,并给出合理的最低采样频率应为4500 Hz。为了解决激光陀螺数字化输出的抗混叠滤波问题,建议引入过采样技术,继续提高采样频率,降低激光陀螺功率谱密度,并利用低通滤波抑制噪声,提高激光陀螺精度。     

一种低运算量GNSS接收机快速捕获方法

为了减少捕获阶段占用的时间与功耗,提出了一种低运算量的快速捕获方法。首先选取伪码周期整数倍数据进行二维重排,利用降采样理论对每个数据横块混叠;其次通过竖块FFT运算实现频率补偿以增强叠加信号的信噪比,使用横块FFT运算细化多普勒频移分辨率并得到特定的伪码相位筐,搜索特定筐内伪码相位的最大相关值。最后得到确切的伪码相位与多普勒频移。实际数据仿真结果表明,降采样因子与数据块个数取2时,所提方法运算效率是基于FFT捕获方法的4.1倍,基于SFT捕获方法的1.7倍,运算效率随降采样因子与数据块个数增大显著提升,能更好满足接收机的性能要求。     

MEMS陀螺仪短时漂移特性实验研究

针对低精度MEMS陀螺仪适合短时间工作的特点,在不同采样频率下测试了常用MEMS陀螺仪的短时漂移,对比研究并分析讨论了各种被测MEMS陀螺仪的短时漂移特性,发现石英系列MEMS陀螺仪的短时漂移在高频采样时表现出显著的周期性,并说明测试石英MEMS陀螺仪需要高采样频率,应用时需精确标定补偿其周期特性。     

最小二乘识别的一个改进算法

本文首先研究采样频率对最小二乘识别精度的影响,分析了过高采样频率导致识别失败的原因,然后提出了一种既可充分利用采样数据又简单实用的改进算法,方法对单测点和多测点均适用,最后举例说明本文方法的有效性.     

具有采样反馈的力控制系统稳定性

基于计算机的数字采样控制对离散信号进行运算并向作动器提供控制输入,是当前的主流控制技术.数字采样控制系统是这样一类控制系统,其控制对象由微分方程(组)描述,而控制律由离散采样信号给出.以采样PD(proportional-derivative)反馈作用下的单自由度力控制系统为例,基于离散系统的稳定性分析方法,研究采样控制律对控制系统稳定性的影响.为了突出采样反馈的作用,将系统取为无刚度、无阻尼的最简单形式.不同于已有研究假设位移采样信号与速度采样信号相互同步,本文研究当位移采样信号与速度采样信号不同步时受控系统的稳定性,发现位移采样信号与速度采样信号的采样周期不同组合对受控系统在增益平面上的稳定性区域有重要影响.结果表明,对所关心的三种数字采样反馈控制律,当位移采样信号滞后于速度采样信号一个采样周期时,受控系统具有最大的稳定性区域且对相同的增益值可以有最好的稳定效果.论文对这种现象进行分析,给出了一种力学解释.     

CCD探测器的数字读出技术

探测器的读出噪声是表征其性能的一个重要参数,它不仅限制了探测器的能量分辨,还影响探测器系统的动态范围。传统的CCD探测器信号读出部分都采用由模拟器件构成的相关双采样（Correlated Double Sampling,简称CDS）电路,这种方法已被证实能够有效抑制探测器噪声,但与此同时,由于CDS电路本身比较复杂,引入了新的噪声,它成为进一步减小读出噪声的一个屏障。为了消除模拟电路本身的噪声屏障,作者采用了一种基于高速ADC和FPGA的直接数字化读出方法,去除CDS电路,简化信号路径,由FPGA控制高速ADC对CCD探测器输出信号的参考电平和信号电平进行多次采样,用数值计算方法实现CDS功能,提高了信噪比,改善了探测器的性能。     

高冲击随弹测试固态记录器的设计与应用

为记录爆炸高冲击信号,设计了随弹测试固态记录器。该固态记录器以FPGA器件XC2S30为核心处理芯片,在其内部的A/D控制器、高速状态机、相位延迟时钟和闪存控制器的共同作用下,能够将高冲击信号转换成数字信号并存储到由闪存构成的主存储器中。利用设计的固体记录器并结合多层缓冲和双层钢套保护结构,成功地记录了炮弹爆炸抛撒和炮击试验中的全程高冲击信号。     

低失真爆炸冲击信号零漂分析和处理方法

短时的爆炸瞬态冲击信号,具有冲击频带宽、幅值高特点,在测试过程中,常常会有信号失真的零漂现象。本文中详细分析零漂现象产生的原因,对比各种修正方法的优缺点,提出基于经验模态分解（empirical mode decomposition,EMD）改进高效算法,结合频域窗函数滤波方法,这种新修正方法,能够较好弥补现行修正方法的缺陷,可为瞬态冲击信号时域模拟提供失真较小的环境条件数据。     

子集模拟的混合采样算法

子集模拟是当前可靠度计算领域常用的估计算法,相比于直接蒙特卡罗积分法,极大减少了函数调用的次数。子集模拟法一般使用单一采样器,然而不同采样器适用范围不同。如使用单一椭圆切片采样器,其遍历性较好但函数调用次数较多;而使用单一自适应条件采样时,其采样效率较高但样本容易陷入局部极值。单一采样器由于本身特性面对不同问题时失效概率的积分结果可能出现偏差,模拟效果不稳定。本文首次提出了一种混合采样子集模拟法,在子集模拟的前几层使用椭圆切片采样,此时失效区域收缩程度有限,函数调用次数在可接受的范围内,样本经过采样扩充后能充分探索参数空间,更有效地检测出所有失效区域。当失效区域收缩至一定限度后,使用自适应条件采样,此时种子样本继承了前几层样本较低的相关性,并在此基础上通过自适应条件采样更高效地增殖样本。本文通过四个模拟算例多种维度下的数值积分验证了该算法具有椭圆切片采样器较好的遍历性,同时采样效率位于椭圆切片采样与自适应条件采样之间,对于不同问题拥有良好的通用性。     

Spectral estimation and analysis of LDA data in pulsatile flow through heart valves

The Laser Doppler Anemometry (LDA) measurement technique presents an inherent difficulty when spectral analysis is applied to it. The random nature of the LDA signal prohibits sampling at regular, equi-spaced, time instants. Irregular sampling presents additional variability of the spectral estimator. In order to reduce this variability, spectral analysis of LDA data is performed according to the method of direct Fourier transform of short blocks of data, as suggested by Gaster and Roberts. The LDA data is measured in a flow field distal to prosthetic heart valves with varying degrees of stenosis. The spectral estimates of velocity data sampled during the rapid closure stage of the valve are achieved with excellent frequency resolution. Important and useful information about dominant frequency peaks and preferred modes which exist in the flow, otherwise smeared or concealed in the spectral contents, are then derived from the spectral information. These modes are quantitatively analysed in light of vortex formation and related flow mechanisms. Comparative studies of normal and stenosed valves show that the preferred modes are governed by the valve geometry and dynamic behavior and are correlated to the severity of the stenosis.     

Stress Wave Analysis and Optical Force Measurement of Servo-Hydraulic Machine for High Strain Rate Testing

Based on fundamental mechanical principles, a force measurement method for a servo-hydraulic tensile machine at strain rates from quasi-static up to 10³/s is proposed in this paper. Analytical and numerical stress wave analyses were performed at first to understand the principles of the force signal oscillation. The result of this FEM simulation indicates that the elastic vibration within the tensile specimen has a higher frequency and much lower amplitude than at the piezoelectric force sensor of the test machine. Based on this finding, a noncontact optical force measurement method was developed, which provides a fast and reliable force measurement directly on the specimen with little disturbance from the system ringing effect at strain rates up to 10³/s.     

一种基于多参考信号ICA的重力信号提取方法

海洋重力测量包含大量噪声,其中的低频噪声与重力信号频率相近,常用算法难以有效抑制测量噪声提取重力信号。为了有效地消除海洋重力测量信号的噪声,提高信号的获取精度,根据独立分量分析理论,提出一种基于多参考信号独立分量分析的重力信号提取方法。采用经验模态分解将海洋重力测量信号分解为固有模态分量,同时采用卡尔曼滤波以及小波分解等算法处理重力测量信号,将卡尔曼滤波器和小波分解的滤波结果以及由固有模态分量重构的信号作为独立分量分析算法虚拟通道的参考信号,应用基于负熵的独立分量分析算法估计重力信号。基于实测重力信号对该方法进行了去噪试验,理论分析和试验结果表明,多参考信号独立分量分析的重力信号提取方法能有效的抑制干扰和恢复重力信号波形,与常用的重力信号处理算法相比,海洋重力数据的获取精度大约提高了30%。     

对激光干涉测速中信号丢失现象的分析

分析了当应用任意反射面速度干涉仪(VISAR)测量强冲击波作用下样品自由面速度时丢失部分测量信号的问题。除了普遍的光电系统有限频率响应以及数字示波器采样率的影响,主要考虑了干涉仪延迟时间、多模光纤的多模色散对测量信号的影响。干涉仪延迟时间导致速度历史与一个宽度为延迟时间的矩形函数进行卷积,使速度历史的高频细节丢失;多模色散导致干涉信号与某一梳状函数进行卷积,使高频干涉条纹丢失。对丢条纹的整数性进行了分析。     

基于虚拟响应信号的结构参数时域辨识研究

在充分考虑线性动力系统的时域响应特性以及小波包分析的频率空间剖分特性的基础上,提出了一种基于虚拟响应信息提取的信号去噪新方法.虚拟响应虽然没有在结构动力检测过程中真实发生,但却是在某种激励下可以实现的一个响应,因此,根据虚拟响应信息同样可以进行结构系统的动力识别.数值研究表明,对于地脉动响应这种有效信号频带与噪声频带相互覆盖的低信噪比信号而言,小波阈值去噪法已无能为力,而基于虚拟响应信息提取的信号去噪方法则有较好的去噪效果.     

硅微机械陀螺谐振频率在线快速测定方法

传统测定硅微机械陀螺谐振频率的扫频法需要记录所有频率输入与幅值响应的值,效率低且实现较为复杂。提出一种在线快速测定方法,根据硅微机械陀螺模态特性,将谐振频率的确定视为寻找幅频函数在定区间上的极大点问题,然后利用黄金分割搜索法求解该极大值点。仿真显示,在信噪比为50 dB的噪声水平下,仅需少量的样本点即可收敛到真值附近,测量相对误差在10-6量级上。基于FPGA实现了嵌入式测试系统,分别采用传统扫频法和本文方法进行测量,二者得到的结果相近(相对误差在10-6量级上),从而验证了方法的有效性。     

固壁温度对壁湍流相干结构的影响

用半导体元件对平板进行加热，用ＶＩＴＡ法和ｍｕ－ｌｅｖｅｌ法两种条件采样技术研究了固壁温度对湍流相干结构的影响，改进了Ｔｉｅｄｅｒｍａｎ等人提出的“归组”方法，并且用“归组”的ＶＩ－ＴＡ法和ｍｕ－ｌｅｖｅｌ法研究了固壁加热对湍流猝发平均周期的影响．实验结果表明，固壁加热使得湍流脉动速度均方根值变大，条件采样检测到的事件数量增多，但猝发周期维持不变     

根据散斑统计性质测量运动速度的一种新方法

本文提出了一种根据散斑统计性质测量物体运动速度的新方法.在夫朗和费衍射区一点记录运动物体的漫射散斑场随时间的变化,并将记录时城信号作快速付氏变换,转换到频率域上,从功率谱宽度或其所覆面积可推算出物体运动速度.本文从理论上作了分析,推导出物体的运动速度和记录信号功率谱函数的简单关系.实验验证与理论分析吻合一致.该法可作实时测量.