瑞利散射信号的远距离OPGW光缆断纤定位研究

光纤复合架空地线(OPGW)容易因雷击、覆冰、烧损、断股而形成断纤故障,导致骨干电源与调度通信中断,威胁电力系统用电安全。随着光纤应用领域的逐渐扩大,大范围的断纤故障检测成为难题。提出基于广域测量的远距离OPGW光缆断纤定位方法。在瑞利散射原理的基础上,采集入射光子进入OPGW光缆核心结构时反射的瑞利散射信号。利用信号波形特征保留度最高的快速傅里叶变换,以消除瑞利散射信号噪声。通过相位调制器拟合瑞利散射信号在三维视角下的幅值波动情况,识别信号幅值大幅跌落的OPGW光缆断纤位置。利用幅值大幅变化的瑞利散射信号特征可以远距离捕获的特点,实现远距离OPGW光缆断纤定位。试验结果表明,所提方法定位距离远、精度高、效率高。通过所提方法的应用,可以及时准确地定位OPGW光缆中的断纤位置,帮助维护人员快速响应和处理故障,从而最大限度减少因断纤故障而造成电力系统中断的时间,提高电力系统的可靠性和稳定性。

基于GPS散射信号的机载海面风场反演系统

提出了利用GPS散射信号构成机载海面风场反演系统,详细介绍了基于GPS散射信号的风场反演模型与散射信号相关功率的计算方法,给出了不同海面粗糙度下散射信号的相关功率曲线。分析了延迟映射接收机的工作模式,给出了某次飞行试验的数据分析结果。试验结果表明,文中所设计的延迟映射接收机能够准确地接收到GPS卫星信号的海面反射信号,并给出与理论分析一致的结论。

基于超声背散射信号分析松质骨中的声阻抗

采用背散射法,研究用声阻抗评价松质骨状况。对松质骨中的超声散射特性进行了分析和讨论,并将分析结果和Faran理论模型进行比较分析;最后对理论和实验所得的牛胫骨、人离体跟骨和人在体跟骨松质骨中的声阻抗分布进行了分析讨论。结果表明松质骨中的声阻抗随入射频率的增加而非线性的增加,理论和实验结果是一致的。当患有骨质疏松时,松质骨密度将减小,因此,与健康松质骨中的声阻抗相比,患骨质疏松松质骨中的声阻抗较小。

HHT在激光云高仪后向散射信号处理中的应用

根据半导体激光云高仪后向散射信号的特点,基于希尔伯特-黄变换(HHT)提出了一种突出后向散射信号细节特征的处理方法。该方法有效地发挥了HHT对非线性、非平稳信号处理的能力,从原始后向散射信号中分别重构出初步去噪项和信号趋势项并实现二者的结合,从而生成全新的经特征突出的后向散射信号。大量实验数据分析证明,该特征突出方法利用了EMD分解和重构滤波的优势,摒弃了其去噪同时削弱有用信号、忽略细节特征的缺陷,适用于云高仪后向散射信号处理;配合相应的后向散射参数反演方法,可以有效提高云高识别能力和垂直能见度反演的精度,降低了云高误报和漏报率。

收发分置目标强度的计算及前向散射信号的分离

研究时域有限差分(FDTD)法计算收发分置弹性目标散射声场的有效性,和实验测量中从直达与散射干涉信号中分离目标前向散射信号的方法。将FDTD法应用于三维声场计算,分别计算了平顶圆柱、球顶圆柱、球锥顶圆柱和扁长回转椭球等几种不同形状的弹性体散射近场空间分布,再用近远场变换方法获取远场目标强度空间分布。模拟结果表明:目标强度的空间指向性是受声波入射方向、无量纲波数kL(k-波数,L-目标特征尺度)、目标形状、材料等影响;在本文所计算的几种不同形状目标的尺度和kL取值范围内,计算得到的收发分置目标强度空间分布均有显著的前向散射与镜反射特征。计算结果得到解析解和实验结果的印证,从而表明了FDTD法计算收发分置目标散射场的有效性。对接收信号采用相关处理方法,能有效地分离出目标前向散射信号,表明对于收发分置目标散射声强的测量,这是一种简单有效的分离目标前向散射信号的方法。

基于超声背散射信号递归分析的金属材料微缺陷识别

为了能有效识别金属材料超声检测信号中的微小缺陷回波,使用递归分析方法对检测信号进行分析。通过对超声波背散射信号进行建模,说明其组成要素。在超声检测信号中,缺陷回波信号会对系统的递归特性产生影响。使用递归分析对含0.8mm平底孔人工模拟缺陷的直径为120mm低碳钢棒材试块实验采集的背散射信号和无缺陷背散射信号进行了研究。截取试块检测信号中的背散射信号部分,通过合理的参数选择对其进行递归分析并绘制递归图。通过与实验采集的无缺陷信号的递归图进行对比,发现缺陷信号会在递归图中产生明显的白色交叉条纹带。使用递归定量分析进一步研究了含缺陷背散射信号的递归特征量,结果表明捕获时间(TT)、确定率(DET)与递归熵(ENTR)这三项特征量对缺陷信号比较敏感,在缺陷位置处均会出现明显的峰值。

松质骨超声背散射信号的谱信息熵判断方法

在松质骨超声背散射评价的实际应用中,如何快速准确地判断接收到的信号中是否包含有效背散射信号是一个重要问题。提出一种基于谱信息熵的背散射信号判断方法。对在体采集的984例成人跟骨处临床数据,采用该方法判断背散射信号的有效性,将判断结果与经验判断结果进行对照分析,并分析该方法中的信号区间长度和谱信息熵分段数对判断结果的影响。结果表明,当信号区间长度为13μs,谱信息熵分段数为15~20时,该方法可以获得最佳的判断结果（准确度〉95%,灵敏度〉99%,特异度〉87%）,并且计算时间极短（1.5 ms）。因此采用谱信息熵方法判断背散射信号的有效性,可以满足超声骨质评价中对准确性和实时性的要求。

骨小梁材料特性对超声背散射信号的影响

基于时域有限差分法(FDTD)建立了松质骨的超声背散射仿真系统,研究了骨小梁材料特性对超声背散射信号的影响。首次得到松质骨中的超声背散射系数(BSC)和积分背散射系数(IBC)随骨小梁材料参数(密度、拉梅常数、黏度系数及声阻抗系数)的变化关系。研究结果表明,IBC随骨小梁密度的增加而增加;BSC和IBC随拉梅常数的增加而增加、随第一黏度系数的增加而近似线性地减小,第二黏度的变化对背散射信号的影响很小;背散射参数随阻抗系数的增加而减小。说明松质骨中的超声背散射特性不仅受骨矿密度(BMD)和骨微结构的影响,还与骨小梁的材料参数密切相关。研究结果有利于理解松质骨中超声的背散射特性,对松质骨骨质状况的评价有一定帮助。

超宽带散射信号的时域测量及处理

叙述了在超宽带电磁脉冲照射下良导电散射体散射信号的时域测量技术及数据处理方法。描述了产生散射信号的物理过程 ,散射信号的时域测量步骤、提取方法以及散射体冲激响应的计算方法。通过对铝金属球体散射信号的测量及处理 ,说明了上述测量技术和数据处理方法是有效的 。

准规则生物组织超声背散射信号的仿真

超声背散射信号能提供反映组织微结构的有用信息。本文在原有的生物组织超声背散射信号仿真模型基础上,将影响平均散射元间距(MSS)估计的组织特性具体为4个主要参数,为检测各种平均散射元间距估计方法的性能提供了方便。文中用AR倒谱方法对仿真信号4个参数的合理性进行反向测试,实验结果表明,仿真信号的4个参数能表示影响平均散射元间距估计性能的组织特性。通过仿真信号与人体脾组织的背散射信号以及相关文献中组织信号的比较,证明仿真信号与具有准周期性的生物组织背散射信号基本类似。

时频分析在超宽带散射信号处理中的应用

简要介绍了伪Wigner分布和小波变换信号处理中的分析方法,描述了在超宽带散射信号分析中的应用情况,对一些简单形状的金属散射体的双站背向散射信号作了实际测量,并且用伪Wigner分布和小波分析方法对这些信号进行了时频分析,由此验证了超宽带信号在目标探测和识别方面的优越性。

用于缺陷定量的超声散射信号去相关分析及贝叶斯反演方法

针对结构中缺陷定量识别问题,建立了椭圆缺陷超声散射仿真模型,研究了缺陷偏转角度及尺寸对散射信号去相关特性的影响。结果表明,超声信号去相关系数矩阵与缺陷几何状态(如尺寸及角度)存在很大关联性,但并非线性相关。结合参数化有限元分析与贝叶斯理论,发展了一种基于超声散射信号去相关分析的缺陷反演方法,开展了缺陷反演数值仿真及检测实验。结果表明,发展的缺陷反演方法可以很好实现铝块与铝板缺陷位置及尺寸反演。其中铝块开口缺陷尺寸(深度)反演误差约为激励波长0.2倍,位置误差约为激励波长0.6倍;铝板圆形缺陷尺寸反演误差约为激励波长0.04倍,位置误差约为激励波长0.4倍。研究工作为结构中缺陷定量识别与评价做了有益探索。

有限散射信号下二维缺陷形状识别的罚函数法

研究在有限照射角度和频带宽度下二维缺陷的形状识别问题．首先，通过引进介质参数 扰动函数，建立介质参数扰动函数和弹性波散射场之间的非线性关系，并将所关心的缺陷的形 状识别问题转化为关于扰动函数的反演；然后，利用变分技术和优化方法求解，为了弥补散射 数据的不足，在总的目标函数中，采用附加度量函数作为罚函数；最后，对后场散射远场测量 时有限照射角度和频带宽度下几种典型缺陷进行了模拟识别，表明了罚函数法的有效性．

瑞利后向散射信号硬件解调电路设计

光时域反射仪(OTDR)在光纤系统的测试中具有十分重要的作用,如何提高其分辨率和动态范围已经成为研究的一个难点[1-3].为了使设计的解调系统达到对测量精度和动态范围的要求,采用Xilinx xc3s400和USB单片机为主要的核心器件,分别完成对A/D的采样、通信等功能,A/D采用12位150 Mbps高速采样芯片完成对被测量的量化;通信方面以USB通信方式,以实现采集数据与PC机之间的数据传输.数据传输率达到30 M以上.在PC机开发可视化图形界面完成数据的处理和结果的显示.

生物软组织超声背向散射信号的仿真

生物组织超声背向散射信号的建模与仿真在超声散射分析与组织定征和超声成象等方面具有十分重要的意义。在对超声背向散射信号建模的基础上,提出了一种生物组织超声背向散射信号仿真的新方法,这种方法的特点是综合考虑了散射元空间分布与组织中的超声衰减现象这两种不同类型的效应,同时还考虑了肝脏组织不同类型的散射模式,即规则散射与弥漫散射这两种类型的散射。规则散射信号振幅服从K分布,散射元间距服从Gamma分布。弥漫散射是由分辨单元内许多随机分布的散射元所产生的。因此,所仿真的超声背向散射信号与实验获得的生物组织的超声散射信号基本上相类似。

基于子波分析的悬浮物散射信号特征提取实验研究

概述了应用子波分析对悬浮物测量中的声散射信号进行特征提取的方法 ,并对声散射信号识别的研究进行了探讨。

高频超声中血流散射信号的实验研究

目的分析高频条件下红细胞对超声的背向散射情况,探索高频血流成像的条件。方法在现有理论的基础上,利用瑞利散射公式推导红细胞背向散射回声强度与超声频率的关系,并采用10、20、50 MHz超声进行成像,观察血流散射情况。结果实验对同一人体样本的手臂不同深度浅表静脉成像,实验结果在一定程度上验证了理论推导的结论,表明在1~4 mm的深度范围内高频超声成像可获得较强的血流散射回声。结论在高频超声条件下探测浅表血管,即使采用单脉冲探测,依然可获得较丰富的血流回声信号,采用20 MHz的超声频率,可获得较理想的血流散射信息,为高频血流成像提供了条件。

EEMD在激光测云仪后向散射信号处理中的应用

激光测云仪后向散射信号是典型的非线性、非稳态信号,容易受噪声污染。针对该问题采用集成经验模态分解(EEMD)去噪算法进行处理,首先对含噪信号进行经验模态分解(EMD),将分解后的IMF分量进行自相关性分析,找出含噪占有量较大的IMF分量,对其进行SG(savitzky-golay)滤波,最后将滤波后的IMF分量和剩余分量进行信号的重构。经仿真实验结果表明,与传统的EMD方法相比,EEMD方法处理含噪信号后的输出信噪比提高了1.695 dB,均方误差平均降低了30%以上,说明该方法可以适用于非线性、非稳态的后向散射回波信号去噪处理,能为激光测云仪下一级的云底高度反演提供高信噪比的初始数据。

基于多曝光图像融合的大动态范围散射信号获取

针对光散射法中散射信号的动态范围小影响光学元件表面粗糙度测量精度的问题,提出将图像融合技术应用到大动态范围散射信号的获取中。首先,采集光学元件同一位置处不同曝光时间的散射图像;然后,对其进行小波变换,分解后的低频分量采用散射信号最强原则、高频分量采用区域特性测量原则进行融合,经小波逆变换完成多曝光散射图像的融合;最后,将获取的大动态范围散射信号进行处理得到元件的表面粗糙度值。结果表明:融合后的散射信号与未经融合的散射信号相比,动态范围增加了3个数量级;融合后的散射信号计算得到的光学元件表面粗糙度值与白光干涉仪的测量结果一致,证明了该融合方法可用于大动态范围散射信号获取和光学元件的表面粗糙度测量。

超声换能器焦区内软组织背散射信号频移与散射子粒径的相关性研究

基于超声波在生物软组织中的传播机理,研究聚焦超声换能器焦区内软组织超声背散射信号中心频率的偏移量与组织超声特征散射子粒径的相关性。通过计算机模拟实验,探讨了组织的衰减系数和超声特征散射子的数浓度(单位体积内散射子的个数)以及换能器的中心频率、带宽和聚焦性等参数对频移量的影响。模拟结果表明,换能器焦区内软组织超声背散射信号中心频率的偏移量随散射子粒径的增大而增加,近似呈线性增长的关系;偏移量与组织的衰减系数和发射换能器的中心频率、带宽等参数有关,这些参数越大,偏移量也越大;散射子的数密度、聚焦超声换能器的聚焦性等参数对频移量的影响不大。