用于三轴MEMS加速度计的集成数字调理电路

基于0.18μm互补金属氧化物半导体(CMOS)工艺,设计了一种用于三轴微电子机械系统(MEMS)加速度计的集成数字调理电路,实现了三轴加速度信号的数字后处理。该数字调理电路采用级联积分梳状(CIC)与有限冲击响应(FIR)相结合的滤波器形式,有效滤除了带外的量化噪声,提高了输出信号的信噪比;零位采用四阶多项式拟合温补算法,标度因数采用二阶多项式拟合温补算法,有效降低了加速度输出随温度的漂移,提升了加速度计的测量精度。此外,FIR滤波器采用时分复用的实现形式,温补模块采用串行实现形式,有效减小了芯片面积,最终芯片面积为1.5 mm^(2)。测试结果表明,滤波器符合设计值,三轴MEMS加速度计的零偏不稳定性为15μg,速率随机游走为0.035 m/s/√h,温补后零偏全温区变化量为3.55mg,提升了5.4倍;温补后标度因数全温区变化量为0.0026,提升了4.1倍,电路性能良好。

基于梳状滤波器的光纤陀螺尖峰干扰抑制方法

针对光纤陀螺尖峰干扰引起的解调误差问题,提出了一种基于梳状滤波器的光纤陀螺尖峰干扰抑制方法。首先,介绍了光纤陀螺尖峰干扰产生的原因和梳状滤波器的原理;然后,通过Matlab仿真,验证了梳状滤波器对尖峰干扰有良好的抑制效果;最后,根据梳状滤波器原理,基于现场可编程门阵列设计了一种优化的梳状滤波器,并与采用模拟开关抑制尖峰干扰的方法进行性能比较。实验结果表明,此方法可有效抑制光纤陀螺输出信号中的尖峰干扰,相比于传统基于模拟开关的尖峰干扰抑制方法,陀螺精度提高约12.74%。该研究对高精度光纤陀螺的性能提升具有重要参考价值。

基于改进语谱图的深度学习说话人识别

为了提高说话人识别系统的性能,提出基于改进语谱图的深度学习说话人识别算法。语谱图当中包含了语音的内容、情绪、语种以及说话人身份等多种信息,在以往的说话人识别算法中,往往没有考虑到说话人身份特性,采用直接提取语音中的语谱图作为网络输入,而说话人识别系统中需要提取语谱图中表征身份的信息,因此需要在原始语谱图的基础上进行改进。在语谱图中,基音频率以及共振峰等信息最能表现说话人的身份特征,从而提出根据语音信号中每一帧的基音频率进行自适应梳状滤波,得到改进后的语谱图,再通过卷积神经网络提取说话人特征,从而达到提升识别准确率的效果。网络模型采用MobileNetv2神经网络,该网络模型具有模型参数少、收敛速度快、识别速度快等优点,有利于实际应用。在对照实验结果中,该方法相对于原始语谱图的准确率分别提高了2.3%、5.2%、3%。

基于滤波器组多载波交错梳状谱的雷达通信一体化信号技术

雷达通信一体化是在实现无线通信的同时实现目标探测,以减小电磁干扰,提高频谱利用率。信号设计是雷达通信一体化技术实现的关键。由于常见的基于正交频分复用(OFDM)的雷达通信一体化信号存在频偏敏感和带外辐射过高的问题,不适用于高动态应用场景。考虑到滤波器组多载波(FBMC)信号具有高多普勒容限和低带外泄露的优点,该文在FBMC框架下,通过优化雷达通信子载波时频位置,提出了一种FBMC梳状谱雷达通信一体化信号设计方法。由于FBMC信号载波间与符号间存在固有干扰,因此信道估计不准确且不适应快时变信道,因此该文设计了一种交错梳状辅助导频结构,消除固有干扰的同时实现信道跟踪。此外,一体化信号中雷达复信号会对通信信号引入实干扰,该文提出了一种基于干扰利用的实干扰补偿算法,将实干扰用于通信信号还原。仿真结果表明,在快时变信道下,该文所设计的雷达通信一体化信号在进行高数据率传输过程中具有较低的误码率,且具有较好的雷达探测性能。

航空电磁时间域数据工频干扰研究与去除

时间域航空电磁系统在飞行作业过程中,信号受人文噪声中的高压输电线影响,导致测得的响应中含有工频干扰信息而不能真实地反映地下介质分布情况,因此本文开展了工频干扰噪声去除研究,提出一种可直接在时间域中对数据进行处理的梳状滤波器,该滤波器的提出不仅节省了时—频和频—时转换的时间,也避免了繁琐的转换步骤,降低了转换过程中可能出现误差的风险。利用梳状滤波器的关键点是通过理想阻带来抑制工频频率信号及其k次谐波,达到对工频干扰压制的目的。本文不仅研究了IIR型和FIR型梳状滤波器,同时对比了单一陷波滤波器对工频干扰的去除效果,期望通过该研究可以为时间域航空电磁数据处理提供一种高效的工频干扰去除手段。

自适应时变梳状滤波与FCM变转速齿轮故障识别

针对在变转速下齿轮的故障特征提取与故障识别,提出一种基于自适应时变梳状滤波(Adaptive Time-varying Comb Filtering,ATVCF)与模糊C均值(Fuzzy C-means,FCM)聚类的故障识别方法。该方法先用ATVCF方法对变转速下的齿轮振动信号进行时变滤波,并计算滤波信号的均方根值和样本熵,以此构建特征向量矩阵;然后通过FCM对训练样本的特征向量矩阵进行分析,获取各状态下的聚类中心;最后通过计算测试样本与各聚类中心的欧式氏距离来识别测试样本的状态。采用风力机传动系统模拟故障试验台(Wind Turbine Drivetrain Diagnostic Simulator,WTDDS)的齿轮不同状态数据验证了该方法识别变转速下齿轮故障的有效性;同时,通过与直接FCM和经验模态分解(Empirical Mode Decomposition,EMD)-FCM方法的聚类效果对比,凸显了该方法的优越性。

级联长周期光纤光栅梳状滤波器的设计

为了灵活扩大通信容量,设计了一种级联长周期光纤光栅(cascade long period fiber grating,CLPFG)结构的光纤梳状滤波器,并对其进行了系统的理论研究,重点讨论了光栅周期、光栅长度、间隔光纤长度和光栅段数等级联光栅参量对梳状滤波特性的影响.结果表明:间隔光纤长度和光栅段数能够有效调谐信道3 dB带宽和信道间隔;通过优化设计,可以实现对称性和非对称性梳状滤波器的设计.这种梳状滤波器具有结构紧凑、工作带宽大、信道带宽及设计灵活等优点.

Comb-Based Filter Design Using Sharpening Technique and Certain Palindromic Polynomial

This paper presents a novel approach to improve aliasing rejection in comb-based decimation filters. The method is established on certain palindromic polynomials with all zeros on the unit circle and the sharpening technique. As a result, aliasing rejection and the passband characteristic are improved. The method is illustrated with various examples and compared with the methods from the literature. .

双光频梳辅助的微波频率测量方法

为实现大频率范围内多微波频率的高精度即时测量,提出了一种基于双光频梳和法布里-珀罗滤波器(Fabry-Perot filter,FPF)的微波频率测量方案。将待测微波信号通过单边带调制加载在一路光频梳上进行频率复制,再将调制后的光信号通过一个法布里-珀罗滤波器进行信道分割。FPF的输出信号和另一路光频梳耦合后通过光解复用器实现信道化接收。通过设置合适的系统参数,可使得每个信道输出的拍频信号在同一窄带中频频段内。基于频率-光功率映射的原理,通过判断信号的存在性即可确定未知信号所处的频率段,实现信号频率的粗估计。通过对目标信道输出的微波信号进行采样、模数变换和信号处理可实现未知信号频率的高精度测量。通过实验仿真验证了所提方案的有效性,频率测量误差在±2.5 MHz内。

基于时域准同步的谐波和间谐波检测算法

傅里叶分析法因其简单方便成为常用的谐波、间谐波检测方法,但该方法在非同步采样时存在频谱泄露问题,由此产生的谐波和间谐波的相互干扰会严重降低测量准确性。通过采用时域准同步方法减少频谱泄漏,并采用梳状滤波器分离谐波和间谐波,可以有效提高谐波和间谐波的检测精度。在电能质量测量实时性要求高的场合,为了避免梳状滤波器导致的长时延,可以通过引入时域平均法在时延较小情况下获得相当的间谐波测量精度。给出该方法在电力谐波、间谐波测量方面应用的算法流程,并分别在MATLAB和谐波分析仪上实现谐波、间谐波分析算例。

往复式压缩机气缸压力模拟曲线提取

提出了一种基于振动信号分析的往复式压缩机故障诊断方法。应用频域能量准则判定汽缸压力变化引起的振动响应信号所处频带,构造梳状滤波器提取出响应信号,对得到的相应信号进行包络分析,得到的包络曲线体现了气缸压力的变化趋势,可应用该曲线绘制模拟示功图对往复式压缩机故障进行诊断。对工程信号的分析表明,该方法不仅可以区分出压缩机正常与故障状态,还可以区分出不同的故障类型,具有较好的工程应用价值。

基于DSP的振动信号阶比与时域同步平均分析

本文介绍了阶次这一特征分量在机械故障诊断中的作用 ,以及其原理和各种具体实现方法。而时域同步平均可以有效衰减与回转频率无关的干扰 ,提取与工作状态直接相关的周期信号。同时 ,时域同步平均的实现方法与阶比分析也有相似之处 ,所以本文也对其作了介绍。在比较几种传统方法后 ,提出了采用高速数字信号处理器DSP电路和插值算法来进行振动信号的阶比分析和时域同步平均处理。克服了基于锁相环电路采样方法跟踪精度低。

一种非对称结构光纤梳状滤波器的分析

提出了一种由光纤光栅与光纤方向耦合器组成的光学梳状滤波器的理论模型 ,详细地分析了该滤波器的输出特性 ,由传输矩阵法推导出了当光纤光栅为均匀Bragg光栅时 ,该模型输出光谱与有关参量之间关系的数学表达式 ,对决定滤波器输出光谱特性及其规律的相关参量进行了详细讨论 ,其结果可以为今后该器件的制作及关键技术的解决提供参考 .

基于梳状滤波器的光纤光栅传感系统解调方法

针对现有光纤光栅解调系统存在的非线性和温度敏感性现状,提出并实验验证了一种基于梳状滤波器的波长解调方案。通过测试分析了梳状滤波器和可调谐Fabry-Perot滤波器的光学特性。并利用光学仿真软件Optisystem构建试验平台进行仿真计算,仿真结果和理论结果具有很好的一致性。搭建了解调实验平台,通过温度特性试验,实现了光纤光栅传感器对温度良好的线性特性。测试结果表明:系统精确度较高,测量误差小于3 pm,波长均方误差小于1.4 pm。

基于双耦合器的平坦型全光纤波长交错滤波器

提出了由一个3×3单模光纤耦合器和一个2×2单模光纤耦合器级联组成的波长交错滤波器,给出了其基本结构形式。将3×3耦合器中的两边两个输出端口连接在一起,中间端口为反射回路,形成一个3阶级联反射式Mach-Ze-hnder干涉仪,利用傅里叶级数展开的方法对其输出特性进行了分析。分析结果表明:组成滤波器的两个耦合器分光比和干涉臂的臂长差取一些定值时,可得到输出波形通带平坦的波长交错滤波器,其输出稳定性和隔离度均得到了提高。与通常的3阶级联Mach-Zehnder干涉仪相比,耦合器数目减少,在实际制作时可以对耦合器的分光比和干涉臂臂长差进行准确监测和控制。

光纤光栅Sagnac环级联特性

为了解决单个均匀光纤光栅Sagnac环信道隔离度差的缺点,提出了级联Sagnac环组成梳状滤波器的方案。采用Jones矩阵理论分别对单个光纤光栅Sagnac环和二阶、三阶级联时的频谱特性进行了理论分析和数值仿真。对于三阶Sagnac环级联时的情形,实现了通道间隔为0.8 nm、FWHM为0.1 nm的梳状滤波器,在相同信道间隔下使得FWHM降低为单个光纤光栅Sagnac环的1/4,从而有效提高了系统信道隔离度。得到了具有均匀通带间隔、信道隔离度高、光谱半高宽度FWHM窄等特性的梳状滤波器,使其性能能够更好地满足WDM的使用要求。

双芯光纤马赫-曾德尔干涉仪的温度特性

对适用于温度传感的双芯光纤马赫-曾德尔干涉仪进行了研究,并通过将一根单模双芯光纤熔接在两根单模光纤之间,制得了双芯光纤马赫-曾德尔干涉仪型梳状滤波器。用干涉原理分别分析了该器件传输谱的自由空间谱宽与波长、双芯光纤的长度和两纤芯间的有效折射率差的关系,实验检测了它的温度特性。结果显示,随着温度的升高,该器件的传输谱发生红移。在相同温差下,不同波长处的波长漂移值不同,短波长处波长漂移较小,长波长处波长漂移较大。在固定波长处,该器件的传输谱的波长漂移实验数据与温度变化具有较好的二次曲线关系。该器件的温度灵敏度和波长有关,不同波长处灵敏度不同;固定波长处,灵敏度与温度成正比。另外,通过对单模光纤与双芯光纤熔接处的拉锥处理,可以有效降低所制器件的插入损耗。实验制得了插入损耗约为7 dB的梳状滤波器,其体积小、制作容易、与光纤系统具有良好的匹配性,可应用于光纤温度传感。

数字混响器设计

文中首先引入运用电声原理设计人工混响器的准则 .在分析多级延时序列混响及反馈梳状滤波型混响的优缺点基础上 ,详细讨论了级联全通数字混响系统 .重点研究级联全通系统对于人工混响准则的满足情况及计算代价 ,分析影响混响质量关键的回声密度仿真问题 .本文给出了该混响系统中各参数的设计原理 ,及确定混响时间的方案 .实验表明该系统不仅彻底的消除了由于频率密度低而声染色及回声密度低而声摆动效应 ,而且回声密度与自然声学一致 ,产生逼近自然声学的人工混响效果 .

梳状滤波器在滚动轴承早期故障诊断中的应用

在滚动轴承的早期故障信号中,由于较强的齿轮啮合频率以及噪声成份的存在,致使故障特征的提取比较困难。应用二阶循环平稳方法可以有效的抑制噪声,提取出信号中的周期成份,但无法排除啮合频率的干扰。提出了构造梳状滤波器滤除啮合频率,然后进行二阶循环平稳分析的滚动轴承早期故障诊断方法,并通过实际工程信号进行了验证。

容性设备介质损耗角δ在线监测中的干扰抑制新方法

传感器的直流漂移以及电网的3次、5次、7次谐波直接影响介质损耗角δ的测量精度。文中提出了一种梳状陷波器干扰抑制新方法。陷波器的零点位于单位圆,极点在非常靠近单位圆的径向方向上,传递函数在所设计的频点(直流、150 Hz、250 Hz、350 Hz)有超过140 dB的衰减,而对50 Hz无影响,在此基础上,让梳状陷波器输出与母线参考信号进行互相关计算,从而消除随机干扰带来的误差。现场测试表明,该方法的测量精度比传统方法有很大提高。