高斯势分段双稳随机共振在不同噪声下的轴承故障诊断

为解决经典双稳随机共振(classical bistable stochastic resonance, CBSR)在强噪声下输出信噪比(signal-to-noise ratio, SNR)较低问题,将非饱和分段双稳随机共振(unsaturated piecewise bistable stochastic resonance, UPBSR)与高斯势(gaussian potential, GP)随机共振结合得到一种高斯势分段双稳随机共振(Gaussian potential piecewise bistable stochastic resonance, GPPBSR)。首先,将GPPBSR与CBSR、UPBSR的势函数分析对比;其次,以SNR和平均信噪比增益(mean signal-to-noise ratio increase, MSNRI)为衡量指标,分别在高斯白噪声和色噪声背景下通过遗传算法参数寻优得到SNR和MSNRI随系统参数的变化规律,其结果表明在两种噪声背景下,GPPBSR系统的SNR和MSNRI均优于UPBSR,抗噪性能更好;最后,为验证在不同场景下GPPBSR系统轴承故障诊断的实用性,将UPBSR和GPPBSR系统应用于6205-2RS JEM SKF和HRB 6205-2Z两种型号的轴承故障诊断中。仿真结果表明,GPPBSR系统在两种噪声背景下的故障信号诊断均是可行的,且比CBSR和UPBSR的性能更优越。

基于多普勒效应的伪码调相及其与PAM复合引信的抗噪声性能分析

该文研究基于多普勒效应的伪码调相及其与脉冲幅度调制(PAM)复合引信的抗噪声性能。首先介绍了其工作原理;然后,推导了其接收机的总调制制度增益,分析了多普勒频率、伪码周期和脉冲宽度对抗噪声性能的影响。结果表明伪码调相与PAM复合引信的抗噪声性能强于伪码调相引信,并且通过对脉冲宽度、伪码序列周期和工作频率的设计可以保证两种引信良好的抗噪声性能。

线性调频连续波信号的周期分数阶Fourier变换检测与估计

分数阶Fourier变换(FRFT)对LFM信号具有最优检测能力,但对线性调频连续波(LFMCW)信号的检测与估计是次优的。由于LFMCW信号可视为LFM信号的周期拓展,基于FRFT对LFM信号的能量聚集和相干累积思想,该文提出一种新的信号处理方法周期分数阶Fourier变换,以实现对LFMCW信号的检测和估计。周期分数阶Fourier变换的核函数可以与LFMCW信号实现最佳匹配,理论分析和仿真实验表明,随着观测时间的增加,可以实现对LFMCW信号的渐进最优估计,具有比FRFT更优的检测性能。

阵列双稳随机共振在微弱信号检测中的应用研究

阵列双稳随机共振(stochastic resonance,SR)系统可利用噪声在单个双稳SR系统基础上进一步增强微弱信号检测的能力,为强噪声背景下微弱信号的检测开创了新方法。本文应用阵列双稳SR原理进行微弱信号检测的研究,采用理论和数值仿真相结合,通过稳态自协方差函数,分析了阵列双稳SR系统输出信噪比(signal-to-noise ratio,SNR)增益。在此基础上,分别讨论了阵列噪声、外部噪声及阵列单元数对检测性能的影响。并与单个双稳SR检测弱信号进行性能比较,分析和仿真结果都表明,在相同条件下,采用阵列双稳SR比采用单个双稳SR检测微弱信号性能有较大改善。这些研究结果对于阵列双稳SR的进一步发展及应用具有重要意义。

极化信息在雷达目标检测中的得益分析

极化是电磁波的基本属性之一,目标在反射电磁波的同时会改变电磁波的极化状态,其变极化效应蕴含了目标的特征信息,充分利用极化信息可以有效提高雷达系统的反杂波、反隐身、目标识别和抗干扰性能。文中针对雷达单极化、双极化和全极化测量体制,从目标的散射结构出发分析了极化信息对雷达目标检测信噪比的改善程度,为雷达极化方式和极化测量体制的选择、极化检测算法的优化设计等应用提供了有益参考和理论指导。

α噪声下自适应非线性耦合双稳随机共振弱信号检测

在α噪声条件下,为实现微弱周期信号的检测,提出了以平均信噪比增益(A-SNRI)为衡量指标的自适应非线性耦合双稳随机共振系统。先通过调节α噪声参数,将此α噪声与待测信号输入非线性耦合双稳系统中,再通过自适应算法,得出最优系统参数以及耦合系数。实验结果表明,周期信号通过自适应非线性耦合双稳系统后发生了随机共振现象,其频谱图出现了陡峭的尖峰且信噪比增益效果提升明显,说明自适应非线性耦合双稳随机共振系统能够有效地检测出淹没在α噪声中的信号。

阈值阵列模型下的超阈值随机共振信噪比增益

研究了阈值阵列模型和超阈值随机共振现象。对该模型进行剖析,认为阈值阵列系统可以分解为单个阈值系统与集总平均器的级联。为了研究周期输入下的超阈值随机共振现象,理论分析了周期输入下的阈值阵列模型输出随机过程的统计特性,以输出信噪比增益作为随机共振的测度,固定输入信噪比,观测输出信噪比增益相对于阈值噪声方差的变化规律。证实当输入噪声为高斯噪声时,在阈值阵列系统中加入统计独立的高斯白噪声可使输出信噪比增益大于1,当输入噪声为非高斯噪声时,可获得更高的输出信噪比增益。

一种低信噪比条件下的高可懂度的语音增强算法

研究表明,增强后的语音与纯净语音相比,会存在两种不同类型的畸变:放大畸变和衰减畸变,而放大畸变对语音可懂度的影响较大。传统的语音增强算法大多不能有效提高语音增强后的可懂度,因为这些算法仅使用最小均方误差的方法来限制这两种畸变,从而抑制噪声,提高语音的质量,但忽略了不同的畸变类型对可懂度的影响不同。提出一种基于子空间的提高可懂度的语音增强算法,使用先验信噪比及增益矩阵来判断语音畸变的类型。同时注意到,在估计先验信噪比时会存在估计误差:高估和低估,而高估会产生放大畸变,对可懂度造成较大的影响。先对高估先验信噪比(小于-10 dB)的增益矩阵进行修正,然后再对幅度谱畸变大于0 dB及6.02 dB的语音进行不同的限制。实验表明,所提出的算法能够有效增强语音的可懂度。

电子清刷对微通道板增益及输出信噪比的影响

电子清刷是微通道板生产流程中常用的除气方法,会引起微通道板其他性能参量的变化.为研究电子清刷对微通道板输出信噪比及增益的影响,根据信噪比及增益的定义讨论了微通道板性能参量的测试方法,研制了微通道板参量测试系统.应用微通道板参量测试系统对微通道板进行了电子清刷处理,测试清刷过程中不同阶段微通道板的信噪比及增益变化.实验表明:微通道板增益随清刷时间增加而降低,同时增益稳定性提高;电子清刷过程中微通道板的输出信号及噪音的变化率与微通道板增益的变化率基本相同,输出信噪比基本不变.增益变化是影响清刷过程中信号及噪音变化的主要因素,并且电子清刷对微通道板输出信噪比影响较小.

分段非对称随机共振系统微弱信号检测

作为一种重要的信号处理方法,随机共振(SR)能够利用噪声能量增强微弱信号,有效降低噪声信号对特征提取的影响。针对分段对称系统模型随机共振幅值增益不够明显及噪声利用率较低等不足,提出一种分段非线性系统模型。该系统参数独立,易于调节,可通过调节参数诱导最佳随机共振。在双稳态模型下,推导了克莱默斯(Kramers)逃逸率和输出信噪比,同时在模型公式仿真和数值仿真两方面与分段对称系统进行对比分析,用于说明该方法的有效性。结果表明该方法能够有效地提取特征频率,具有良好的放大性能和抗噪声能力。最后将系统应用于不同型号的轴承故障检测,并用自适应智能算法最优化系统参数。结果显示,非对称系统的输出幅值分别为对称系统的8倍,3倍和6倍。数据表明,非对称系统能更有效地实现微弱特征检测与早期故障诊断。该研究进一步对系统在实际工程应用提供了理论指导与依据。

空间遥感相机TDI CCD积分级数和增益的优化设置

为了提高空间TDI CCD遥感相机的成像质量,研究了相机TDI CCD积分级数和增益的优化设置方法。分别讨论了信噪比(SNR)和调制传递函数(MTF)与积分级数的关系,指出增加积分级数能解决光能量不足问题并有效提高SNR,但同时会引起系统MTF下降;增加增益也可解决光能量不足问题,但不能改变系统的SNR和MTF,因此优化积分级数和增益可改善图像质量。采用SNR×MTF作为图像质量评价指标,对积分级数和增益设置进行了优化。数值计算结果表明:在给定的相机参数下,当卫星俯仰角速度为0.005(°)/s,曝光量为饱和值的1/66时,积分级数选为44级,增益设置为1.5可获得较好的图像质量。

阵元一致性对水听器阵列信噪比增益的影响（英文）

研究了水听器阵列中阵元的一致性对信噪比增益的影响因素,一致性意味着当输入信号相同时,各阵元具有相同的输出,即相位与幅度响应均相同。给出了增益与信号、增益噪声互相关系数的关系。从理论上对阵元存在幅相不一致时的阵增益进行了分析,推导了信号为单频时, 2元阵的的增益表达式,并给相位差在10°与幅度差为3 dB时的增益。通过仿真对理论分析进行了验证,总结了当幅相一致性变化时,信噪比增益的变化规律,即水听器阵列信噪比增益受到阵元一致性的影响较大,增益随幅相一致性变差而降低,且幅度响应一致性进一步变差时,增益值将为负值。

基于倒序相关累加的信号到达时间盲估计

研究了在信号频率、初相、幅度未知条件下,矩形包络复正弦信号到达时间盲估计算法。先利用相关检测,对信号的起、止时间进行粗估计,估计出信号频率,并将其变换到基带,经倒序累加后的信号模值,在到达时刻将出现拐点并达到最大输出信噪比,检测出拐点位置,作为到达时间精估计。文中推导了离散矩形包络复正弦信号到达时间估计的克拉美罗限。计算机仿真表明,本方法在较低信噪比条件下可实现对信号到达时间的精确估计。

具有信噪比处理增益的有源降噪系统性能分析

传统的有源降噪(ANC)系统的待抵消噪声中不包含有用信号,噪声希望被完全抵消;但在某些特殊的应用场合里,特别是对引入新的声场极度敏感的舰艇环境,待抵消噪声(主要是舰艇自噪声)中包含有目标信号(有用信号),噪声被降低的同时,希望信号被保留,这就是具有信噪比处理增益的有源降噪系统。本文给出了这种系统的物理模型,提出了针对该系统的“信噪比处理增益”和“信号失真度”概念,并进行了数理分析和仿真实验。研究表明:该系统能够降低噪声,但是信号会失真,影响该系统性能的最主要因素是参考输入端信噪比的大小。也就是说,只要合理设计参考噪声的拾取方式,该系统能够用于抵消舰艇自噪声,在获得较高的信噪比处理增益的同时,保持较低的信号失真度。

原子磁力仪系统高增益平衡光电探测器的设计

为了实现对原子磁力仪系统中微弱、发散、快速调制的光信号的精密检测,克服传统平衡探测器接光面积小、增益小、光电管间距不可调及与自由空间光信号探测不兼容等缺点,采用基于基尔霍夫定律的平衡差分放大法和基于平行轨道焊盘的精调方法,设计并制作了高增益平衡光电探测器,并介绍了其工作原理和结构组成。首先,针对光斑发散大和调制速率快的特点确定了具有10 mm×10 mm大接光面积的高速光电管;然后设计了双管中心间距从20~60 mm连续可调的平行轨道焊盘,增强其对各种光学系统的兼容性;最后,利用两级放大电路设计实现了高增益特性。实验结果表明,该探测器-3 dB带宽达到800 k Hz,信号跨阻增益达0.91 MΩ,在70 kHz时的信噪比为38.5 dB,能够满足原子磁力仪系统光信号检测的要求。

最佳匹配阵列随机共振系统中利用噪声改善信息传输

针对数字通信系统中噪声影响码元传输的问题,为提高系统的可靠性,降低接收信号的误码率(BER),提出一种基于最佳匹配方法和并行阵列理论的随机共振(SR)系统。首先,利用并行阵列理论来增强单个双稳态系统的随机共振效果;其次,将最佳匹配随机共振微弱信号的检测方法运用到阵列系统中;最后,推导出最佳匹配阵列随机共振系统的信噪比(SNR)增益表达式,并分析阵列单元数对误码率的影响。理论分析和实验仿真表明,最佳匹配阵列随机共振系统相比单个随机共振系统在强噪声背景下对微弱数字信号的检测性能得到提升,系统输出信噪比增益显著大于1,误码率也得到明显降低;且随着阵列单元数增加,阵列系统的随机共振效果越好。实验结果表明,最佳匹配阵列随机共振系统在实际工程中能够有效提高数字通信系统的可靠性。

基于APD的光电探测器电路研究与设计

提出将APD与前置放大器电路配合使用的最佳方法。利用光电转换信噪比数学模型,确定选择与APD匹配的电路器件,给出了前置放大器采用低噪声的分体器件与集成运算放大器相组合的设计方法。通过对前置放大器重要参数信噪比进行测量和分析。结果表明,该探测器电路信噪比优于直接与集成运算放大器匹配的探测器电路,且可靠性高,宜扩展,具有广泛的应用前景。

一种新的具有信噪比处理增益的前馈型ANC系统设计

对于噪声场中混有有用信号的环境,例如车辆(语音和发动机噪声)和舰艇(目标信号和舰艇自噪声),传统的有源降噪(ANC)系统并不能有效工作。针对这一情况,提出了一种新的结构:将独立成分分析(ICA)技术用于ANC系统参考输入的前置预处理。这种结构使ANC系统能够更加灵活地设置参考传感器的位置;得到的参考输入较之传统ANC系统有着更低的信噪比(SNR)和(与信号的)相关性。因此系统可以有更快的收敛速度、更高的信噪比处理增益和更小的信号失真度;同时具备了选择性地噪声抵消能力。对系统结构作了理论分析,并利用实测数据进行了计算机仿真实验,其结果表明该系统较之传统的ANC系统有着更好的性能。

m序列、Gold序列和正交Gold序列的扩频通信系统仿真研究

为了研究扩频码对直接序列扩频通信系统性能的影响,利用Matlab编程建立直接序列扩频通信系统模型,对该系统进行性能仿真。通过在不同的信噪比条件下,运行仿真系统,得出扩频增益和三种不同扩频码对系统性能影响的结论。

海水总有机碳现场分析仪微光信号处理系统

针对传统的实验室总有机碳(TOC)分析方法操作复杂、维护不便的问题,提出一种应用于海水TOC现场分析仪的微光信号处理系统。该系统采用光电倍增管检测化学发光反应产生的微弱信号,经微光信号处理电路结合相应复合滤波算法对信号进一步处理,以提高信噪比。测试结果证明,该系统相比传统实验室分析方法,具有高速稳定、无污染的优点。