卡斯卡迪亚慢滑移信息的GNSS时空探测

针对断层慢滑移时空分布信息探测困难的问题,基于全球卫星导航系统(GNSS)坐标序列,提出一种利用多通道奇异谱分析(MSSA)探测卡斯卡迪亚消减带慢滑移事件时空分布的方法:根据慢滑移分量的振荡特点确定窗口长度,采用时间迟滞矩阵对协方差阵进行增广,以提高对异常信息的识别能力;对振幅归一化获取空间响应,通过快速傅里叶变换分析慢滑移频谱特征。结果表明,卡斯卡迪亚消减带2007-01-05—2007-02-23和2008-04-22—2008-06-14发生了2次慢滑移事件,2次事件呈东南、西北区域的反向运动特征,且东南部响应程度明显高于西北地区;频谱特征显示,慢滑移信息表现为低频特征,且主要为随机游走噪声。研究结果可为板内地震前兆性信息探测提供参考。

电快速瞬变脉冲群串扰耦合分析及防护措施研究

EFT产生的瞬态脉冲干扰可通过电缆耦合进入电子系统的内部,损伤电子设备。为降低瞬态脉冲对电缆串扰耦合的影响,首先利用电磁仿真软件CST建立平行电缆耦合仿真模型,当电压等级为4 kV时,测试电缆的近端串扰电压达到71.2 V,远高于部分敏感器件的阈值;然后通过分析电快速瞬变脉冲群的频谱特性,瞬态脉冲的干扰能量主要集中在1~10 MHz的范围内;最后利用仿真软件Filter Solution设计合理的防护电路。结果表明,防护电路能有效降低瞬态脉冲对电路的影响。

轴承转子系统快变过程振动响应的高精度频谱分析

针对高速轴承转子系统的启停过程,研究平稳和非平稳信号的高精度频谱分析方法,利用比例校正法对平稳信号频谱分析后的频率、幅值、相位进行了校正,建立一种将t时空域非平稳信号转变为t~2时空域平稳信号的方法,并基于平稳信号的比例校正法对其进行频谱分析,最后返回到t时空域获得某时刻的频域参数。仿真分析结果表明:该方法可以准确提取平稳信号的谱特征,也能较精确地提取非平稳信号特定时刻的频率、幅值和相位,提取结果精度较好,有效解决轴承转子系统快变过程的谱分析特征提取问题,为动力学特性分析提供了新思路。

锂离子电池阻抗在线测量装置设计

锂离子电池的交流阻抗能够反映电池内部信息,是电池状态在线监测的有力工具。阻抗在线测量装置的设计是实现基于阻抗的电池状态在线估计及故障预警技术的关键。本文基于嵌入式微控制器设计了锂离子电池交流阻抗在线测量装置,采用全相位快速傅里叶变换算法将时域数据转换到频域,并对转换结果进行插值运算,实现了0.01 Hz~10 kHz频率范围内交流阻抗的在线测量,有效解决了当前阻抗在线测量装置基于传统快速傅里叶变换算法所产生的频谱泄露、栅栏效应以及相位计算不准确的问题。通过对不同容量、不同正极材料的电池进行静态和动态阻抗测量,验证了装置的可靠性与快速性,并且放电末期动态阻抗急剧变化特征对电池的状态具有一定的指示能力。本文设计可方便集成于电池管理系统中,在锂离子电池状态在线估计及故障预警等方面具有一定的应用价值。

用于正弦波频率估计的修正I-Rife算法

对正弦波信号的频率估计是雷达领域常见的问题。当真实频率接近量化频点时,I-Rife算法的频移因子的计算会产生较大误差,为提高频率估计的精度,本文通过分析Rife及I-Rife算法的性能及误差产生的原因,利用频谱细化的方法,提出了一种修正I-Rife算法,即用峰值频点左右各0.5点处的频谱幅值来替代频谱峰值点的幅值和次大值频点处的幅值进行插值计算,对频率偏移值进行更为准确的估计,在计算量与I-Rife算法几乎相同的情况下,有效地提高了频率的估计精度。仿真结果表明,改进后的I-Rife算法整体性能优于I-Rife算法,且估计的均方根误差更接近于克拉美-罗下界。

基于混合卷积窗六谱线插值的多普勒信号处理

激光多普勒测速系统信号处理的过程中,通常采用快速傅里叶变换提取多普勒频移进而计算出被测物体运动速度,由于频谱泄露和栏栅效应的影响,会导致测量精度降低。本文提出了一种四项Nuttall窗和五项Rife-Vincent窗的混合卷积窗函数结合改进的六谱线插值算法来降低频谱泄露和栏栅效应所带来的影响,从而提高激光多普勒信号处理精度。搭建了双光束后向散射差动式激光多普勒测速平台,通过仿真和实测得出在加入了R_(SN)=-10 dB的高斯白噪声的情况下使用该混合卷积窗所测量的最小相对误差为0.0027%,而分别使用两个单一的窗函数测量的最小相对误差分别为0.0103%和0.0461%。从而验证了本方法的有效性。

低载噪比突发扩频信号的快速捕获设计

突发扩频信号是卫星无线电测定业务的一种扩频调制信号,针对传统突发扩频信号,即入站信号,对快速捕获灵敏度要求越来越高的需求,提出了一种低载噪比突发扩频信号的快速捕获硬件设计实现方法。利用同步头加Walsh码基于快速傅里叶变换(Fast Fourier Transform,FFT)的突发扩频信号全并行处理的方法,入站信号快捕接收的积分时长能够达到15 ms,相较于传统的捕获算法,性能实现了约2 dB的提升。仿真验证及工程实现结果表明,该方案载噪比可达到37.5 dBHz,为未来全球化小型化通用化接收终端提供了改进方向。

高通量快堆辐照生产^(252)Cf关键因素分析

^(252)Cf放射源是一种高强度同位素中子源,在科学研究、装置研发等领域具有重大需求,但长期以来依赖于进口。基于高通量快堆初步设计方案开展辐照靶件设计,结合模拟计算结果得出影响^(252)Cf核素生产的关键因素。在5×10^(15)n·cm^(-2)·s^(-1)中子通量水平下,对三种采用不同氢化锆和Eu_(2)O_(3)吸收体辐照靶件设计方案进行裂变沉积能、能谱计算,并通过燃耗计算程序开展重锔、轻锔靶件燃耗计算,与美国辐照生产^(252)Cf实验值对比。结果表明:方案3的计算值与基准值吻合较好且最适用于重锔靶辐照生产^(252)Cf,方案2适用于通过短的辐照周期辐照生产重锔核素。本文的计算与分析可为高通量快堆辐照生产^(252)Cf提供理论与技术支撑。

可逆感温变色非织造材料的制备及性能研究

以非织造材料和感温变色油墨为原料,通过丝网印刷技术制备可逆感温变色非织造材料。测试并分析了丝网印刷前后试样微观形貌和化学结构的变化,讨论了丝网印刷次数对可逆感温变色非织造材料厚度、力学性能、变色性能和皂洗色牢度的影响。采用红蓝复合油墨对非织造材料进行整理,研究人体温度作用下可逆感温变色非织造材料的直观变色效果。结果表明:随着印刷次数的增加,整理后的非织造材料厚度、断裂强力和断裂伸长增加,初始色相加深,完全变色时间延长,皂洗色牢度GS评级提高。人体手指触摸试验结果表明,制备的非织造材料可在3 s内快速变色,具有灵敏的可逆感温变色性能。

基于圆周相关扩频信号的快速捕获改进方法

针对大多普勒频偏、低信噪比条件下长周期伪码的扩频信号捕获问题,提出了一种基于圆周相关扩频信号的快速捕获改进方法。该算法对圆周相关后的结果利用快速傅里叶变换(FFT)进行频率估计,扩大了传统圆周相关法的扫频步进,使扫频步进不再受跟踪环路带宽的限制。理论分析及仿真结果表明,在信噪比为-34 dB、多普勒频率为500 kHz条件下算法可以正确地估计出伪码相位和多普勒频偏。在达到相同的灵敏度条件下,所提算法的平均捕获时间与传统的圆周相关法相比缩短了约47%,与基于FFT的并行频率搜索法相比缩短了约88%。另外,用于频率估计的FFT点数仅占圆周相关点数的1%,故额外增加的硬件资源很少。算法逻辑控制简单,尤其适用于大多普勒频偏、低信噪比及长周期伪码的卫星通信系统。

高动态短猝发扩频自适应信号快捕系统设计

在高动态环境下,短猝发信号传输过程中往往会产生普勒频偏,增加扩频信号的捕获时间,甚至降低信号捕获信噪比,为实现对扩频自适应信号的快速、有效捕获,设计高动态短猝发扩频自适应信号快捕系统;系统硬件采用模块化设计方式,改装信号接收模块和滤波模块,从信号缓存和锁相环两个方面调整系统电路;在硬件系统支持下,通过扩频过程的模拟确定高动态短猝发扩频信号特征,通过特征匹配实现对高动态环境中短猝发扩频信号的自适应搜索;计算捕获长度、频率、门限等参数,实现系统的短猝发扩频自适应信号快速捕获功能;实验结果表明,在无噪声条件下,优化设计系统输出扩频信号信噪比的平均值为141.6,捕获时间平均为8 s,捕获面积平均为90 km^(2);在有噪声条件下,系统输出扩频信号信噪比的平均值为121.8,捕获时间为10 s,捕获面积为130 km^(2)。

基于线谱特征保持的单枚浮标多目标信号分离算法

针对单枚被动全向声纳浮标多目标信号的分离问题,提出联合非负矩阵分解(non-negative matrix factorization,NMF)和快速独立成分分析(fast independent component analysis,FastICA)的多目标信号盲分离算法。首先,基于空间与谱间相关性优化NMF算法,以增强NMF算法对水声信号调制线谱特征的适应性,提高对线谱的保持优势;然后,以NMF基矩阵优势结合FastICA算法实现水声多目标信号的盲分离。仿真信号实验结果表明,所提算法取得了较高的信号分离精度,可以较好地保持信号的调制特征,同时对分离信号进行了一定的降噪增强,更好地保证了后续目标识别的特征支撑。

Enhancing the Accuracy for Target Detection by Using Fast Orthogonal Search (FOS)

Target detection and bearing estimation are mainly obtained through spectral analysis of received signals. The detection performance of the periodogram and its variants methods is evaluated. The variants methods Performance evaluation through the Receiver Operating Characteristics （ROCs） are presented and compared from the viewpoint of probability of detection （Pd）, probability of false alarm （Pfa） by computer simulation. When the sinusoid frequency does not correspond to one of the spectral bins （mid-bin frequency situation）, the performance of all the mentioned detectors degrades. This research investigates the development of a bearing estimation method using Fast Orthogonal Search （FOS） to enhance spectral estimation which, improves both target detection and bearing estimation in case of low SNR inputs.

基于五项Rife-Vincent(Ⅰ)窗的四谱线插值FFT谐波分析方法

目前,在电力谐波分析中快速傅里叶变换(FFT)应用得最为广泛,但是在非同步采样时,应用该变换容易产生频谱泄漏,出现栅栏效应。为减小非同步采样对FFT的影响,对旁瓣峰值电平小且下降速率快的五项Rife-Vincent(Ⅰ)窗进行了分析,并将它应用于FFT算法中,提出了基于五项Rife-Vincent(Ⅰ)窗的四谱线插值FFT谐波检测算法。经过多项式函数的拟合,得到了简单实用的四谱线插值修正公式,使计算过程更为简单。结果表明,与Hanning窗、Nuttall窗和四项Rife-Vincent(Ⅰ)窗插值FFT相比,相同条件下,五项Rife-Vincent(Ⅰ)窗具有更高的准确度,其幅值相对误差EAh≤6.524×10-5%,相位相对误差Eφh≤7.751×10^(-3)%。

快谱小堆堆芯三维瞬态核-热-力耦合计算方法研究

快谱小堆具有紧凑设计、能谱硬、中子泄漏强的特点。不同于热谱反应堆,温度载荷作用下的力学效应导致的几何变形是快谱小堆堆芯反应性反馈的重要来源,因此开展基于核-热-力耦合的瞬态分析对于准确模拟快谱小堆堆芯动态特性具有重要意义。本文基于开源多物理耦合框架MOOSE,开展了三维核-热-力耦合计算研究,采用JFNK方法联立求解热-力耦合方程,热-力耦合方程通过Picard方法与中子时空动力学方程耦合求解,最终实现了基于动网格的三维核-热-力耦合求解。本文将该方法应用于Goidva-Ⅰ快中子脉冲反应堆瞬发超临界瞬态计算,采用三维核-热-力耦合求解方法计算得到了脉冲动态过程中的裂变率、温升、表面位移等物理量随时间变化规律,并与参考结果进行了比较,计算结果表明该方法可准确考虑热膨胀变形引起的反应性反馈效应。

基于全矢Autogram的滚动轴承故障诊断方法

针对滚动轴承单通道信号信噪比较低、不能全面和准确表征故障特征等问题,提出了一种基于全矢谱和自相关谱峭度图的滚动轴承故障诊断方法。首先,计算互为垂直的两通道振动信号的自相关谱峭度图,得到信号中最佳频带的位置,并提取重构信号;其次,为了保证信号故障信息的全面性和获取精确故障特征信息,计算重构信号的全矢包络谱;最后,分析全矢包络谱中的故障特征进行故障诊断。通过分析仿真信号及实验数据,将所提方法与快速谱峭度和自相关谱峭度图等方法进行了对比,结果表明,所提故障诊断方法能够有效地提取滚动轴承的故障特征频率,提高故障诊断的精确性。

快中子能谱在线测量的反冲质子望远镜响应模拟研究

快中子能谱是基于散裂中子源开展大气中子单粒子效应研究的关键输入参数,在线测量宽能区快中子能谱在近散裂靶位置面临飞行时间法不确定度大、中子通量高、本底干扰强等问题。设计了反冲质子望远镜(RPT)系统,利用Geant4模拟了20~200 MeV中子轰击不同厚度聚乙烯转换靶产生的反冲质子产额、角分布以及能谱,为优化探测系统设计提供了指导依据。通过模拟硅探测器与新型快响应CLLB闪烁体组成的二重符合RPT系统对入射中子的响应,分析了影响探测系统探测效率和能量分辨率的因素,确定了聚乙烯转换靶厚度为1 mm、符合质子探测器摆放角度为26.6°和探测器尺寸等重要参数,得到了RPT系统的中子响应函数矩阵,并计算了其探测效率达10-5,对高中子通量和复杂本底干扰环境下的快中子能谱在线测量具有指导意义和参考价值。

基于全矢包络融合双层降噪处理的轴承故障特征提取

针对轴承故障信号受背景噪声影响,而难以准确提取故障冲击特征的问题,提出一种噪声辅助多元经验模态分解(Noise-assisted Multivariate Empirical Mode Decomposition,NA-MEMD)与全矢包络快速独立分量分析(Fast Independent Component Analysis,FastICA)相结合的轴承故障特征提取方法。该方法将同源双通道信号进行NAMEMD分解,根据相关性系数选取包含故障特征的固有模态函数(Intrinsic Mode Function,IMF)进行重构;对重构信号进行快速独立分量分析,最后进行全矢包络融合,提取轴承故障特征。对实际轴承信号的分析验证该方法能有效提取完整高阶故障频率,同时降低包络谱特征统计参数的冗余。

基于集成包络谱的滚动轴承早期故障检测指标

针对常规统计指标对滚动轴承早期故障不敏感的问题,该研究基于集成包络谱(integrated envelope spectrum,IES)提出一种滚动轴承早期故障检测指标——集成包络谱谱峰因子(integrated envelope spectrum peak factor,IESPF),应用于轴承早期故障检测。首先,对信号进行快速谱相干(fast spectral coherence,Fast-SCoh)计算;然后,根据循环频率与谱频率的映射关系确定包含故障信息丰富的频带,并对该频带积分获得IES;最后,计算IES的最大值与其均方根值的比值,从而获得该研究所提指标IESPF,应用于轴承外圈故障检测。通过分析滚动轴承外圈模拟故障试验数据和疲劳试验数据表明,该研究所提指标对轴承外圈早期故障较敏感,适用于早期故障检测。

小型自走式施肥机振动测试试验与分析

小型自走式施肥机在田间工作时,由于速度不同、地表不平整等因素,会对施肥机造成较大的振动影响,降低工作效率且对人体产生一定的影响。为此,采用正交试验分析的方法,分析了影响小型自走式施肥机排肥导管和扶手振动因素的主次顺序;采用快速傅里叶变换的方法,分析了排肥导管及扶手的固有频率。结果表明:排肥导管的固有频率为4.39~41.10Hz、速度为v=0.5m/s时,激振频率f_(e)=17.60Hz,排肥导管振动最剧烈。这是由于激振频率接近排肥导管的固有频率所引起的,说明v=0.5m/s时排肥导管的振动频率最接近于排肥导管的固有频率。扶手的固有频率在5.01~17.69Hz、v=1.5m/s、激振频率为6.80Hz时,振动最激烈,说明此速度下扶手的振动频率最接近扶手固有频率。