基于环形阵列的空间滤波器结构损伤扫描监测方法研究

本文提出了一种基于环形阵列的空间滤波器结构损伤扫描监测方法,在结构中央布置环形压电传感器阵列实现对结构的全方位扫描监测,消除了主动Lamb波空间滤波器监测方法中盲区及远场对监测效果的影响。环形阵列由直径方向不同角度的4个线阵组成,每个线阵采用主动Lamb波空间滤波监测方法对结构损伤进行监测、成像,各阵列成像结果通过PCA-小波变换进行融合对损伤位置进行判别,从而实现结构全方位损伤扫描监测,消除单个阵列损伤监测的盲区、远场及虚假成像等影响,进而获得更加准确的损伤监测结果。通过实验研究,验证了该方法的有效性和实用性。

基于巴特沃斯滤波器的特殊人群防睡眠窒息提醒装置设计

有一种特殊人群,他们在晚上处于睡眠状态时,易出现睡眠窒息现象。一旦出现睡眠窒息,将会对人体生命构成威胁。针对此问题,文章设计了一种可在睡眠窒息初期发出声、光、振动报警提示信号的系统。通过及时报警,系统能够唤醒睡眠人员,解决特殊人群面临的健康安全隐患。

硅基钽酸锂异质晶圆键合工艺研究

5G移动通信的发展对声表面波滤波器提出了高频、小型化、集成化的要求。相较于传统压电体单晶材料,采用硅基压电单晶薄膜材料制备的声表面波滤波器具有高频、低插入损耗、高温稳定性等优势,是高性能声表面波器件发展的核心基础材料。Smart-Cut^(TM)是制备硅基压电单晶薄膜材料的主要方法,键合工艺是其中的核心工序,键合质量决定了硅基压电单晶薄膜晶圆材料的质量,并影响器件性能。本文通过低温直接键合工艺,对等离子活化、兆声清洗、预键合、键合加固四道工序展开优化,最终实现了键合强度高达1.84 J/m^(2)、键合面积超过99.9%的高质量硅基钽酸锂异质晶圆键合。

基于Kalman滤波与应变信号的舰船轴系推力辨识研究

在线、实时、准确监测舰船螺旋桨推力对船-机-桨匹配设计、舰船快速性预报及推进轴系健康管理等具有重要意义。然而,受轴系振动及环境干扰等测量噪声影响,螺旋桨推力产生的微弱应变信号易被测量噪声淹没,导致难以准确测量推力。当前,一些常用的信号降噪方法,比如傅里叶变换、小波分析等均是基于纯数据降噪,未考虑测量数据中潜藏的力学机制。不同于这类降噪方法,Kalman滤波可同时考虑测量数据噪声及数据中的力学机制,对目标实现最小方差无偏估计,因而有更高的估计精度。因此,本文利用Kalman滤波结合应变测量信号提出一种螺旋桨推力高精度、在线辨识方法。以恒定转速、变转速及低频波动转速3种工况为例,研究了不同信噪比下本文方法的推力辨识精度与鲁棒性。研究表明,在信噪比仅为20 d B时,推力辨识最大相对误差仅为4.85%,因此本文方法在低信噪比下仍有很高的辨识精度与鲁棒性。同时,本文提出方法属于时域辨识方法,在转速突变、螺旋桨缠绕渔网等突发工况时亦能实时跟踪推力变化,因此可用于螺旋桨推力及轴系状态的在线、实时监测。

基于循环神经网络的自适应滤波方法及应用研究

针对目前地震工程研究领域在滤波方法上存在人为因素、峰值突刺、噪声干扰等方面的缺陷,结合递归最小二乘法(RLS)和循环神经网络(RNN)模型,提出了一种自适应滤波的新方法。研究分析表明,该方法通过设置自适应调节滤波器参数以及算法的自我迭代等方式进行滤波,对噪声识别能力和滤波速度上均优于美国地质调查局(United States Geological Survey,USGS)所推荐的传统滤波方法,并可有效降低滤波后对原始波形的失真损坏以及相位提前等问题。同时,运用所提自适应滤波方法将其应用于不同场地类型台站的含速度脉冲近场地震记录,进一步验证了自适应滤波方法的有效性和适用性。研究成果为地震工程领域的滤波分析提出了一种新思路和新方法,也可为地震记录处理及相关应用工作提供参考。

基于自适应KF的船载地波雷达目标跟踪方法

针对使用传统的卡尔曼滤波器进行多目标跟踪易发生状态估计不准确、航迹断裂的问题,提出了一种转换量测卡尔曼滤波增益自适应调整方法。结合船只目标的运动特性和历史船只航迹数据,采用线性最小二乘拟合提取出航迹参数的变化趋势。使用似然函数分别计算目标预测状态和量测状态与航迹的隶属度。利用预测状态和量测状态的隶属度值对滤波方式进行选择。利用仿真及实测船载地波雷达数据开展了目标跟踪实验,结果表明,使用该文方法能够得到平滑、持续的航迹输出,目标的跟踪距离远、跟踪精度高,优于现有的自适应滤波方法。

基于改进BERT模型的连续血压的预测方法研究

目前高血压已成为严重危害全球公共健康的重大问题。区别于传统的侵入式和袖带法的血压测量方式,为实时监测血压并助力早期诊断,本文专注于研究脉搏波波形与血压之间的内在关系,并提出了一种使用脉搏波的基于改进BERT(Bidirectional encoder representationns from transformers)模型的血压预测方法。方法首先应用巴特沃斯滤波器对原始脉搏波信号进行滤波预处理并周期性划分,然后结合深度学习技术,采用改进后的BERT模型,对划分后的脉搏波周期数据进行特征提取和分析。为验证本方法预测的有效性和准确性,采用MIMIC-Ⅲ数据库的数据进行实验。实验结果表明,本方法可以有效预测血压值,完全满足英国高血压学会的A类标准。通过深入研究脉搏波与血压的关系,本文改进BERT模型为高血压的预测与诊断提供了新的技术手段。

高分辨率探测器短中波红外滤光片的设计及其光谱特性研究

短中波红外滤光片是航天光学遥感相机上的关键器件之一。高分辨率探测器的光谱响应由滤光片的光谱特性决定,其中短中波红外占有很大比重,传统方式制备的短中波红外滤光片与理论值存在差距,使得短中波红外滤光片发生光谱角漂或温漂等现象,在高分辨率探测器中形成高频和低频光谱混合叠加导致复原光谱失真。本文提出了一种高透过率低漂移高分辨率探测器短中波红外滤光片的设计及研制方法。为了达到短中波红外滤光片特定波长滤光特性的要求(在3.5~4.1μm波段范围内实现98%以上透过率,在2.4~3.35μm、4.25~6.4μm两个波段范围内实现截止),以Si材料为滤光片的基底材料,采用模拟染色体遗传交叉算法以带通滤光高低反射率膜堆结构进行了结构迭代设计,薄膜的高折射率材料采用TiO_(2),低折射率材料采用SiO_(2),该结构设计使得膜层数量大为减少,通过温漂测试、角漂测试、光谱特性分析及面形测试,短中波红外滤光片达到了前后双波段截止、高通带透过率的目标。环境测试试验表明,短中波红外滤光片膜层与基底材料匹配性适宜、膜层稳定性较高,适用于空间严酷的温度变化、高能粒子辐照环境。

基于FPGA的数字带通滤波器设计与仿真

为快速准确地提取超声导波信号中的目标信息,采用流水线加法树阵列结构设计低阶滤波器,采用直接型低阶叠加实现20阶高精度带通滤波器。运用流水线技术与FPGA片上资源相结合实现对该结构数字算法优化,并将其应用在镍铬合金超声导波测温系统中。结果表明:所设计的滤波器对512点的混频超声导波信号滤波耗时约1047个时钟。该滤波器总体设计简单,可以达到实时滤波的功能。

采用局域共振超材料混凝土提升结构消波防护性能:综述和展望

超材料是一种通过设计获得的人造材料,具备自然材料所不具备的超常物理性能,这种特殊性能并非来自于材料组分,而是来源于经过特别设计过的人工结构。超材料最初源自电磁学领域,可表现出频率禁带(带隙),即在该频谱范围内,电磁波传输将被有效抑制。这种能对电磁波加以操控和处理的特性为解决各类工程问题提供了方便,激发了人们将其迁移至其他学科领域的热情。随后,声学超材料被提出,可对声波进行类似的操控,实现消声和隔音。与之相似,力学超材料也应运而生,可利用带隙特性对应力波进行处理,实现消波、滤波,提升结构的防护性能。超材料混凝土是力学超材料在土木工程领域的一项具体应用,其利用人工骨料的局域共振行为产生带隙,实现特定频率应力波的阻断。可见,超材料混凝土从波的操控角度实现了防护性能,与传统防护材料通过强度、韧性实现防护目的的本质不同,具有明显的创新性,开展相关研究对提升结构的防护性能具有重要意义。本文对超材料混凝土自提出至今的主要研究进行系统梳理,立足于工程应用视角,对超材料混凝土消波的实际验证、共振骨料带隙特征及设计准则、共振骨料空间分布及掺量效应、动荷载下的能量转移规律、共振骨料的改造五个方面进行综述,最后总结了当前研究的主要结论,并紧扣工程实际应用提出了对未来研究的展望。

新型波浪加权式高性能声表面波滤波器设计

射频滤波器是移动通信中信号传输频率选择、噪声滤除干扰的不可或缺的关键器件。压电薄膜多层衬底结构的声表面波滤波器因具有高矩形度、低损耗等优点在近年来被广泛应用,但其谐振器固有的横向模式会极大影响滤波器性能。为此提出了一种新型的波浪加权式叉指设计的声表面波谐振器,该谐振器通过使用正弦函数作为交叠长度加权包络曲线,能够在不恶化谐振器性能的前提下有效抑制谐振器中的横向模式。将波浪加权式叉指设计的谐振器按照梯形拓扑结构级联,设计并制备了一款尺寸为1.1 mm×0.9 mm×0.55 mm的高性能滤波器。该滤波器中心频率为2.593 GHz,相对带宽为8.8%,插入损耗为0.52 dB。实物测试结果与仿真基本一致。

基于滤波处理的地震散射波分离方法研究综述

在地震勘探中,由于地下结构错综复杂,多尺度非均匀的地质体常会形成包含反射波、散射波等在内的复杂的地震波场。传统的成像方法一般只考虑反射波场,忽略了散射波场,这使得细小结构无法准确成像,从而影响对复杂构造的识别。为了对小尺度构造进行准确的地震成像,要将散射波从地震波场中分离出来。在众多波场分离算法中,基于滤波的波场分离方法可以准确提取散射波,提高成像分辨率。本文调研和归纳多种基于滤波处理的地震散射波分离方法,围绕国内外学者在滤波处理波场分离方面的研究成果,总结各种方法的研究进展,并对比和分析各方法的分离效果,最后结合人工智能深度学习的研究趋势,对未来滤波处理散射波分离的发展方向进行展望。

适应多流融合仿真的交互同步接口算法

为研究分析当前新形态复杂配电网系统可靠性、电压稳定和高效运行的有效手段,综合考虑能量流、信息流、控制流及业务流的多流融合仿真的同步接口算法研究,通过对比研究了4种典型接口算法,研究了基于反馈电流滤波的理想变压器模型(ideal transformer model,ITM)改进接口算法。结果表明该方法通过将物理侧测到的电流经过滤波器反馈给数字侧,优化了ITM算法的稳定条件,减小了数模两侧的延迟,提高了多流融合仿真系统的稳定性和精确性,可见基于反馈电流滤波的ITM改进接口算法有效平衡了配网多流融合实时仿真中同步接口的稳定性和精度的要求。

薄膜体声波滤波器的离子束刻蚀修频工艺

薄膜体声波滤波器因设计模型与器件性能存在匹配度问题及制造过程中各工序的累计误差导致频率一致性差,严重影响了产品良率,因此实现晶圆级别的频率修整十分必要。介绍了离子束刻蚀工艺的原理、技术特点与优势,研究了刻蚀电压、刻蚀电流、刻蚀距离、Ar气体体积流量及单次刻蚀量对刻蚀效果的影响,表征了离子束刻蚀工艺对AlN钝化层厚度均一性、刻蚀精度及粗糙度的影响。探究了离子束刻蚀工艺在薄膜体声波滤波器频率修整上的应用,表征了离子束刻蚀工艺对钝化层的表面形貌及晶圆应力的影响。研究结果表明,刻蚀电压为1500 V、刻蚀电流为18 mA、刻蚀气体体积流量为4 cm^(3)/min、刻蚀距离为80 mm时,刻蚀精度高,具有一定借鉴意义;通过3轮电性能测试分析和离子束刻蚀工艺,频率标准差仅为1.23 MHz,大幅提升了薄膜体声波滤波器的频率一致性。

Sigmoid变换的滤波-x四元数最小均方算法

滤波-x最小均方(Filtered-x Least Mean Square,FxLMS)算法是主动噪声控制系统中常用的算法,对中低频噪声有较好的控制作用,但在某些环境噪声中传统的算法可能达不到期望的抑制效果。提出一种基于sigmoid变换的滤波-x四元数最小均方算法,该算法利用四元数的空间特性使噪声信号在超复数域内部相互耦合和关联,并通过sigmoid函数对误差信号进行非线性变换来约束噪声信号以减低对权值更新的影响力度,避免权值在更新过程中发散,从而实现优异的收敛性能以及增强的鲁棒性。同时通过研究步长分析该算法的稳态特性,并在汽车、工厂噪声环境下验证提出算法性能的优越性,仿真结果支持了该结论。

一种基于PPNet的地震直达P波到时拾取方法

针对现有地震直达P波到时拾取网络精度低、误差大等问题,结合UNet++编码、解码器,融入特征过滤器设计一种具有地震震相特征分析与融合能力的轻量级P波到时拾取网络PPNet,实现对地震P波的高精度、低误差拾取。首先,该网络在编码器模块采用大卷积核、低通道数的卷积层,对输入的地震信号进行深度特征提取;其次,在解码器模块的特征还原过程中加入特征融合机制,补全特征信息,避免序列特征污染问题;最后,仅对编码器后三个下采样模块添加特征过滤器,深入挖掘特征序列,通过细化P波到时特征,提升到时拾取精度。实验结果表明,提出的网络在0.1 s、0.2 s、0.3 s误差阈值下P波拾取率分别为80.73%、94.01%、97.81%,平均绝对误差0.078 s,均方误差0.021,与现有P波拾取传统方法和深度学习算法相比性能更优。

利用直达波计算稳健的深水OBN双检匹配算子

海上地震勘探中,鬼波对地震信号的陷波是海洋宽频地震勘探面临的主要挑战之一。进行合理的双检合并,分离上、下行波场一直是深水OBN地震数据成像处理关注的焦点之一。双检合并过程中,通过建立上、下行波场和水、陆检波场之间的数学关系,解决好水、陆检信号匹配是关键。深水OBN地震数据中,静校正难题和陆检中的横波泄漏噪声等因素导致基于反射波的双检匹配效果不好。提出了选取小时窗的直达波进行线性动校正和共检波点叠加,利用水、陆检数据共检波点叠加后的直达波信号求取每一个检波点的双检匹配算子的方法,用求取的匹配算子进行双检匹配,进而分离上、下行波场。用直达波求取双检匹配算子不需要交叉鬼波化,使用简便,可以避开反射波求取双检匹配算子时噪声等因素的影响。该方法在深水地震数据处理中的应用表明,用直达波求取的深水OBN双检匹配算子更加稳定,用求取的匹配算子校正后进行双检合并可以实现良好的深水OBN地震数据波场分离。

离子束刻蚀技术在SAW滤波器频率修整上的应用

随着声表面波(SAW)滤波器的应用向高频、窄带方向延伸,在制造过程中准确地控制其中心频率及一致性变得越来越困难,需要对SAW滤波器的频率进行微调。重点介绍了一种在SAW滤波器上可实现目标频率修整的离子束刻蚀修频工艺,通过实验发现刻蚀厚度不同对滤波器表面的影响程度不同,一次离子束刻蚀厚度为50 nm时,铝膜表面出现微结构变化。分析了对晶圆、器件进行离子刻蚀工艺引起热损伤的机理,表征了不同刻蚀厚度对SAW滤波器粘接芯片的剪切力和硅铝丝键合力的影响。根据实验现象及结果提出了分梯度多次刻蚀的优化方案,给出了不同刻蚀厚度的刻蚀精度,对实验结果进行拟合,得到中心频率与刻蚀厚度的关系方程,从频率、插入损耗和通带方面分析了离子束刻蚀工艺对SAW滤波器电学性能的影响。经离子束刻蚀修频后,滤波器中心频率提高2 MHz,中心频率标准差由0.4 MHz减少为0.15 MHz,中心频率的均一性由0.29%改善至0.11%,频率一致性变好。

基于广义S变换的高频地波雷达电离层杂波抑制方法

为了抑制电离层对高频地波雷达回波的干扰,文中提出了一种基于广义S变换(GST)的时频滤波方法,通过GST将受电离层污染的时域数据转换为时频域进行分析和处理,根据相邻时间窗信号和电离层杂波的相关性不同,依次将时间窗内数据构建Hankel矩阵,再进行子空间滤波,最终达到减轻电离层干扰的目的。通过与传统方法比较及实测数据处理分析,回波频谱中的电离层杂波抑制取得了较好的结果,进而验证了本方法在电离层杂波抑制中的可行性和有效性。

考虑干扰信号的航空电源电磁兼容优化方法

受航空电源电压波动及自身交流信号残余量的影响,电源电磁兼容的耦合度难以得到有效保障。基于此,文章提出考虑干扰信号的航空电源电磁兼容优化方法研究。将航空电源稳压器的输入和输出分别作为两个独立的信号源,计算纹波比后,滤波器采用压控电压源的方式只允许特定频率范围内的信号通过,抑制其他频率的信号。在测试结果中,设计方法下的耦合度与信噪比之间不存在直接相关关系,对应的测试结果始终稳定在-34.0dB以上,与对照组相比具有明显优势。