“信号与系统”中的复信号概念诠释

复信号是“信号与系统”等电子信息类课程中的重要概念。传统教学过程中,通常将其作为纯粹的数学对象进行讨论,缺乏概念诠释及物理意义分析,这让学生感到抽象不好理解。从通信信号的数学表达出发,通过对比其极坐标形式、平面坐标形式和复数形式,给出一种形象易懂的复信号概念诠释方法,并探讨了如何在“信号与系统”课程中将其融入教学。该成果可用于辅助相关专业课程教学设计,帮助学生更好理解涉及复信号的相关知识。

公路路基浅层疏松病害地质雷达正演模拟及复信号分析

针对公路路基浅层疏松病害的快速检测,建立充气和充水状态下的多孔型疏松病害模型,并进行雷达波形正演模拟,研究多孔型疏松病害地质雷达响应特征,采用剔除直达波和信号增益的方法加强地质雷达图像特征,并利用复信号技术提取疏松病害的相位、频率和振幅等瞬时属性特征.研究结果表明:对于路基疏松病害,通过分析瞬时振幅图像和单道波瞬时振幅波动,可判断出疏松病害的上界面和结构层界面信息;基于瞬时相位图像,可判断出疏松病害的尺寸、界面信息;根据瞬时频率图像和单道波瞬时频率,以判断出疏松病害下界面位置,且通过现场实例进行可靠性验证,通过复信号处理后瞬时频率剖面存在明显异常,和现场揭露的结果一致.研究成果可为道路病害的智能识别和快速判识提供理论参考.

复信号分析技术在地质雷达预报岩溶裂隙水中的应用研究

对岩溶裂隙水进行及时准确的预报,是当前岩溶隧道设计和施工中亟待研究和解决的关键问题。复信号分析技术能够提取多个参数进行综合判断,基于此优点,尝试将复信号分析技术引入到地质雷达探查水体的研究中。对雷达数据中的水体异常分别从振幅、频率和相位等方面进行综合判断,克服了以往判断依据单一的缺点,为利用地质雷达进行岩溶裂隙水预报提供了一种切实可行的方法。首先,介绍了复信号分析技术的原理,阐述了在地质雷达信号处理中引入复信号分析技术的必要性;然后探讨了基于复信号分析技术的地质雷达预报岩溶裂隙水的可行性,得出了判断水体的依据。最后结合工程实例,对地质雷达数据进行了复信号处理,并对岩溶裂隙水进行了综合判断。与开挖结果对比显示,复信号分析技术的运用较大的提高了岩溶裂隙水预报的准确性和可信性。

钻孔雷达探测地下不良地质体的正演模拟及其复信号分析

在工程建设中经常会遇到诸如溶洞、裂隙带和断层破碎带等不良地质体,如果不能提前探明地下是否存在不良地质体及其含水情况,将会埋下严重的安全隐患。钻孔雷达是一种十分有效的探测方法,但迄今,尚未见有针对典型不良地质体进行正演模拟并进行复信号分析的工作。结合复信号分析技术,利用振幅、相位和频率等瞬时信息对钻孔雷达探测结果进行综合分析,能够提高解译的精度和准确性。针对溶洞、裂隙和断层等典型不良地质体无水和含水的情况分别建立了数值模型,利用地质雷达正演软件GprMax对数值模型进行了正演模拟,并使用复信号分析技术对正演结果进行了分析,获取了典型不良地质体的响应特征,且当不良地质体含水时,反射信号振幅增强、相位反转、频率降低。结合工程实例对钻孔雷达探测数据进行了复信号分析,正演模拟和工程实例都表明,利用复信号分析技术,可以更加方便地对地质异常体的形态分布及其含水情况进行分析,提高了钻孔雷达解译的精度和准确性。

复信号分析技术及其在地质雷达数字处理中的应用

傅立叶谱分析是地质雷达数字处理最常用的手段,但其效果还不是很理想;复信号分析技术是一项新的数字处理技术,不仅具有高精度、高分辨率、能分辨深部弱信号等优点,而且能够利用多个参数联合进行评估。在介绍了复信号分析的基本原理之后,将复信号分析技术应用到地质雷达数字处理中,首先探讨了复信号参数的解释方法,然后分别对湖底和溶洞探测实际工程的数据进行傅立叶谱分析和复信号分析。比较两种处理技术的成果显示,经复信号分析技术处理的成果明显优于傅立叶谱分析成果,不仅图像更清晰、更准确地反映了地下异常,能够分辨出湖底不同时期沉积的淤泥的分界面,较大地提高了分辨率,而且多个参数谱相互印证,提高了地质雷达图像解释的可信程度。

通信侦察中通信复信号的盲源分离算法

针对目前大多盲源分离算法只适用于实信号,而在通信对抗中处理的一般都是通信复信号这一问题,推导了一种适用于通信复信号的盲源分离算法.该算法以Kullback-Leibler发散度作为信号之间独立性的测度准则.另外由于自然梯度比随机梯度性能更优,因此利用代价函数的自然梯度进行优化,根据白化后信号混合矩阵为正交矩阵的结论,对分离矩阵做正交性约束,推导出了算法的迭代公式.仿真结果表明,即使在有噪环境下,该算法也能够有效地分离出源信号.

复信号分析技术在地质雷达信号处理中的应用

作者利用复信号分析方法分离出地质雷达信号的瞬时振幅、瞬时相位、瞬时频率等参数 ,通过一维数值模拟对其进行多参数分析 ,并进行了工程应用。模拟实验和工程实测表明 ,地质雷达瞬时相位有助于提取深部弱信号 ;瞬时振幅与瞬时频率为进一步进行土层和岩石特性方面的研究提供了依据 ;

探地雷达复信号分析的几点讨论

采用H ilbert变换的复信号分析方法,求取相位时对噪声很敏感,所以分析前的滤波处理是非常重要的,常用的反正切求取相位角方法,不利于求取包含真实反射信息的相位θ(t)。针对以上两个问题,采用了与探地雷达垂向分辨能力相关的尺度,对原始数据进行了滤波操作。滤波后的数据保证了与原始数据相同的分辨能力,有效地压制了干扰信号。同时,具有良好的数学性质,为复信号分析提供了有利的条件。利用反余弦计算相角,方便了程序设计,且求得的相角易于变换为真实相角(ω0t+θ(t)),为提取真正与反射信息相关的相位θ(t)提供了便利。应用优化方法求解瞬时相位、瞬时频率等信息,将真正与反射信息相关的θ(t)与ω0t分离,提高了分辨能力,同时还可得到ω0随时间变化的曲线,为分析探地雷达的频散现象提供了依据。

一种适用于复信号的盲源分离新算法

针对复数字通信信号盲源分离中存在相位模糊的问题,提出了一种新的快速盲分离算法,该算法将只适用于实信号的FastICA盲分离算法推广到复数字通信信号中,同时还可以消除同相和正交分量相互独立的复信号的相位模糊性.该算法不用考虑步长的选择问题,不仅收敛速度快,而且具有与实FastICA算法一样的稳定性.仿真结果表明,该算法既可以分离不同载频的数字通信信号,也可以分离同载频的数字通信信号;既可以分离不同调制方式的数字通信信号,也可以分离相同调制方式的数字通信信号.

基于Hilbert-Huang变换的探地雷达信号增强及复信号分析

阐述了Hilbert-Huang变换原理,着重讨论了EMD分解应满足的条件及具体分解过程。以黑麋峰抽水蓄能电站进厂交通隧洞实测GPR剖面为例,应用EMD分解去除部分噪声,再利用Hilbert变换求取GPR剖面复信号,提取瞬时振幅、瞬时相位、瞬时频率3个参数,绘制出相互独立的瞬时参数剖面图,根据不同地质状况进行多参数综合解释。结果表明,该方法避免了使用单一时距剖面分析所造成的解释偏差,能够更好地对异常信息做出反映,提高了GPR数据的解析精度。

性能优异的复信号恒虚警检测器设计

提出了一种基于野值剔除处理的恒虚警检测器设计新方法 .它通过定义野值剔除准则来剔除待检复样本数据中幅度较大的信号和异常干扰值 ,目的是为了得到较干净的背景噪声样本来计算噪声电平估值 .然后 ,根据噪声电平估值和所需恒虚警率 ,计算出信号检测门限并进行信号检测 .这样处理的好处是较大幅值的信号不参与背景噪声电平估值 ,从而也就不会引起检测门限的非正常抬高 ,并且在恒虚警率基本不受影响的情况下 ,提高了系统对目标信号 ,特别是弱信号的发现能力 .

复信号分析在反射波初至时刻判断中的应用

节理产状应力波反演时,关键问题在根据测试振动信号判断出节理面反射纵波初至时刻。借助H ilbert变换可实现信号的复信号分析,人工合成振动信号的复信号分析说明了瞬时振幅、瞬时频率二者在反射波识别方面均有很好的效果,用节理岩体模拟实验测得的信号分析表明,即使面波干扰严重,瞬时频率还是能有效判断节理反射纵波初至时刻。

基于复信号处理的二进制频移键控实现方法

二进制频移键控(2FSK)在电力线载波通信系统中得到了广泛应用,传统的2FSK的调制与解调通常采用实信号处理的方法来实现。文中提出一种基于复信号处理的数字复调制与数字复解调的方法,该方法根据输入数据的比特值产生复低通信号,并进行低通滤波、复调制从而实现2FSK的复调制;对2FSK输入信号进行抽样,并进行复解调、低通滤波得到复低通信号,将复低通信号与其延迟后的共轭信号进行复数相乘并对所得到的积的虚部进行判定从而完成复解调。

一种高效的复信号处理芯片设计

本文提出了一种高效的复信号处理芯片的设计方法。本芯片是某雷达信号处理机的一部分,接收3组ADC的输出复数据,依次完成去直流、加窗、512点FFT、求功率谱和累加3组信号的功率谱等功能。在这5种功能中,加窗、512点FFT和求功率谱复用一个蝶形单元。本芯片由单片FPGA实现,计算精度高、速度较快,满足雷达系统的实时处理要求。

基于复局部均值分解和复信号包络谱的滚动轴承故障诊断方法

提出了一种基于复局部均值分解(CLMD)和复信号包络谱(CSES)的滚动轴承故障诊断新方法。首先通过互相垂直安装的加速度传感器采集2个方向的振动信号,并将其组成一个复数信号;然后利用CLMD对二元复数信号进行自适应分解,将分解得到的复数信号的实部和虚部包络信号组成一个复包络信号,根据复傅里叶变换具有幅值增强和综合频率特性,直接对复包络信号进行复傅里叶变换,提取的故障特征频率更为清晰。通过滚动轴承不同位置的外圈故障实验,证明了所提方法能够实现故障特征增强,可用于诊断滚动轴承微弱故障和复合故障。

基于通道均衡函数的复信号反卷积研究

在雷达通道均衡算法的研究中,均衡函数的时域求解存在着复信号反卷积的问题。为此,文中在介绍了均衡函数及其病态问题后研究了复信号反卷积方法,借助于基于循环卷积的反卷积算法和基于伪逆法的反卷积算法实现了复信号反卷积的求解,给出了相应的算法。利用复信号反卷积算法进行了均衡函数的求解和通道均衡的仿真实验。结果表明,文中提出的复信号反卷积方法可以有效解决均衡函数的时域求解。其中,在复信号反卷积算法中运用基于循环卷积的反卷积方法实时性好,运用伪逆法的反卷积算法通用性强,逼近更精确,能更有效回避均衡函数求解的病态问题。

一种基于复信号解调的生命体征探测雷达

雷达传感系统的非接触、隐蔽性、全天候测量的优势使其在婴儿、烧伤患者等特殊对象的生命体征探测方面具有良好的应用前景。文中针对探测过程中的空探测点问题和解调过程中的直流偏移问题提出了一种基于复信号解调的多普勒雷达系统设计方法。该方法将零中频正交解调结构输出的两路基带信号合成复信号,再对复信号进行快速傅里叶变换得到待测对象的生命体征信号。测试结果表明,当系统在中心频率2.45 GHz工作时,探测得到的人体呼吸频率和心跳频率分别约为0.3 Hz和1.1 Hz,满足系统设计预期。

复信号处理及其在电力线载波通信中的应用

电力线载波通信系统通常应用正交调制有效地抵消带外和带内干扰信号以实现单边带调制,应用多进制正交幅度调制(M-QAM)实现高速数据传输,将正交调制作为复信号来研究可以简化对通信系统的分析和设计。文中介绍了复信号的定义、实调制与复调制、用复低通信号表示带通信号、单边带复调制与解调,以及数字单边带韦瓦复调制在数字化载波机中的应用。

噪声中的复信号盲源分离算法

复信号分析是信号处理技术常见的问题之一,在盲信号分离及处理技术中特别是卷积混合问题或频域分析等均需要建立与之相应的复值分析模型。然而在以往的分析中,由于此类问题往往是基于无噪声的约束条件,因此局限了该技术在实际中的应用。针对这一问题,将复值盲源分离问题推广到含噪声的一般环境中。通过分析高斯噪声协方差的一般特征,利用高斯噪声协方差的参数信息,导出了一种在噪声环境下盲源分离的不动点算法,该算法可以在噪声环境中通过观测信号估计与之对应的有效分离矩阵,使得复值信号在噪声环境中混合中仍然能成功分离出源信号。仿真结果表明了所研究方法的可行性与有效性。

复信号多相滤波器的无盲区算法与FPGA设计

信道化和抽取技术是宽带数字信道化接收机中的关键技术。针对这一问题,首先分析了复信号多相滤波器无盲区算法及其数学模型,实现信号的全概率捕获。根据此数学模型,提出了复多相滤波器的FPGA设计方法。该方法根据模型中信道数与抽取倍数之间的关系,利用可定制模块和时序的配合完成了延迟和抽取功能;乘加单元完成多相分量的滤波运算;专用IP核完成FFT。整个模块采用乒乓RAM的设计思想和流水线结构。实验结果表明,该方法区别于一般旋转开关方法,能够实现信道数不等于抽取倍数的延迟和抽取.