基于端点检测与互相关时延估计的精准光纤扰动定位检测

针对双马赫曾德干涉仪型分布式光纤扰动传感系统无法实时高效精准定位的检测难题,提出了一种快速端点检测与互相关时延估计相结合的快速精准定位检测方案。采用一种改进型的巴特沃斯滤波端点检测算法,实现了对原始干涉扰动信号的精准快速扰动端点检测,以获取干涉信号中的高频扰动部分,剔除无效低频干扰数据。基于互相关时延估计算法,对获取的两路高频扰动信号进行固定时延求解,并根据扰动位置与固定时延之间的关系解调出作用于传感光纤链路上的具体扰动位置。实验测试结果表明,在总长为1.1 km的光纤链路上,双马赫曾德干涉仪型分布式光纤扰动传感系统的定位标准差仅为5.2 m。该定位检测方案具有较高的定位精度和较好的信号处理实时性。

基于小波变换的广义相关时延估计算法

为了估计两个在空间上分离的传感器所接收信号之间的时间延迟，本文结合小波变换的特点，提出了一个基于小波变换的广义相关时延估计算法并给出了它的时域和频域公式，此算法与直接互相关法相比，能对信号与噪声的假设条件放宽且在低信噪比下能有效估计时延。为了提高时延估计精度，在广义相关时延估计的基础上本文又提出了基于基小波的二次加权法。经仿真证明了这两种算法的有效性。

广义相关时延估计算法的自适应实现形式

认为广义相关时延估计算法的缺陷是依赖对输入信号及噪声先验知识 ,特别是对其功率谱的了解 ,而在实际应用中 ,往往缺乏这种先验知识 ,只能以估计值来代替 ,从而影响时延估计精度 .自适应滤波器一般只需要很少或根本不需要任何关于输入信号和噪声的先验知识且性能良好 ,若用自适应滤波器替代广义相关法中的预滤波器就可放松或免除对输入信号和附加噪声的条件限制 ,提高时延估计的精度 ,广义相关时延估计算法时域中的预滤波器就是其频域中的权函数 .从理论上证明了 ,任何一个广义相关权函数 ,都能够变换成一个或几个 Roth处理器的组合形式 .实际上 ,Roth处理器就是自适应滤波器实现的、能对原始带噪信号做最优化估计的维纳滤波器 ,从而实现了自适应广义相关时延估计算法 .

实时广义相关时延估计器

在水下航行体的测试中 ,通常采用被动定位方式获得航行体的运动轨迹 .被动定位一般利用空间关系已知的 3个或 3个以上的水听器来接收目标的辐射噪声 ,由时延估计器求得这些噪声信号间的相对时延 ,从而实现目标定位 .广义相关时延估计器是其中具有重要价值的一类时延估计器 .但是 ,由于所处理的信号是随机信号 ,其频谱结构起伏大 ,时变性强 ,且存在环境噪声的干扰 ,其先验权函数难以预知 ,因而极大地影响了估计器的性能 .为了解决这一问题 ,提出了实时权函数估计算法 ,并设计了多DSP并行处理系统加以实现 .通过在不同时间和水域对不同水下航行体的实际测试检验了估计器的有效性 .实际应用表明 ,该广义相关器在目标源信号谱结构变化时时延估计性能基本不受影响 ,具有稳健的时延估计性能和自适应能力 .

相关时延估计误差对测频误差的影响

声学多普勒测速技术采用宽带编码信号进行多普勒频移估计时会产生测频误差,该误差来源主要分为两种:(1)宽带信号频谱不对称;(2)相关时延存在估计误差。文章主要讨论相关时延估计误差对测频误差的影响,分析了其产生的原因以及该误差对测频误差的影响。忽略相关函数简化误差以及滤波后频点不对称,推导得到由相关时延估计误差导致的测频误差的解析式。进行了仿真和湖试数据分析,不同频移下的测频误差与理论测频误差一致,不同填充系数下的实际测速误差与理论测频误差变化趋势相同。该对比结果验证了相关时延估计误差会对测频误差产生影响,证明了由相关时延估计误差导致的测频误差的解析式可信。

互相关和高阶谱时延估计在混凝土板冲击反射法测量中的应用

介绍互相关时延估计和高阶谱时延估计的基本理论 ,分别用这两种方法对用双传感器测量混凝土板块波速和开口裂纹深度的数据进行了时间延迟估计 ,从两种方法的时间延迟估计结果比较可见 ,当存在相关高斯噪声时 。

基于电磁辐射时延估计的串联光伏直流电弧故障定位方法

串联直流电弧故障是光伏系统电气火灾的主要诱因,在系统运维中不仅需要识别电弧故障,更需要确定电弧故障的发生位置。针对光伏串联直流电弧故障定位问题,该文提出一种基于电弧电磁辐射信号广义互相关时延估计的故障定位方法。搭建光伏串联直流电弧故障定位试验平台,分析光伏串联直流电弧电磁辐射信号特性,其在电弧产生初期具有明显的脉冲变化特征,且电弧电磁辐射信号强度与电流变化率成正比。通过对比分析,选取性能较为均衡的Vivaldi天线进行电弧电磁辐射信号测量,其带宽为100 MHz~1 GHz。采用4根天线构成的Vivaldi天线阵列进行电弧故障定位,其天线分别位于棱长1 m的正三棱锥顶点。利用最大似然加权算法进行广义互相关时延估计的加权处理,减少信号噪声影响;同时用最小二乘法进行电弧电磁辐射信号互相关频谱峰值拟合,从而减小频谱计算中栅栏效应的影响。试验结果表明,所提方法的定位误差在15%以内,为基于电弧电磁辐射的故障定位策略应用提供了依据。

基于模型匹配的远距离超声延时估计方法

针对塔机安全预警系统中远距离障碍物检测的需要,以超声回波延时估计为研究目的,建立了超声回波物理模型,揭示了超声回波的时域特征,提出了一种基于模型匹配的远距离超声延时估计方法。该方法是在传统阈值法的基础上,根据超声回波上升沿特征识别超声回波信号,并据此估计超声回波的起始位置。实验结果表明,模型匹配法的精度优于阈值法和相关延时估计法,可以有效地实现远距离障碍物的检测。

电站锅炉声学测温声源研究

电站锅炉的温度测量一直是实现炉膛火焰监测和燃烧控制的热点和难点。新兴的声学法应运而生,实现了炉膛温度在线、非接触式的测量。电站锅炉声学测温的研究中,声源作为测量时延的主要因素,因此声源的选取尤为重要。以声学测温中声源的选择为目的,采用互相关时延估计法,在实验室环境下,对不同的声源信号进行了研究。结果表明,电声源比起气动声源,其构造简单,安全稳定,技术相对成熟,如何提高其声压级是今后研究的重点;声源信号的发声频率500～3 000 Hz为宜;扫频信号、MLS序列、冲激函数等信号都可以作为声源信号,其中要获得准确的时延估计,扫频信号需要较小的扫频周期和较宽的扫频频带;使得声学测温声源信号的选择多样化,为声学测温进一步开展提供了重要的参考。

基于PC平台的水下超声波测距系统研究

分析了传统超声波测距系统的缺点,结合实际运用,设计了一种基于PCI-1714硬件平台,通过高速采样,运用互相关时延估计的算法来确定回波到达时刻的水下超声波测距系统。在该系统的信号处理方面,引入了数字信号处理技术,通过对采样信号的互相关计算来估计回波信号的到达时刻;并给出了系统实现的组成框图和测距程序的流程图。在实验室条件下进行了实地测试,系统测量精度较高,这为水下微地形测量提供了新的手段。

水下爆炸信号的定位研究

被动声纳中,目标定位的测定只能利用目标声源发出的信号或噪声,爆炸声源与常用的电声式脉冲声纳发射器比较起来,具有某些明显的优点,可代替发射换能器来实现距离和方位的测定。针对水下爆炸声源,采用三元标量阵进行研究,通过确定信号到达各个阵元的时延信息来测定其目标方位和距离,并利用内插方法提高定位精度。实验结果表明,不同位置处爆炸信号的测向和测距误差小、精度高,方位估计基本正确,从而验证了被动声纳中水下爆炸信号作为声源的可行性,及三元阵时延测距的准确性。

远距离同频干扰基站定位方法研究

目前东南沿海地区大气波导效应引起的远距离同频干扰现象多发,影响用户网络体验,而消除干扰的第一步就是要对远处同频干扰源进行定位。针对这一问题,利用被动雷达测距原理,提出了一种基于TDOA的三通道基站被动定位系统,利用GCC时延估计算法间接得出接收机之间的波程差,继而利用建立双曲线组,其交点即为需定位的基站位置。进行实测后得出,干扰源定位距离误差约为8.6%,大致可以定位出干扰基站的位置。

双子阵被动跟踪系统

文章介绍一种用于水下机动目标测量的双子阵被动跟踪系统 ,介绍了双子阵定位原理和系统构成 ,提出了广义相关时延估计方法、时延值滤波方法和卡尔曼弹道滤波器 。

炉膛声学测温中声波飞渡时间测量的实验研究

炉膛内温度分布的实时监测对大型燃煤锅炉的控制和诊断具有重要意义。声波飞渡时间作为声学测温方法中的重要参数,因炉膛内复杂的燃烧环境而很难精确测量。以国内机组容量为50 MW的燃煤锅炉为研究对象,分析了炉膛内背景噪声以及不同频率的单频信号在炉膛内的衰减特性,从而确定测温中的声波信号频段。并提出采用互相关时延估计法结合希尔伯特变换取包络的方法获得声波飞渡时间。实验结果表明,采用取包络的方法相比未取包络具有更高的精度和更好的稳定性。

基于GCC-MSSA的变压器局放超声内部定位方法

变压器绕组因绝缘故障引发的局部放电危害着电力系统的安全运行,而目前针对局部放电的超声波外置检测方法受噪声干扰、传播介质等因素影响较大,故本文在变压器绕组中内置8个传感器内部检测局放产生的超声波信号。由于检测到的信号直接测量法不能反应实际的时延信息,以及传统智能算法定位精度低稳定性差,本文提出了一种广义互相关法(GCC)和混合策略麻雀算法(MSSA)相结合的超声定位方法。在COMSOL中搭建变压器绕组模型并仿真局放现象,通过GCC算法提取出精确的时延信息。根据时差信息建立超声定位的最优化约束方程,用MSSA算法求解得到局放源的位置信息。仿真结果显示,MSSA算法相较于其他传统智能算法定位误差更小。最后使用一种新型EFPI超声传感器进行变压器绕组局放实验,结果显示本文提出的方法定位平均误差为4 cm,比仿真的局放点大2.9 cm,具有工程应用实际价值。

基于二代小波变换的相关时延局放定位方法研究

基于提升方案的二代小波变换是空间域上基于过程的双正交变换,可以有效地对局部放电信号进行分解与重构,从而滤除噪声便于提取局部放电信号。通过将改进的二代小波变换与自相关时延估计法进行结合来对局部放电点进行定位,可以有效地克服自相关时延估计的缺点。仿真结果证明,使用自相关时延估计法来对二代小波变换后的局部放电信号进行定位分析可以显著提高定位的精度。

方位判定系统模型设计与算法改进

目前方位判定系统被广泛应用于各行各业,方位判定系统是利用声音信号定位目标。笔者在平面四元传声器阵列基础上进行算法模型描述和选择,为适应ARM系统应用,推导目标方位判定计算公式,提出了传统广义互相关时延估计改进算法。经过软件系统设计,下载于ARM硬件系统,通过实验结果分析,该改进方位判定算法能够实现定位功能,并且相对于通用的时延算法准确度更高。

多通道音频信号采集系统仿真研究

随着计算机技术的快速发展和人机交互需求的快速增加,多通道音频信号采集在生产生活中发挥着越来越重要的作用。其中,声源定位技术是多通道音频信号采集系统最直接的应用和体现。由于音频信号数据量较大、信号比较复杂,这就要求音频信号处理系统要具备实时采集、大容量存储和实时处理的特点。由于传统的音频信号处理系统在应用场合、实时处理方面都存在一定的不足,为了改善上述不足,采用DSP+ARM的双核微处理器AM5708进行音频信号的采集及分析,基于五元麦克风阵列对互相关时延估计算法、FFT算法、相频特性、幅频特性进行仿真验证,进而对音频信号进行采集分析。系统实验结果表明:互相关时延估计算法、FFT算法、相频特性、幅频特性仿真验证准确,音频信号采集较准确。系统整体性能较稳定,精度较高。

燃气锅炉耗能量评价和监测系统设计与应用

从燃气锅炉用户耗能量评价与监测需求出发,应用广义互相关时延估计算法设计并安装了一套燃气锅炉耗能量评价与监测系统,分析监测系统设计应考虑的问题及系统主要设备。选定2020年1月20日某锅炉系统运行数据,采集燃气流量、燃气压力、锅炉供水温度,进行广义互相关运算,输出锅炉供水温度与燃气流量、燃气压力的广义互相关曲线,进行分析,又模拟偷盗气工况燃气流量,分析该工况锅炉供水温度与燃气流量广义互相关曲线。得出结论:锅炉供水温度与燃气流量、燃气压力的广义互相关曲线具有明显峰值,锅炉系统的燃气输入到热量输出之间有5 min左右时间延迟,并较为稳定,说明该广义互相关算法分析结果准确。偷盗气工况锅炉供水温度与燃气流量广义互相关曲线出现大量干扰峰值,主峰值不明显,可判定该锅炉出现运行问题。通过对相关参数进行广义互相关分析,可有效判断燃气锅炉运行情况,实现耗能量评价、计量异常情况报警等功能。