基于三稳态随机共振的ZPW-2000移频信号检测方法研究

针对ZPW-2000移频信号谐波干扰检测技术在抑制噪声时,不可避免损害有用信号的问题,提出三稳态随机共振系统,将部分噪声能量向移频信号能量转化,减少移频信号能量损失。首先,将移频信号的中心频率从较高频段搬移到较低频段,着重研究移频信号的有用频段。选取尺度变化系数为1 000,保证输入信号在尺度变化的过程中满足数值计算的稳定性,使尺度变换后的小参数信号满足绝热近似理论。其次,使用混沌麻雀算法(chaos sparrow search optimization algorithm, CSSOA)优化三稳态随机共振系统,得到输出信噪比(signal-to-noise ratios, SNR)最大时的系统参数a、b、c以及γ。然后,将搬移至低频区段的移频信号输入至优化后的三稳态随机共振系统,实现信号降噪。最后,对降噪信号采用复调制快速傅里叶算法(zoom fast fourier transformation, ZFFT)实现低频信号的检测。仿真结果表明:对比三稳态随机共振系统处理前后移频信号频谱图,显示频域特征增强,在降噪的同时不损害移频信号的能量;以-5 dB为步长将噪声注入至移频信号时,输出信噪比至少可提升16.54 dB;降噪后的信号通过ZFFT算法解调能够完成ZPW-2000移频信号低频信号的检测。对比经验模态分解算法、小波阈值算法等算法处理不同信噪比的含噪移频信号,验证混沌麻雀算法优化的三稳态随机共振系统输出信噪比较大,降噪效果较好,具有良好的抗干扰能力。研究结果为实现在抑制噪声的同时减少移频信号能量损失提供参考。

基于轻量化多尺度神经网络的ZPW-2000移频信号检测方法

针对ZPW-2000移频信号在不平衡牵引电流干扰时低频信号难以检测的问题,提出基于卷积注意力模块的轻量化多尺度神经网络的移频信号低频信息检测方法。首先,根据ZPW-2000移频信号的载频范围,使用不同卷积核大小的多尺度层提取相应载频调制下的移频信号特征;其次,建立线性倒残差模块实现网络轻量化,在保证网络检测准确率的同时减少网络参数,缩短网络检测时长;最后,引入卷积注意力模块,标定通道和空间特征权重,提升网络性能,通过全连接层进行分类,输出18种低频信号的概率分布。结果表明:将含有工频谐波干扰等5类噪声的移频信号输入低频检测模型中进行检测,平均准确率可达99.22%,召回率达到99.21%,综合评价指标值为0.992,检测时间不超过0.249 s。该方法检测效果更优,具有良好的抗干扰能力,可为带内噪声干扰条件下检测ZPW-2000移频信号的低频信息提供重要参考。

基于Duffing振子的铁路轨道移频信号测量系统设计

铁路轨道作为移频信号的传输载体,其对于信号对象传输轨迹疏密度的辨别能力,决定了轨道体系对移频信号的测量准确性;为实现对信号对象传输频率的准确辨别,设计基于Duffing振子的铁路轨道移频信号测量系统;将电源模块输出的电量信号,按需分配至STM32F103微处理器、移频信号辨别模块与DSP测量单元之中,完善各级应用部件之间的连接关系,实现铁路轨道移频信号测量系统的硬件方案设计;确定移频信号的Duffing振子描述条件,针对其定义形式,构造移频信号的相空间,完成对铁路轨道移频信号的提取;求解铁路轨道的Lyapunov指数,并构建移频信号的Duffing方程,确定混沌测量参数的取值范围,实现对铁路轨道移频信号的测量,联合各级应用部件,完成基于Duffing振子的铁路轨道移频信号测量系统设计;实验结果表明,上述系统测量所得信号传输轨迹疏密度与真实轨迹疏密度相似度较高,并且测量结果准确率最高值达到了84%左右,说明其能够实现对铁路轨道移频信号的准确测量。

自适应多普勒频移的二相码信号处理方法

针对二相编码脉冲压缩雷达的信号处理、航天测控系统接收机的解扩需求,在高动态大偏差多普勒频移的场景下,对载波频率搜索捕获的处理方法复杂、计算量较大、实时性较差等问题,本文提出了一种自适应多普勒频移的二相码信号处理方法,在单脉冲的脉内实时提取多普勒频移同相信号及正交信号的波形,并且生成4个片段信号,根据各信号之间固定的时序关系,去除多普勒频移对基带信号的调制,恢复原始基带信号,进而实现脉冲压缩及接收机解扩。MATLAB仿真验证了有效性和可行性。该方法实现简捷、计算量小、实时性好、硬件资源少,对现有相关信号处理领域有一定的指导意义。

基于自适应移频滤波的电力系统谐波分析方法

随着非线性负荷和冲击性负荷的不断增加以及新能源的大规模并网,电网环境日趋复杂,各类电能质量问题日益凸显。其中,谐波问题尤为突出,准确估计谐波参数不仅是谐波治理的关键,也是电力企业和用户评价电能质量的重要依据。为此,该文提出一种基于自适应移频滤波的电力系统谐波分析方法。首先,对电网谐波信号进行初次移频滤波操作,以获得信号实际基波频率;然后,根据信号实测基波频率,对信号进行二次移频滤波处理,进而准确获取各次谐波的幅值和相角;最后,仿真实验表明,该文所提算法能够有效地克服非同步采样和噪声的影响,并且具有测量精度高、实时性好和适应性强等特点。此外,通过实际构建的硬件测试平台,进一步验证了所提算法的准确性和可靠性。

保罗离子阱中离子二阶多普勒频移评估

主要研究了保罗离子阱中被囚禁离子二阶多普勒频移(The Second-order Doppler Frequency Shift,SODFS)的评估。保罗阱中离子的运动由宏运动、微运动和额外微运动三部分组成。目前,关于离子额外微运动的研究较少,文中对此进行了详细研究。基于离子密度在径向均匀分布的假设,文中提出了一种用于评估阱中温度低于100 mK离子系综的二阶多普勒频移的模型。该模型考虑了离子三种运动对二阶多普勒频移的贡献。通过实验以及分子动力学仿真,验证了模型的有效性。文中提出的模型能用于评估保罗阱中被囚禁离子的二阶多普勒频移,适用于离子光钟、离子微波钟,尤其适用于基于大离子云的激光冷却离子微波钟。

相对论热等离子体中电子声波的非线性频移

研究了相对论电磁波在热等离子体中传播时的色散特性以及由于非线性电子声波激发引起的电子声波的非线性频移。基于相对论激光在热等离子体中传播的电磁流体物理模型,采用流体的非线性频移理论,利用微扰法得到了描述相对论激光与热等离子体相互作用时谐波产生的非线性频移方程。结果表明,等离子体密度、电子温度和一阶谐波振幅是决定相对论热等离子体中非线性频移的主要因素。在弱激发下,非线性频移随着电子温度和一阶谐波振幅的增大而增大,等离子体密度抑制非线性频移。电子声波非线性频移对等离子体密度和电子温度的依赖表现出了强烈的非线性特征。研究结果为深入理解高能量激光与热等离子体相互作用中谐波的产生及引起的非线性频移提供了理论依据。

ZPW-2000移频信号检测实验仪的设计与实现

依据周期测频法设计了以FPGA为核心器件的ZPW-2000移频信号检测实验仪。该实验仪采用8个计数器实现移频信息的检测,其中,边频检测采用2个计数器分别检测计数信号上下跳沿,通过选择2组计数值中较大值,使计数误差降低至0-1个计数信号周期,在200 MHz计数信号下,边频检测误差可控制在0.07 Hz以内;低频检测采用6个异步计数器,分别实现移频信号中低频成分的获取及低频频率的检测计算,低频频率计数器通过设置前N个状态进行低频计数,第N+1个状态进行计数值锁存分析的方式,有效降低了低频获取引起的误差。分析发现,当N≥10时,最大误差可降至0.029 Hz以下。实验仪实测证明,边频、低频检测误差均能满足铁道标准TB/T 3532—2018中移频信号上下边频误差±0.15 Hz、低频误差±0.03 Hz的要求;检测实验仪能准确解算出基于FPGA的ZPW-2000移频信号发码实验仪移频信息,解决了ZPW-2000系列轨道电路移频信号教学及实验任务必须采用铁路专用设备的限制,结合发码实验仪可为学生更直观地展示轨道电路发码与检测过程,使学生更加深入地了解移频轨道的电路原理。

基于频移调制的间歇非均匀采样干扰研究

针对传统间歇采样干扰存在的缺点:脉压结果呈现规律性,易于被多体制雷达识别剔除;生成的干扰落后真实目标。本文研究了一种基于频移调制的非均匀间歇采样干扰,其可以对采样信号施加多普勒频移以及非均匀转发,其干扰后的脉压结果分布于真实目标两侧,并且破坏原有均匀采样的规律性。仿真实验表明,基于频移调制的间歇非均匀采样干扰和传统方法相比产生了较好的干扰效果和抗识别特性。

基于改进接口算法的移频分析与电磁暂态混合多速率实时仿真

“双高”电力系统对实时仿真算法的计算效率提出了更高的要求,采用单一的仿真算法往往难以兼顾计算效率与仿真精度。为解决这一问题,提出了一种混合使用移频分析(shifted frequency analysis,SFA)与传统电磁暂态(electromagnetic transients program,EMTP)方法的多速率实时仿真方案,并对子系统的接口算法进行了改进。首先,充分发挥SFA方法的高效性优势,建立了在移频相量下联立子系统诺顿等效电路的SFA-EMTP混合仿真框架。随后,从减少计算量的角度出发,提出了一种滑窗离散傅里叶变换与三相坐标变换相结合的解析信号构造方法。进而,为兼顾计算的实时性与仿真精度,提出了一种开关状态更新时刻与仿真节点错位的多速率仿真计算时序。最后,对含分布式电源接入的配电网算例采用所提算法与其他多种算法进行仿真,并将仿真结果与PSCAD(Power Systems Computer Aided Design)的离线仿真结果进行对比,验证了所提算法的正确性和有效性。

基于振频逆解算的高抗振移相干涉仪系统设计

本文设计并研制了一款具有高抗振性功能的移相式激光面型干涉仪系统。该系统通过快速获取连续非线性移相后获取样件干涉图组,并对其进行振频逆解算分析,自动判断干涉条纹图受振动干扰情况,筛选出受振动干扰相对较小的高质量干涉图组,可得到高抗振的稳定测量结果,从而实现激光移相干涉仪系统的抗振能力增强,极大改善干涉仪测量准确度与效率。

5G无线移频分布系统的方案设计和应用研究

文中通过优化整合小功率皮基站、移频中继直放站、LORA自组网等无线通信技术,建设了5G无线移频分布系统。该系统降低了中低话务场景下的室内覆盖成本,为客户提供了良好的语音、多媒体和流量上网体验,为电信运营商提供了一款高性价比的无线网优工具。

基于移频外差技术的射频信号稳相传输研究

近年来,地面雷达分布式天线之间的信号传输,正朝着大宽带、高精度方向发展。为满足这一发展要求,针对当前分布式天线间射频信号稳相传输方法中,射频信号相位比较环节受到电子瓶颈限制,工作带宽窄,且对高频信号间的相位差检测精度低等问题,提出了一种新型的移频外差相位比较方法。该方法通过比较两个低频电信号的相位差,即可得到高频信号在光纤中传输时引入的相位抖动。由于将相位差大小不变地从高频转移到低频信号上,因此提高了相位差检测的精度,降低了系统成本,提高了系统的工作带宽。理论分析和仿真验证了该方法的可行性。

基于循环移频的级联式光频梳生成方法

平坦光频梳可以用于精密测控系统,基于双平行马赫曾德尔调制器与循环移频方式,设计了一种级联式平坦光频梳生成系统。该系统采用两级结构,第一级利用相位调制器产生两个具有一定频率间隔的相干光载波,作为第二级循环移频环路的两个输入种子光,每个种子光在环路中通过循环移频的方式生成一个子光梳,两个子光梳再级联成一个带宽更大的光频梳。建立了系统的理论分析模型,并用VPI软件进行了系统仿真,利用该方案可以生成104线频率间隔为12.5 GHz,平坦度为1.31 d B的光频梳。仿真结果与理论分析相符。

多普勒频移和干涉谱联合的水声目标运动参数估计

常见水中运动目标会辐射连续谱噪声和线谱噪声,连续谱噪声在浅海波导环境中形成明暗相间的干涉条纹。根据干涉条纹可以得到目标最近距离与速度的比值,无法直接解出两个参数值。针对利用干涉条纹无法分别估计最近距离与速度问题,提出一种多普勒频移、干涉条纹结合的运动参数估计方法。根据单条线谱多普勒频移得到最近距离与速度参数耦合曲线,再将该曲线与干涉条纹得到参数比值线相交,交点即为两参数估计结果。数值仿真估计声源运动速度、最近距离,在信噪比6 dB条件下,平均估计误差分别为0.71%与0.87%。将该方法应用在2021年6月大公岛海域海试数据,5组实验数据估计目标运动速度、最近距离平均误差分别为2.5%,4.4%,证明了方法的有效性。

相域恒阻抗同步电机移频电磁暂态建模与仿真

同步电机是电力系统中重要的发电设备,其暂态模型是否准确直接影响系统仿真精度。为满足电力系统低频-高频不同速率暂态过程准确、快速仿真的需求,提出了相域恒阻抗同步电机移频电磁暂态仿真模型。首先,基于希尔伯特变换与坐标变换,采用解析信号重构了同步电机方程。引入移频变换,建立了离散化的诺顿电路等效暂态仿真模型。模型具有直接的机网接口。进一步通过添加额外的虚拟绕组并提出虚拟绕组参数设置方法,使电机模型导纳矩阵为恒导纳矩阵,避免了每个时间步长需更新系统导纳矩阵的问题。所提出的电机模型通过设置不同的时间步长、移动频率、虚拟绕组参数,能够同时实现准确的高频暂态过程仿真和高效的低频暂态过程仿真。最终,通过与传统电磁暂态仿真模型的对比,验证了所提出相域模型的准确性与高效性。

基于分段移频调制的间歇采样重复转发干扰

针对间歇采样重复转发干扰(Interrupted-Sampling Repetitive Repeater Jamming,ISRRJ)假目标群滞后于真目标,且各假目标在空间的规律性分布导致干扰效果单一的问题,分析了ISRRJ特性,重点推导了移频量与转发脉冲脉压幅度及空间位置之间的数学关系,在此基础上提出基于分段移频调制的干扰方法。该方法利用每个采样周期内多个转发子脉冲的移频特性,按照不同的干扰效果灵活分配移频量,改变假目标的空间分布。仿真结果表明,所提算法能够在空间中呈现欺骗和压制双重干扰效果,并较好保证欺骗假目标幅度。该算法可根据实际情况合理配置干扰样式,具有硬件资源少、灵活高效的特点。

基于傅立叶变换频移特性的平面近场测试方法

为了满足快速和无相测试现场天线的需求,文中提出了一种基于傅立叶变换频移特性的平面近场测试方法。该方法采用多探头技术,利用各个通道的移相,达到天线角域的移动,实现了任意指向角信号的采集,具有测试快速、使用便捷的特点,特别适用于天线的大规模生产测试和现场测试等。对一个标准喇叭天线进行了平面近场扫描测量,对比了用传统近场数据处理插值方式得到的和用频移性质得到的天线远场方向图(E面)。实验显示,该方法具有与传统近场测试方法相同的效果,能有效地测试天线方向图。

基于间歇采样的SAR盲移频干扰研究

针对传统的移频干扰无法对抗调频斜率捷变合成孔径雷达(SAR),而盲移频干扰由于采用全脉冲处理方式生成干扰信号,其在实际工程应用中面临收发同时带来的收发隔离问题;同时基于天线收发分时工作体制的间歇采样干扰存在干扰主峰始终滞后于真实雷达目标的问题,提出了基于间歇采样的SAR盲移频干扰.首先将SAR雷达信号进行间歇采样,其次将间歇采样信号分为两路,分别对两路信号进行频谱扩展,然后通过共轭相乘操作实现频谱压缩得到基于间歇采样的盲移频干扰信号.从间歇采样干扰出发,给出了对SAR间歇采样信号进行盲移频处理的干扰原理,建立了基于间歇采样形式的SAR盲移频干扰信号的数学模型,并进一步分析了进行盲移频处理后的间歇采样信号的干扰性能.理论分析和仿真实验证明,该干扰方法不需要提前获取雷达信号参数,能够通过调整盲移频干扰中频谱扩展阶数和延迟时间来调整间歇采样干扰产生的干扰主峰位置,使间歇采样干扰主峰超前于真实雷达目标,并且该干扰方法产生的干扰主峰保留了盲移频干扰的特点,干扰主峰的距离向位置不随雷达信号调频斜率的变化而改变,能够有效对抗调频斜率捷变SAR信号.

广义S变换和阈值分割联合抗频谱扩展-压缩移频干扰

根据频谱扩展-压缩(spectrum spread and compression,SSC)移频干扰信号和回波信号时频分布特性的差异,提出一种基于广义S变换和Tsallis交叉熵阈值分割的干扰抑制方法。分析了SSC移频干扰的干扰原理和干扰信号经过解线调后的信号形式,并利用时频聚焦性较好的广义S变换获取接收信号经过解线调后的时频图像,根据时频图像对应的灰度图像,以Tsallis交叉熵最小化作为目标函数,求出灰度图像的最佳分割阈值,并根据分割阈值构建时频滤波器,实现干扰抑制。仿真结果表明:该方法对于SSC移频干扰产生的假目标具有较好的抑制效果,干扰抑制比可达30 dB以上。