Research on Multi-System Ultra-High Speed Optical Signal Access System

In view of the small transmission capacity and single signal modulation format of the existing optical transmission system, this paper proposes an ultra-high-speed optical signal access scheme based on NEL0670, which can realize the transmission of 100 G DP-QPSK, 200 G DP-16QAM and 400 G DP-16QAM signals, and realize flexible and intelligent reception of multi-system optical signals.

基于脑电信号特征的高铁调度员疲劳状态识别

为增强铁路行车的稳定性与安全性,有效识别调度员的疲劳状态对行车组织的影响,基于脑电(EEG)信号特征,提出一种调度员疲劳状态识别方法,根据作业时间段划分调度员的疲劳状态,设计高铁调度模拟试验获取脑电信号数据,通过小波级数展开和傅里叶变换提取高铁调度被试的3种脑电波频域幅值作为特征值,结合调度员作业特征和脑电信号特征,验证疲劳状态的划分结果,通过Python语言环境搭建ResNet18+SoftMax和MobileNet V2+SoftMax这2种模型,基于深度学习方法,将输入特征转换为三维立体矩形模型,并优化调整权重,获得最优模型,从而判断高铁调度员的疲劳状态。研究结果表明:ResNet18+SoftMax和MobileNet V2+SoftMax神经网络模型对高铁调度试验参与人员的疲劳状态识别准确率分别为92.78%和99.17%;相较于支持向量机(SVM)模型,这2种模型可提升清醒状态和疲劳状态的识别精度,并降低运算时间,其中,MobileNet V2+SoftMax模型的识别准确率和运行速度最优。以MobileNet V2+SoftMax模型原理为内核,可以更快速准确地识别高铁调度员在长时间作业条件下的潜在疲劳风险。

高速低载频比传感信号下的逆变器有源阻尼自适应控制

逆变器工作在高频运行和控制载波比低的情况下,存在谐振尖峰抑制,提出了高速低载频比传感信号下的逆变器有源阻尼自适应控制技术。在高速低载频比传感信号下,构建逆变器数学模型。输出电流到电容电压与定子电流之间的传递函数,将逆变器的有源阻尼等效成一个控制电压环。调整有源阻尼自适应控制回路的参数,制定逆变器有源阻尼自适应控制策略。实验结果表明:文中技术的稳定裕度由2.46 dB下降至1.18 dB,可以保证逆变器的稳定运行;在不同采样频率下,可以控制逆变器输出与电网电压相同相位和频率的并网电流,其中在采样频率为5.9f时,输出并网电流和电压均表现为正弦状态,波动范围分别为[35 A,58 A]和[185 V,225 V],具有较好的控制效果。

高速精确的光纤光栅信号解调方案设计

为提升光纤光栅的应用效果,为此,设计高速精确的光纤光栅信号解调方案。依据LPFG的光纤光栅信号解调原理,设计两个LPFG双边缘滤波器处理两路反射光,并且利用光电探测器探测光功率结果,以此解调光栅的中心波长;采用光纤干涉仪检测解调频率,对其进行正反扫描,依据光传播时延引起的解调误差和解调频率扫描方向之间的关联,完成解调结果补偿。测试结果显示:该方案具有较好可行性,光谱发生不同程度重叠时,光纤光栅信号的解调结果标准差均小于1.85 pm;光栅波长的解调误差均在-5~5 pm之间;有效降低解调误差,提升光纤光栅解调精度,可靠获取信号中的信息。

脉冲信号的奇异性分布熵特征分析

为了对低信噪比复杂环境下脉冲信号的奇异性差异进行有效的分析和标定,提出了一种基于模极大值理论的奇异性分布熵特征分析模型。首先对脉冲信号进行归一化并进行小波变换,计算各尺度下模极大值及其特定分布,可以体现具有奇异性差异的模极大值曲线族。为定量描述这种差异性,用熵值表达构成模极大值曲线族的模极大值点分布,并构建能有效分析脉冲信号奇异性差异的奇异性分布熵特征模型。该模型能对低噪比下信号的奇异性差异进行刻画。实验结果表明,在信噪比为-6 dB的环境下对典型的直升机脉冲信号(桨/涡干扰信号和高速脉冲信号)进行分析,能够得到89.25%和87.63%的正确率。

面向高铁信号系统工程测试的测试建模方法

高铁信号系统工程测试关注系统中各设备间的复杂行为关系和状态同步,工程测试的测试建模方法缺少复杂行为交互和同步机制,针对此问题,提出基于扩展有限状态机的高铁信号系统工程测试建模方法和测试用例生成方法.首先,分析高铁信号系统工程测试的特点,提出复杂事件交互和状态同步的测试建模需求,以有限状态机理论为基础,扩展出状态事件和层次性,满足信号系统工程测试中复杂行为关系和状态同步的建模需求,采用Z规格说明语言给出扩展有限状态机的形式化定义,定义扩展有限状态机的格局和同步机制;然后,提出将扩展有限状态机转化为时间自动机的算法,利用时间自动机的测试用例生成算法自动生成高铁信号系统工程测试的测试用例;最后,以高铁信号系统工程测试中的进路控制为例,建立扩展有限状态机模型并生成测试用例,通过变异分析对生成的测试用例进行评估.结果表明:测试用例在检测状态变异和事件表达式变异时的变异评分均为1,具有良好的覆盖度,能够满足高铁信号系统工程测试的需求.

高速铁路信号设备通信接口雷击过电压损伤试验研究

本文提出一种关于高速铁路信号设备通信接口雷击过电压损伤检测及判定方法,是对当前高速铁路信号设备通信接口雷击试验及检测方法的优化和完善。首先,对雷电波频谱进行了分析,确定了信号设备通信接口雷击试验波形和检测电路。然后,选取ZPW-2000A轨道电路系统的CAN通信接口器件PCA82C250和编码读取电路的光耦TLP621-4作为试验对象,按电压幅值由低到高分别对其进行雷电冲击试验。试验结果表明:PCA82C250横向雷电冲击损坏电压约为88V,纵向雷电冲击损坏电压约为48V;光耦采集电路中,直接对光耦进行雷电冲击时,雷电冲击损坏电压约为140V;在雷电冲击点与光耦间串入4.7kΩ电阻后,雷电冲击损坏电压约为800V,故增加器件的输入阻抗,可以提高耐雷电冲击水平。最后,讨论分析了信号设备通信接口器件的雷击过电压损伤特性,分析结果表明:信号设备通信接口器件的雷击过电压损伤特性分为3个阶段,即正常阶段、临界损伤阶段和损坏阶段;信号设备通信接口器件存在冲击损坏积累效应,当器件处于临界损伤阶段时,仍可进行数据传输,但输出信号与正常阶段不一致。信号设备通信接口器件雷击过电压损伤检测,应按电压幅值由低到高进行雷电冲击试验,以冲击时是否有击穿现象和通信线上信号电平是否发生异常作为损伤判定的基本依据,并结合相应测试标准等,做出科学准确的判断。

遗传算法优化BP神经网络的高速信号状态判断

针对引信控制系统高速信号状态判断误差大和BP(Back Propagation,BP)神经网络在状态判断过程中存在精度差、易陷入局部最优解的缺点,利用其它寻优算法来改善BP神经网络的缺点以减小高速信号状态判断的误差。本文利用遗传算法优化BP神经网络来构建模型,以引信的高速信号时间和电压为输入指标建立了分类模型,将其用于高速信号状态的判断来提高识别准确率,加快收敛速度,降低误差,并根据高速信号来了解引信控制系统在每一时刻处于哪种状态从而判断系统是否正常可靠。仿真分析结果表明,本文方法在引信的高速信号状态判断方面具有识别结果优、收敛速度快、误差小的特点,其正确率达到了99.6%,优于BP神经网络的88.6%和卷积神经网络的98.7%;同时,平均绝对误差降低至0.01210,均方误差降低至0.04368,均方根误差降低至0.20901,进化代数为23代,优于BP神经网络的0.16842,0.31985,0.56475,51代,卷积神经网络的0.02263,0.0605,0.24597,25代。连续实验结果表明,改进后的模型鲁棒性更优,威尔克森秩和检验结果也表明,改进后的模型比BP神经网络和卷积神经网络的识别效果更优,有更好的泛化能力,模型满足了高速信号状态判断要求。

高速列车蛇行减振实时混合试验的两级自适应时滞补偿方法

时滞补偿是高速列车蛇行减振实时混合试验的关键问题之一。高速列车的多个自振频率超过10 Hz,加载命令不可避免地存在高频分量,进而要求更小的时滞误差以保证试验稳定性。针对此问题,基于两级自适应时滞补偿方法的基本思想,采用系统逆模型完成名义时滞补偿,采用有限脉冲响应离散模型建立自适应逆控制器补偿剩余时滞与不确定性时滞,利用渐消记忆卡尔曼滤波器在线估计控制器参数。为充分探讨所提方法性能,采用线性和非线性加载系统模型,开展了线性、非线性试件模型的高速列车虚拟实时混合试验,比较了不同时滞补偿方法性能。研究表明,所提方法具有优良的补偿性能,表现出较强的鲁棒性,对于高频信号也能实现良好的补偿效果。

面向数据中心的超高速光模块板级信号完整性研究

【目的】人工智能的高速发展对数据中心算力提出了更高的要求。光模块作为数据中心光/电互连的核心器件,其设计也将迎来巨大挑战。随着光模块速率的不断提升,信号完整性问题成为制约光模块性能不可忽视的瓶颈。因此为了设计出满足数据中心光互连,特别是高性能计算场景速率要求的超高速光模块,需要对光模块内部高速链路进行优化设计。【方法】文章以一款双密度4通道小型可插拔(QSFP-DD)光模块设计方案为例,对光模块中影响信号完整性的因素进行了仿真优化。具体工作为,从理论角度分析了链路上引起信号完整性问题的部分,如过孔和球栅阵列(BGA)焊球,并讨论了优化这些性能的改进方法。特别是分析了针对50 GHz以上频段信号传输的优化方法,使高速链路能实现超高速4阶电平脉冲幅度调制(PAM4)信号低损耗传输。另外,还研究了整体高速通道的传输性能,并利用4端口矢量网络分析仪进行了测试。【结果】研究结果表明,该设计方案能够达到所需的传输带宽并且能有效削弱谐振。全通道仿真结果显示所有通道传输带宽内回波损耗低于-15 dB,插入损耗低于3 dB,可实现224 Gbit/s PAM4信号低损耗传输,同时测试结果与仿真结果基本相符,证明文章所提设计方案能满足数据中心高速光互连对光模块速率的需求。【结论】文章所提光模块信号完整性设计方法对今后超高速光模块设计具有重要的指导意义,同时也可以为其他各类高速电路设计提供参考。

液冷服务器中多连接器拓扑的信号完整性研究

对3个高速连接器的拓扑和4个高速连接器的拓扑分别在液冷环境和风冷环境中的信号质量进行仿真。在液冷环境中,对4个高速连接器的拓扑中高速连接器间间距进行仿真。仿真结果表明:风冷环境下PCIe 5.0 Tx链路的信号质量优于液冷环境下PCIe 5.0 Tx链路的信号质量;高速连接器个数对液冷环境下PCIe 5.0 Tx链路的信号质量影响较风冷环境下更大;优化后的高速连接器间间距可以改善液冷环境下PCIe 5.0 Tx链路的信号质量。

高铁振动信号的频率提取与定频降噪

为探索高铁振动信号的特征,并且对其噪声进行防治,减少振动对周边环境、设备和精密仪器的影响,在河北某高架桥附近利用振动采集设备采集列车经过时产生的信号。结合同步压缩小波变换技术,在多组信号的对比下,提取出高铁振动信号的主要频率和能量集中点;同时对传统的滤波型最小均方算法进行了定频性和实时性优化,提高降噪速率和针对性,结合主动噪声控制技术对上述提取的噪声进行主动降噪处理,结果表明,高铁振动主要频率为10 Hz和20 Hz以及少量低频信号,振动有明显的主次峰能量聚集。传统的降噪算法对于高铁振动这种短时、定频信号降噪的实时性和定频性较弱,在对其进行优化后,从仿真结果看出,优化后的主动噪声控制技术对特定频点噪声的实时防治有较好的效果。

基于国产FPGA的高速SS7信令研究与实现

高速SS7信令是一种在数字通信网中使用的公共信道信令技术,适用于无线和有线的公共交换电话网。现有高速信令解析方案可拓展性相对不足,在实际应用场景中扩展成本巨大,并且大都采用外国平台实现。随着国家信息系统软硬件平台对自主可控要求越来越高,文中提出一种基于国产高云FPGA的高速SS7信令解析方案。信令解析过程包括信令采集模块和信令过滤模块,分别对其进行了详细的介绍,并且解析信令的同时统计系统运行信息。相比现有方案,文中方案采用国产平台实现,满足自主可控要求,并对方案进行了模块化参数化设计,可以很容易地实现不同应用场景的扩展。最终设计实现了8路高速SS7信令的并发处理,经过实网测试验证,达到了预期的目的,并成功投入商用。

基于自适应VMD算法的高速铁路地震信号分析

高速铁路以确定的长度和负载在固定线路上以几乎均匀的速度长时间运行,构成了一种新的稳定且可重复的人工地震源。研究表明高速铁路地震信号具有宽频带分立谱特征。挖掘大量高速铁路地震信号中所包含的丰富信息在高速铁路运行和路基的安全监测方面具有重要的应用价值。然而,由于铁路网络系统周围环境的复杂性,实际采集数据中除高铁地震信号外,还包含有地球背景噪声以及各种人类活动所产生的噪声。如何提取实际记录中的高铁地震信号是有效利用该类信号的基础和关键。在本文中,我们提出了一种基于自适应变分模态分解(Variational mode decomposition,VMD)的高速铁路地震信号分离算法,将优化算法引入到变分模态分解中,利用能量差参数和样本熵构建适应度函数,实现对模态数及惩罚因子优化调整。此外,利用同步挤压小波变换(Synchrosqueezed wavelet transform,SSWT)对提取的高速铁路信号和现场数据进行时频分析。通过对模拟信号的处理验证后,应用到实际采集到的高铁地震数据进行分析处理。结果表明,该方法可以有效提取高铁地震信号,剔除其它背景噪声,为后续开展高铁地震的成像和反演提供基础。

折线设计对插损不确定度影响研究

使用矢量网络分析仪研究高速印制电路板差分阻抗折线设计各影响因素对高速信号插入损耗及回波损耗的影响情况。通过实验结果表明,不确定性度与折线夹角呈反比,随折线夹角增大而减小;不确定度与折线线长呈反比,随单段折线线长增大而减小。

基于HyperLynx的电信号串扰仿真分析

在高速数字电路中,电信号串扰是影响信号完整性的一个主要因素。针对近端电信号串扰噪声和远端电信号串扰噪声进行理论建模,借助信号完整性仿真工具HyperLynx进行仿真分析,研究攻击线与受害线的间距、耦合长度、信号线到参考平面的介质层厚度、信号上升沿及下降沿速率对于电信号串扰的影响。仿真结果表明:合理的设计可以有效抑制电信号串扰,进而提高电路信号完整性。

基于FPGA的图像传感器驱动控制与协议解析

在当前图像采集领域高分辨率、高帧率的要求下,移动产业处理器接口(Mobile Industry Processor Interface,MIPI)协议成为主流的高速图像数据传输协议。基于MIPI协议,采用IMX214图像传感器,通过自主设计图像数据采集板,满足4通道高速差分信号传输,提出一种高速图像传感器数据采集电路的设计方案。使用现场可编程逻辑门阵列(Field Programmable Gate Array,FPGA)对图像传感器进行驱动控制与协议解析。测试结果表明,所设计的Verilog代码能够正确配置图像传感器的寄存器,并完成工作模式切换、字节串并转换、包头解析与格式转换等步骤,最终获得原始图像数据。

多层PCB中高速信号传输路径的优化与仿真分析

针对多层印刷电路板(Printed Circuit Board,PCB)中高速信号传输路径优化问题,文章进行了系统性研究。采用高级设计工具与仿真软件,对多层PCB的高速信号传输路径进行优化设计和仿真分析,旨在解决信号完整性(Signal Integrity,SI)和电磁兼容性(Electro Magnetic Compatibility,EMC)问题。研究结果表明,优化后的传输路径显著提升了信号传输质量,降低了信号反射和串扰,信号传输速率达到10 Gb/s,信号损耗减少了15%。本研究的创新之处在于引入了多目标优化算法,并结合仿真工具实现了传输路径的精确优化,提高了多层PCB在高速信号传输中的性能和可靠性,具有重要的工程应用价值。

基于激光光幕的高速小目标信噪比研究

通过对目标过靶时光电探测器与运算放大器所产生信号和噪声的研究,推导出信噪比与激光出射功率、原向反射屏逆反射效率的理论关系;进行多组实验验证激光功率、反射效率对信号信噪比的影响。结果表明所设计的激光光幕系统,通过适当提高激光功率、采用逆反射效率高的反射屏,可以有效提升高速小目标过靶信号的信噪比。

高速采集电路中1024点FFT算法的研究与实现

作为数字信号处理的核心技术之一,快速傅里叶变换(FFT)使离散傅里叶变换(DFT)的运算时间缩短了几个数量级。因此,对FFT检测算法及其实现方法的研究具有很强的理论和实现意义。本文创新性地提出了基于FPGA的1024点FFT检测算法,并且给出该检测算法实现的仿真过程以及与常用FFT检测算法的对比分析。结果证明基于FPGA的1024点FFT检测算法与Matlab计算结果一致,并且十级流水线架构增加了数据吞吐量,降低了在FPGA上综合编译的难度。