基于Sallen-Key滤波器的核脉冲成形电路研究

将Sallen-Key滤波器应用于核脉冲信号的成形中,采用较少的级数就可以达到准高斯波形的输出,文中仿真了基于Sallen-Key滤波器的滤波成形电路的特性,并给出了最佳的滤波器参数,采用宽带高速运算放大器设计和实现了该电路,通过实验测量证明了该电路的优越性。

基于Sallen-Key滤波器的数字高斯成形方法的仿真

详细阐述了一种指数信号数字高斯成形技术的计算机仿真方法。首先,以Sallen-Key滤波器为基础,建立了指数输入信号和高斯输出信号之间的数学关系模型。该模型是一个二阶微分方程。其次,模型解算过程中利用数值微分算法得到一个数值递推解。通过计算机仿真该数值递推解实现了指数信号的数字高斯成形。最后,将成形模型应用于实际核脉冲信号分析系统中,通过计算机仿真确定了成形参数。

基于AFSA-WNN的Sallen-Key滤波器电路软故障诊断

为提高对Sallen-Key滤波器的软故障诊断能力,提出一种基于多分辨率变换与小波神经网络(WNN)的软故障诊断方法。该方法先引入多分辨率变换提取Sallen-Key滤波器电路的软故障特征,在此基础上,采用人工鱼群算法优化的WNN构建电路软故障诊断模型。仿真结果表明,与单纯的WNN相比,所提出方法对电路软故障的诊断性能更好,总正确率达到94.1%。从而证明该方法用于Sallen-Key滤波器软故障诊断是可行的,也是有效的。

Sallen-Key滤波器多参数仿真分析方法

仿真分析在核技术工程设计中具有先导意义。以Sallen-Key滤波器硬件的实验仿真分析为例,利用Multisim仿真软件与Excel软件VBA功能,分析Sallen-Key电路自身品质因数以及输出脉冲信号的幅度、宽度、半高宽4个参数对输出脉冲信号形状、滤波效果的影响。通过Sallen-Key滤波电路最佳参数设计,实现理想高斯脉冲信号成形。结果显示,该实验分析方法可行,对核电子学课程电路参数设计部分提供了较好的参考。

基于Sallen-Key滤波器的主成形放大电路的研究

主成形放大器的作用在于将前置放大器输出的降指数信号变成准高斯信号。一级的Sallen-Key滤波电路相当于一个二阶的RC低通滤波器,采用两级的Sallen-Key级联滤波就可以实现四级RC滤波的效果,得到准高斯波形的输出。文中从基本的电路设计与分析开始,用C++模拟了主放大器的功能并分析了相关特性。最后用AD827双路运放实现了该电路,并对此电路性能进行了测试与验证。

基于加权最小二乘的稀疏FIR滤波器设计方法

大规模通信系统的发展对传统滤波器设计提出了更高的要求,稀疏有限脉冲响应(FIR)滤波器具有低计算复杂度与低实现成本的特点,但常规凸松弛近似设计方法会产生额外的逼近误差,稀疏性也不理想,并且求解过程复杂。针对FIR滤波器在设计中由于乘法器个数多而导致实现成本高的问题,该文提出了一种基于加权最小二乘准则的稀疏FIR滤波器设计方法。首先,根据不同范数性质对初始稀疏表示的L0范数进行替换,即对目标函数进行改进,从而在保持稀疏性的基础上,解决非凸函数难以直接求解的问题;然后,将目标问题转化为2个凸子问题差的形式,根据迭代规则构造形式更为简单的子问题,采用交替求解方法求解子问题,以进一步提高求解效率并降低求解复杂度;最后,在确定0系数的位置后,通过求解一个加权最小二乘问题来进一步减小近似误差。仿真实验结果显示:与已有的稀疏滤波器求解方法相比,所提方法能够提高FIR滤波器的系数稀疏性,降低乘法器个数,并且在稀疏性增强的情况下获得较为折中的均方根误差与最大误差,同时计算机求解时间更少,求解效率更高。

驻波移相有源电力滤波器在环形配电网中的应用

针对环形配电网中由功率因数校正电容与馈线电感之间谐振导致的背景谐波电压放大问题,提出了一种在环形配电网中点安装驻波移相有源电力滤波器(SWPS-APF)的谐波抑制方案,其抑制原理是通过移动谐波电压驻波的相位使驻波波腹靠近或恰好落在馈线始端,从而实现背景谐波的衰减。所提方案分为驻波左移和右移两种策略,两者具有不同的适用范围,但涵盖了所有工况。相比于传统的阻性有源电力滤波器(RAPF)方案,该文所提方案抑制背景谐波的效果明显,并且所需的补偿容量也更少。最后,仿真分析和实验结果均验证了该方案的有效性。

基于前后帧关联的多检测伯努利滤波器

伯努利滤波器作为随机有限集(Random Finite Set,RFS)框架下唯一的单目标跟踪滤波器,以其能够传递完整概率密度函数(Probability Density Function,PDF)而在贝叶斯体系内被视为理论上最优的单目标跟踪解决方案。经典伯努利滤波器基于的假设是,在每个时刻单个目标最多只能通过观测方程产生一个观测结果。然而,当单个目标形成多个检测结果时,经典伯努利滤波器可能会产生错误的目标状态估计。为了将伯努利滤波器应用于单个目标形成多个检测结果的跟踪场景,学界提出了多种改进型的多检测伯努利滤波器。尽管这些改进型滤波器能有效处理多检测问题,但其在校正步中需要遍历观测集的所有可能子集来计算后验PDF,这不可避免地引入了极高的计算复杂性,限制了它们的实用性。针对多检测伯努利滤波器计算复杂度高的问题,研究人员提出了多种分割算法,通过仅使用部分观测子集而非全部可能子集来计算后验PDF,有效减少了计算需求。然而,当前提出的各种分割算法都仅利用当前时刻的观测集,并未充分利用滤波器递归过程中的运动信息。本文的创新之处在于将视频多目标跟踪领域广泛采用的匈牙利算法引入到贝叶斯体系内的单目标跟踪滤波器,进而提出了一种基于前后帧数据关联的多检测伯努利滤波器以降低滤波器的计算复杂度,实现多检测场景下的单目标快速跟踪。该滤波器利用前一帧的目标状态估计和后一帧的观测集进行关联,根据关联结果选择用于计算校正步的观测集子集。通过巧妙地利用连续帧中包含的动态信息,所提算法能够在校正步计算过程中选择与目标实际观测最接近的子集,在保持滤波器性能基本不变的同时,大幅度减少计算复杂度。基于天波超视距雷达(Over-the-horizon Radar, OTHR)多检测模型的仿真结果表明,与使用所有子集和部分子集的多检测伯努利滤波器相比,本文所提方法在保持性能基本稳定的前提下大幅度减小了计算复杂度。因此,本文所提方法尤其适用于对实时性要求较高的目标跟踪应用。

微带交指带通滤波器小型化结构设计

文中提出在终端短路式交指带通滤波器的开路端引入一段微带加载线,使谐振器产生尺寸跳变。通过改变微带加载线的线宽,增加谐振器的等效电感值,从而实现降低该带通滤波器中心频率的目的,并且给出了在设计指标下,随加载线宽变化中心频率变化的经验公式。对X波段的微带交指带通滤波器和微带线尺寸跳变进行了研究,研究数据表明:谐振器越短,中心频率往高频偏移越多;微带线尺寸跳变越大,中心频率往低频偏移越多。通过合理减小谐振器长度和增加微带加载线线宽,滤波器整体长度减小而宽度不变,且改进前后滤波特性不发生改变,达到了滤波器小型化的目的。通过在HFSS中建立滤波器模型并进行仿真,改进后增加了传输零点,回波损耗更加稳定,谐振器长度减小10%,微带加载线线宽增加0.15 mm,整体滤波器尺寸减小10%,验证了所提出结构的可行性。

求解偏微分方程的时间滤波器方法

偏微分方程在计算流体力学领域有着广泛的应用,但大多数的偏微分方程无法直接解得显式解,所以建立一种能高效求解的数值方法是至关重要的.对于数值计算方法来说,精度和有效性是一个算法的核心.时间滤波算法是一种基于复杂系统原始计算代码的数值后处理算法.该方法是在原始数值格式的基础上添加一个简单的时间滤波器来提高时间精度,而不额外增加计算复杂度,因而该方法在流体问题数值求解中得到了广泛运用.梳理了一些基于时间滤波器的数值方法以及时间滤波器在几种方程中的应用.最后,基于时间滤波器,针对Navier-Stokes方程,提出变时间滤波器.

基于改进的迭代重加权OMP的稀疏FIR滤波器设计

有限脉冲响应(Finite Impulse Response, FIR)滤波器具备线性相位和稳定性的优点,在雷达信号处理、图像处理、电子对抗等领域被广泛应用。然而高性能的FIR滤波器通常需要较高的阶数,导致硬件实现成本高、系统功耗大。针对该问题,提出了一种改进的迭代重加权正交匹配追踪算法,设计稀疏的线性相位FIR滤波器。该算法采用Frobenius范数简化在每次迭代中求解目标稀疏FIR滤波器的过程,并且引入一个对数函数迭代更新权重。仿真结果表明,在某些情况下所提算法设计的滤波器比已有的稀疏滤波器设计方法具有更短的有效滤波器长度和更少的滤波器非零抽头个数,避免了硬件实现时乘法器和加法器的大量使用,从而有效地降低了实现成本和系统功耗。

基于TGV技术的SIW滤波器设计

随着无线通信技术的快速发展,微波滤波器面临着日益提升的性能挑战。基片集成波导(SIW)凭借其低插入损耗、高Q值及出色的集成性等优势,在微波滤波器设计领域备受瞩目。然而,传统SIW滤波器的设计与制造常受材料选择与加工工艺等条件的制约。本文基于玻璃通孔(TGV)技术,利用三维电磁场仿真软件构建了TGV的3D封装电磁仿真模型,深入分析了TGV在高频信号下的特性,并获取了S参数的仿真结果,展现出优良的高频性能。在此基础上,我们设计了一款工作于39.50~41.5GHz频段的玻璃介质集成SIW带通滤波器,其尺寸仅为6mm×2mm×0.3mm。该滤波器在带内实现了S21大于-3dB和S11小于-12dB,性能优良。

Sallen-Key二阶低通滤波器的OTRA实现

基于传统Sallen-Key二阶低通滤波器,通过在二阶RC低通网络的输出端增加电阻RA,用OTRA(运算跨阻放大器)构成了新型Sallen-Key二阶低通滤波器。与传统电路相比,该电路能减小寄生电容的影响,因而有较高的稳定性;电路参数取决于电阻之比,因而有较高的精度;极点角频率与品质因素独立可调,因而调整方便,且通带增益可调范围广,无源灵敏度较低,电路结构简单,便于电控调谐,特别适合单片集成技术。

基于多端口参数提取和主动空间映射法的腔体滤波器设计

为提高微波腔体滤波器的设计效率,文中提出了一种基于多端口参数提取和空间映射法的滤波器快速设计方法。通过添加额外内部端口提取腔体滤波器电磁模型的Y参数,从而计算出耦合矩阵,再结合空间映射法将求解滤波器理想尺寸问题转换为逼近理想耦合矩阵问题。最后设计并加工了一款四阶同轴腔体滤波器,在初值偏差很大的情况下,经过四次迭代即可得到满足指标的滤波器物理尺寸,实物调试结果和仿真结果一致性良好,从而证明了文中方法的快捷有效。

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。

具有系数相关性的可变分数时延滤波器设计方法

针对可变分数时延滤波器设计中的复杂度问题提出一种设计方法,将时域插值与泰勒级数展开相结合对Farrow结构进行系数配置,推导出相应的滤波器系数相关公式。该方法设计出的滤波器具有系数相关性,可使近一半滤波器系数独立,并得到低复杂度的滤波器实现结构。从复杂度、幅频响应及群时延、误差方面进行理论推导和仿真验证,分析结果表明,所提方法能有效降低可变分数时延滤波器的复杂度和计算成本。

基于迭代卡尔曼滤波器的GPS-激光-IMU融合建图算法

在当前机器人导航和环境感知领域,室外大尺度场景下的三维激光SLAM一直是一个挑战性问题。由于GPS信号在某些环境下的不稳定性和激光SLAM的误差累积特性,传统算法在大尺度场景下表现不佳。针对室外大尺度场景下三维激光SLAM(同步定位和地图构建)存在的误差累积严重问题,本文提出了一种基于迭代卡尔曼滤波器的GPS-激光-IMU融合建图算法。该算法通过利用惯性测量单元(IMU)数据对机器人状态进行预测,同时以激光和全球定位系统(GPS)数据作为观测,更新机器人状态,推导出观测方程和雅可比矩阵,显著提高了建图的精度和鲁棒性。里程计中融合GPS数据的绝对位置信息以解决长时间运行中的误差累积问题。在特征稀疏的环境中,由于约束不足可能导致算法崩溃,GPS数据的引入可以提高系统的鲁棒性。此外,重力对于IMU数据预测机器人状态起到关键的作用。虽然重力是三维向量,但在不发生区域变化的情况下,其模长是不变的,因此被视为二自由度向量。通过将重力的优化转化为旋转矩阵群上的优化,成功避免了重力过参数化的问题,提高了算法的精度。在室外场景下与其他算法进行了性能测试对比并且验证了在大尺度场景下的鲁棒性和精度,结果表明:本文算法的均方根误差为0.089 m,与其他算法相比降低了54%。

带LC滤波器的永磁同步电机多步模型预测电流控制

【目的】为提升永磁同步电机(PMSM)模型预测电流控制(MPCC)的控制性能,在PMSM与逆变器之间增加LC滤波器。【方法】建立带LC滤波器的三阶多步MPCC系统,对逆变器电流、电容电压及电机电流进行预测控制,并与一阶多步MPCC和磁场定向控制(FOC)进行仿真对比。【结果】仿真结果表明:在相同开关频率和预测步数下,相较于一阶MPCC,三阶MPCC下PMSM的转矩脉动和电流脉动明显减小,电流总谐波失真(THD)更低;对于三阶MPCC,随着预测步数的增加,电流THD、电流脉动和转矩脉动逐步减小。【结论】随着预测步数的增加,三阶MPCC系统的控制性能逐步提升;三阶MPCC的控制性能优于一阶MPCC;在较高开关频率处,四步至五步的三阶MPCC的控制性能优于FOC。

高重频飞秒激光高效加工太赫兹滤波器核心结构

高频太赫兹滤波器的核心结构具备跨尺度、大去除量、高精度等特点,为实现核心结构高效精密加工,加工技术的选择尤为重要。与常见的机械加工、光刻工艺、MEMS等技术相比,飞秒激光加工技术具有材料普适性强、流程简单、可实现薄壁结构精密加工等优点。以中心频率850 GHz的太赫兹滤波器核心结构设计为输入,利用飞秒激光加工技术开展太赫兹滤波器核心结构的加工实验研究。考虑到低重频飞秒激光不满足高效加工的实际要求,选择高重频飞秒激光作为加工光源,在加工策略精准设计和加工参数精准优化的条件下,实现了高频太赫兹滤波器核心结构的高效精密加工。研究结果表明,高重频飞秒激光加工的太赫兹滤波器,其中心频率测试值与设计值接近。因此,高重频飞秒激光加工技术成为太赫兹滤波器核心结构加工的可选手段。

前置分数阶复数滤波器的电网同步技术

近年来,复数滤波器(complex coefficient filter,CCF)在电网同步技术的研究中备受关注。然而,基于CCF的锁相环(phaselockedloop,PLL)在数学模型和动态性能上均与实数滤波器型PLL基本无异。为此,提出一种前置分数阶CCF的三相PLL方案。首先,利用分数阶算子构造前级滤波结构,采用极点配置法确定阶次的取值范围,并论证该结构可以准确分离电网的基波正负序分量。其次,对基于分数阶CCF的PLL进行线性化数学建模,在此模型上分析整个PLL系统的控制性能,且采取三阶最小谐振峰值设计方法整定控制器参数。最后,进行仿真和对比实验验证。结果表明:相比现有的CCF-PLL,所提PLL在电网变化时的动态指标更优、动态品质更佳。