基于互相关的小型化低功耗超声波风速风向仪设计

超声波风速风向仪具有无转动部件,响应快,精度高的优点,但体积大、功耗高、成本高成为限制超声波风速风向仪广泛使用的主要因素。为了便于超声波风速风向仪的推广和使用,本文采用国产FPGA(Field Programmable Gate Array)并结合FIR(Finite Impulse Respond)滤波器以及互相关检测算法设计了一款超声波风速风向仪,探头之间的距离仅为80 mm,感风面积仅为传统超声波风的1/10,使得省级风洞均可计量检定。整机经过风洞实测,每秒钟可完成50次风速风向测量,在0~5 m/s时风速最大测量误差为±0.3 m/s,5~20 m/s时风速最大测量误差为±0.5 m/s,20~30 m/s风速测量最大误差为±5%,稳定风速下风向测量最大误差为±1°以内,总功耗为0.2 W(仅为传统超声波风功耗的1/20)。通过实测数据发现,FPGA结合数字滤波及互相关检测算法相比于传统的DSP(Digital Signal Processor)超声波风速风向仪能明显缩小体积,降低成本功耗。

基于双EEMD与重构的局部放电时延估计方法

对室内电气设备的局部放电检测与定位是保障设备长期稳定运行的有效手段,而时延估计精度是影响局部放电检测与定位准确度的重要因素。为解决局部放电信号在噪声及多径效应影响下的时延估计精度问题,本文提出了一种基于双集合经验模态分解(ensemble empirical mode decomposition,EEMD)与重构的局部放电信号预处理方法。模拟仿真与实验测试结果表明,本文所提出的方法与广义互相关算法相比有效提高了时延估计准确度,且稳定性与鲁棒性更好。本文所提方法有效提高了局部放电信号的信噪比(signal-to-noise ratio,SNR)以及时延估计算法的精度,可用于低SNR及多径效应明显的室内环境中局部放电信号的时延精确估计。

脂质比值与代谢综合征的关联及预测价值评价:基于多阶段横断面研究

背景 随着代谢性疾病发病率的上升,代谢综合征(MS)的预防与控制引起广泛的关注。而脂质比值是重要的筛查指标之一,与MS之间的关系成为热点研究话题。目的 基于贵州省多阶段横断面研究人群分析三酰甘油/高密度脂蛋白胆固醇(TG/HDL-C)、总胆固醇/HDL-C(TC/HDL-C)、低密度脂蛋白胆固醇/HDL-C(LDL-C/HDL-C)及非高密度脂蛋白胆固醇(non-HDL-C)与MS发病风险的关联及预测价值评价。方法 回顾性选取贵州省参与2010年全国疾病监测地区慢性病及危险因素调查、2013年中国慢性病及其危险因素监测、2015年中国成人慢性病与营养监测和2018年中国成人慢性病与营养监测的21 727例自然人群为研究对象,收集研究对象的基线资料,根据是否患有MS将研究对象分为MS组(n=4 981)和非MS组(n=16 746)。绘制受试者工作特征曲线(ROC曲线)分别评价男性和女性TG/HDL-C、TC/HDL-C、LDL-C/HDL-C和non-HDL-C对MS的预测价值。通过Delong检验比较脂质比值预测MS发生的ROC曲线下面积(AUC)的差异。采用多因素Logistic回归分析模型分析脂质比值与MS之间的优势比(OR)和95%置信区间(CI),评价按调查时间、年龄、性别、BMI、吸烟、饮酒分层的研究对象发生MS的影响因素。结果 MS组与非MS组研究对象年龄、性别、民族、受教育程度、婚姻状况、吸烟、饮酒情况、BMI、TG/HDL-C、TC/HDL-C、LDL-C/HDL-C、non-HDL-C比较,差异有统计学意义(P<0.05)。TG/HDL-C的AUC大于TC/HDL-C(Z=17.822,P<0.001)、LDL-C/HDL-C(Z=23.813,P<0.001)、non-HDL-C(Z=27.608,P<0.001)。男性TG/HDL-C的AUC大于女性(Z=4.299,P<0.001),LDL-C/HDL-C的AUC小于女性(Z=2.061,P=0.039)。多因素Logistic回归分析结果显示,在<60岁、≥60岁、男性、女性、BMI<24.0 kg/m^(2)、BMI≥24.0 kg/m^(2)、吸烟、未吸烟、饮酒、未饮酒人群中,TG/HDL-C、TC/HDL-C、LDL-C/HDL-C、non-HDL-C是发生MS的影响因素(P<0.05)。结论TG/HDL-C对MS具有良好的预测效果,TG/HDL-C、TC/HDL-C、LDL-C/HDL-C、non-HDL-C是发生MS的影响因素,在实际临床工作中应该更重视女性、BMI<24.0 kg/m^(2)、未吸烟及未饮酒人群的脂质比值情况。

不依赖震源的归一化全局能量互相关全波形反演

全波形反演利用叠前地震数据的走时、振幅和相位等全波形信息反演地下介质参数。但常因地震信号低频成分缺失、初始模型不准确而产生周期跳跃现象导致反演陷入局部极值,同时震源子波和振幅信息的准确度也严重影响着反演质量。笔者提出了一种不依赖震源的归一化全局能量互相关全波形反演方法,可有效结合褶积波场、归一化波场与能量波场的特点从而提高全波形反演的稳健性。数值试验表明该方法可以缓解振幅失真对反演的影响,并在震源子波不准且缺失低频情况下构建可靠的大尺度速度结构,结合不依赖震源互相关全波形反演方法可以构建高精度的地下速度模型,且抗噪性较好。

基于短时互相关的低压脉冲法电缆故障定位

为了提升传统低压脉冲法的电缆故障定位能力,文中提出基于短时互相关的低压脉冲法电缆故障定位方法。首先,对电缆开展低压脉冲测试得到相应的测试波形;然后,根据输入波形设置短时参考信号,将短时参考信号进行时移后与测试波形计算互相关系数;最后,根据绝对互相关系数序列曲线的峰值位置来定位电缆故障。仿真和实测结果表明,所提方法可以有效提升低压脉冲法中反射信息的识别能力,提高低压脉冲法对电缆故障的定位能力。

低信噪比叠前数据定量分析软件研发与应用

在野外地震采集项目中,地震数据的信噪比分析对激发井深、激发药量等施工参数的确定至关重要,并可指导后续野外生产。以往将信噪比定性分析作为地震资料数据的评价依据存在一定误差,故信噪比分析逐步由定性分析向定量分析方向发展。目前常用的地震采集商业软件信噪比定量分析功能欠缺,部分商业采集软件的信噪比分析模块可满足地形平缓、信噪比较高工区的使用需求,但对于复杂地区、低信噪比地区适应性较差。因此,为解决复杂地区、低信噪比地区的信噪比定量分析问题,本文对常用的信噪比分析方法原理及其适应性进行深入研究,根据不同方法原理研发了相应的算法模块。通过模型试算以及实际资料应用表明,该软件模块完善了针对低信噪比地区叠前数据的信噪比定量计算方法,针对不同地形地貌可优选适用的算法,弥补了采集软件相应功能的空白。

截面电导相关流量计在低流量下的响应特性

针对目前油田低产液井数量增多,测试难度不断变大的问题,研制一种可以在低流量下进行测试的流量测井仪。在电导相关流量测量原理基础上,对仪器传感器结构进行改进,用于低流量条件的测量。对截面相关流量测井仪在多相流实验装置进行油水两相流动态模拟实验,总结出截面电导相关流量测井仪在油水两相流低流量下的响应规律。实验数据分析表明,截面电导相关流量测井仪在油水两相流下的最佳测量范围为10 m^3/d以下。

基于低频声波的空气温度测量研究

低频声波可以用来实现对空气温度的非侵入式测量。现有的基于低频声波的测温方法精度较低,如何建立有效的声学测温机制从而提高测量精度需要进一步研究。描述了一个基于低频声源和传声器的新型空气温度测量系统,通过测量空气中的声速达到测量空气温度的目的。首先根据温度、湿度、大气压和空气成分与声速的关系提出了一种通过计算空气密度来计算声速的方法。由于空气的湿度、大气压和空气成分也会影响声速,为了提高测温精度,分别从理论上分析了这3个因素对声学测温结果的影响并给出了相应的技术解决方案。为了测量声速,选择宽度为0.1 s的200～1 500 Hz线性扫频信号作为声源信号,通过对上下游两个传声器接收到的扫频信号进行互相关,计算出声波在两个传声器间的传播时间。为了提高声速测量精度,通过参照温度试验获得了不同温度下的声波传播时间并代入校准方程,使用最小二乘法估计出了等效声波路径长度和系统时延。得到这两个参数值后,系统测量出的声速更加接近同温度下的理论声速值。验证试验以K型热电偶测量的温度作为对比,在23.5℃～54.2℃的温度范围内,声学测温的相对误差在3.2%以内,标准差在0.2%以内。

改进型低频噪声测量方法研究

低频噪声作为电子元器件筛选与可靠性评估的一种重要手段,其测量的准确性问题一直是研究的热点。针对影响低频噪声测量系统准确性的因素,提出了一种改进型的低频噪声测量方法。该方法利用双通道互谱估计法,通过增加通道数目且按步骤进行测量,可以消除测量放大器的背景噪声对测量结果的影响。仿真结果表明,与传统测量系统相比采用改进型测量方法的测量系统背景噪声降低了50%,明显地提高了低频噪声测量结果的准确性。

用相关算法改善电磁流量计低流速性能

介绍在电磁流量计中引入互相关算法 ,滤掉噪声干扰 ,提高信号的稳定性 ,从而使电磁流量计在低流速测量时 ,性能有较大改善的具体实现方法。在低流速时能够稳定地显示数据 ,且精度可在 0 .5 %左右。

基于融合特征的半监督流形约束定位方法

针对Wi-Fi和低功耗蓝牙单模定位方法在精度、稳定性和普适性上难以满足需求以及现有定位方法须采集大量标定数据这些问题,设计实现了将Wi-Fi和低功耗蓝牙信号进行融合的半监督定位方法,有效利用了Wi-Fi和低功耗蓝牙信号的定位优势,采用半监督流形约束来引入非标定数据进行模型训练.实验表明,与单一特征相比,提出的融合特征在提升了鲁棒性的同时,定位精度提高了20%以上;采用引入的半监督流形约束定位方法,能够使标定训练数据减少90%.

磁阻型弱磁传感器特性自动测试系统

随着磁阻型弱磁传感器的深入研究和广泛应用,方便、快速的测量传感器低频噪声、灵敏度、非线性等特性已成为研究其低频弱磁场测量能力的基础。设计开发了一套弱磁传感器特性自动测试系统,其自身的噪声平方根谱密度小于槡5 nV/Hz(在10kHz)。它包括亥姆霍兹线圈、惠斯登电桥和低噪声放大器、磁屏蔽桶、高精度数据采集卡和PC等硬件模块,采用互相关功率谱分析方法得到传感器低频噪声,通过传感器输入输出特性曲线得到其灵敏度和非线性等参数。利用该系统对商业化巨磁阻传感器AA002进行了测试,得到其在6 V供电时噪声平方根普密度约为槡10 nV/Hz(在10 kHz),线性范围内的灵敏度为3.35 mV/(G.V-1)。结果表明该系统为研究和分析磁阻型弱磁传感器的特性提供了一种有效的检测手段。

基于复合频率编码的低截获概率波形簇设计

针对宽带正交低截获概率(low probability of intercept,LPI)雷达波形簇设计,利用频率编码捷变和调频斜率捷变的复合波形编码技术,在波形正交约束的基础上构造了一种复合频率编码的非线性代价目标函数,提出了基于频率编码捷变或调频斜率捷变的复合波形簇优化设计方法。利用模式搜索算法获得了具有良好自相关和互相关旁瓣特性的宽带正交LPI波形簇。仿真结果表明,所设计的波形能够获得低自相关旁瓣和低互相关旁瓣,可为LPI雷达发射波形与多输入多输出雷达波形的设计提供参考。

正弦信号幅值和初相位估计的问题研究

在已知频率的情况下,提出了利用互相关函数估计正弦信号幅值与初相位算法,解决了使用自相关函数法估计幅值丢失相位信息问题。并利用叠加法在不损失源信号能量的情况下,提高了观测信号信噪比,从而提高了正弦信号估计精度。仿真实验结果表明,基于叠加的互相关函数法可在较低信噪比情况下以较高精度估计正弦信号的幅值和初相位。

阈值随机共振及其在低质量浓度气体检测中的应用

提出利用阈值随机共振系统检测低质量浓度气体的方法.对传感器检测信号进行预处理以满足随机共振系统的要求,输入单阈值检测器,采用反映系统输入输出信号之间相关性的互相关系数作为阈值随机共振的表征.对系统的阈值参数进行优化,对最大互相关系数和气体质量浓度的相关性进行回归分析.实验结果表明,在该类系统中,不但存在阈值随机共振,而且随着气体质量浓度的增加最大互相关系数增加,采用最大互相关系数可以进行气体质量浓度的检测,最低检测限可以达到μg/L级别.

改进波形相似叠加算法的音频时长调整

针对波形相似叠加算法在处理高采样率音频时效率低的缺点,提出由短时均值包络到细化波形的逐步匹配方法.首先基于短时均值包络进行粗匹配,在此基础上细化包络,进行再匹配以实现音频时长调整.该算法降低了计算量,提高了运算效率.在进行音频时长调整过程中,还利用音频的优化低能量率特征参数动态调整分析窗长度,实验表明这种处理方法对混合音频的处理效果有很大改进.

具有集间良好互相关性的多子集无碰撞区跳频序列集

针对小区间多址干扰问题,提出了具有集间低互相关多子集无碰撞区跳频序列集的概念。基于交织法构造出多子集最优无碰撞区跳频序列集。此方法构造出的多子集中的每个子集在理论界意义下是最优无碰撞区跳频序列集,集合中的序列均是不等价的,无碰撞区长度在满足一定条件下可灵活选取。集合间具有良好的汉明互相关性。

浅海低频声场水声信号时间相关性研究

起伏的声场接收信号是时变的,浅海声场的时间相关性研究有利于目标深度的判别以及水声信号的数据融合。研究浅海低频声场时间相关性以信号的自相关和互相关原理为基础,完成对信号时间相关半径、相关函数值的影响因素分析,得到不同声场条件下信号传播的作用结果。通过仿真比较在不同频率、不同信噪比条件下低频声场信号的相关性曲线,并结合实际海试数据进行验证。研究表明浅海低频声场随机扰动随着低频波长的增加而减弱,且信号时间相关性研究为声场的实际应用提供了一定参考。

一种低照度视频序列增强算法

为了提高低照度视频的视觉效果,提出一种基于对数图像处理(LIP)的增强算法和改进的双向均衡算法相结合的方法,并运用帧间互相关信息,在保证视觉效果的前提下,减少了处理的帧数,提高了处理的速度。实验结果表明,该方法简单、实用,能够得到较理想的效果。

基于相关算法的电磁流量计抗噪性能研究

针对电磁流量计在低速测量时,信号被噪声淹没不能准确测量的问题,引入了相关检测算法。本文介绍了相关检测算法进行流量测量的基本原理,通过在电磁流量计测量中引入相关检测算法,滤掉了噪声干扰,提高了信号的信噪比,使电磁流量计在低速或者在低信噪比的情况下测量时,性能有较大改善,精度可达0.5%左右。在低流速时能够稳定的显示数据。