导弹稳定控制中陷波滤波器的离散化研究

开展导弹稳定控制设计时,通常采用陷波滤波器对弹体弹性振动频率进行抑制,保证控制系统的弹体弹性稳定性。介绍了陷波滤波器的基本原理,针对陷波滤波器离散化设计带来的频率畸变问题,提出了一种改进预畸变双线性变换法,在不改变陷波滤波器阻尼比值的基础上,通过调节阻尼大小实现频率畸变的补偿。与传统离散化方法相比,所提出的方法既补偿了畸变频率,又保证了陷波宽度和相位特性与连续域相同,具有操作简单、适用性强等优点。

应用于5.8 GHz雷达传感器的中频信号滤波处理

针对5.8 GHz多普勒雷达传感器的应用需求,设计完成了雷达传感器的数字电路部分。整个数字电路分为两大部分功能,一是控制雷达传感器进入不同的工作模式,满足不同的功耗需求;二是对雷达传感器采样得到的中频信号进行滤波以及算法处理,使得能够在一定距离内感应人体移动。文中对其中的中频信号滤波处理展开详细论述,该部分采用陷波滤波器、低通滤波器、全通均衡器级联的IIR滤波结构,用较低的滤波器阶数实现了对工频干扰的46 dB衰减,在100 Hz处的衰减能够达到38 dB,并且通过全通均衡器对系统的群时延进行了一定的补偿。整个设计采用dongbu011rf工艺,在8 MHz和32 kHz的时钟频率约束下,版图面积约为475 200μm^(2),经流片测试,动态功耗约为0.41 mW,实现的功能与应用需求一致。

1064 nm负滤光片的设计与制备

针对当前可见-近红外光电探测器的激光防护要求,研究了1064 nm负滤光片的设计和制备。基于等效折射率理论,综合考虑光谱和场强分布优化,设计了由SiO2/Y_(2)O_(3)/H4组合的规整膜系和SiO2/H4组合的非规整膜系负滤光片;采用离子束辅助热蒸发沉积方式对负滤光片进行了制备,并测试了其光学和抗激光损伤性能。结果表明:在膜系结构G|(0.5LH0.5L)s|A两侧匹配减反膜可以有效减小通带波纹,调整膜系最外层厚度可以同时改善膜系的光谱特性和电场强度分布。镀制的规整膜系负滤光片在400~900 nm和1200~2000 nm波段平均透过率分别为89.98%和93.21%,1064 nm透过率为1.29%,激光损伤阈值为6.0 J/cm^(2);非规整膜系负滤光片在650~900 nm和1200~2000 nm波段平均透过率分别为93.70%和94.99%,1064 nm透过率为1.60%,激光损伤阈值为6.8 J/cm^(2)。

陷波频率点可精确控制的高效FRM陷波器设计

为在精确控制陷波频率点的前提下尽可能降低陷波器的硬件成本,提出了将全相位滤波技术与频率响应屏蔽技术相结合的陷波器设计算法。该算法将相移措施引入到单窗全相位陷波器设计中,只需根据所推导出的原型滤波器阶数N、内插因子M、陷波整数频点位置m和相移参数λ的数值关系,即可构造出简单实用的新型陷波结构。理论和仿真实验表明,新型设计算法既保证了陷波器在精确频点具有足够大的衰减,又节省了成本,提高了陷波效率。

三相电压型PWM变流器交流侧LCL滤波器的有源阻尼策略研究

三相电压型PWM变流器是分布式可再生能源发电单元接入传统配电网的主要接口设备。在PWM变流器主电路设计中,采用LCL滤波器替代传统的L型滤波器已经被广泛地接受。针对含LCL滤波器的三相电压型PWM变流器,在系统输入输出模型与传递函数的基础上,提出了一种新型LCL滤波器优化设计方法。与传统L型滤波器相比,该方法具有电感总量小、动态性能好、系统成本低的优点。为了抑制LCL滤波器的固有谐振,在基于同步旋转坐标系的三相电压型PWM变流器控制中,通过在电流环中增加陷波滤波器的方法实现了LCL滤波器的有源阻尼。最后通过仿真和实验对所提出方法的正确性和有效性进行了证明。

基于双相移组合全相位法的FIR陷波器设计

提出新的双相移组合全相位设计FIR陷波器算法。根据单窗情况下全相位滤波的3个重要性质,利用两个互为对称的陷波频率向量用全相位方法设计出两个子滤波器,并构造两个互为共轭的相移向量分别对两个子滤波器进行相移,再将两者进行组合即可生成陷波器。通过理论证明:陷波器的设计可通过代入一简单公式来实现,计算复杂度非常低。实验表明:通过改变相移参数值,在任意频率点上陷波器的衰减值可达-330dB。

数字双频陷波滤波器的优化级联设计方法

数字双频陷波滤波器主要用于消除或抑制数字信号中的2个频率分量。首先推导出增益可控单频陷波滤波器的设计公式;然后采用特定的幅度响应控制策略,通过级联2个单频陷波滤波器,实现了数字双频陷波滤波器的优化设计;最后对所提设计方法的有效性和实用性进行了一系列的仿真实验验证。

一款平顶特性窄带滤波器的设计

为满足地球物理勘探中频域测试的需求,利用数值计算的方法,计算并得出了两级级联的有源带通滤波器在临界偏调时各级中心频率f0与Q值的关系;据此设计并制作了具有平顶特性的窄带通滤波器。实测结果表明其特性与理论计算曲线一致。此外,还对电路的选择性、灵敏度、平顶宽度以及等效噪声带宽等参数作了进一步讨论。建议利用该电路设计成50Hz工频陷波器。

利用零极点设计数字带陷滤波器

在数字信号处理的研究中,为解决工频干扰,可以采用数字带陷滤波器方法,传统的零极点配对方法存在频率响应不均匀和增益不对称的特点。提出了一种新的设计带陷数字滤波器方法,能克服传统设计方法的缺陷。方法是从零极点配置法演绎而来的,主要思想是零点设置在带陷频率处,极点不在极径方向,偏移数字滤波器的极点,用最小二乘方法估计出滤波器的参数进行仿真。仿真结果表明方法可以改善传统方法设计带陷数字滤波器的缺陷,使数字滤波器的频谱均匀对称,即直流增益等于Nyqu ist频率增益,通带增益成对称性。通带特性得到更好改善。证明新方法优于传统的零极点配置法设置带陷数字滤波器。

基于FIR陷波窄带干扰抑制的UWB脉冲设计

提出了一种基于FIR陷波器的窄带抑制UWB脉冲设计方法。通过对各种窗函数的陷波性能比较分析,选出最佳的窗函数来设计FIR陷波器。以高斯脉冲导数为例,对所设计陷波器进行仿真验证,并就陷波前后的脉冲波形的通信性能进行了比较。仿真结果表明:陷波后脉冲具有良好的窄带干扰抑制能力,能够和其它通信系统更好地共存。另外,此方法不需要在整个频段内降低UWB脉冲功率,实现起来简单灵活,为提高UWB脉冲发射功率,增大UWB系统的通信距离,提供了一种可行的方案。

陷波滤光片的类褶皱设计

针对当前陷波滤光片设计方法中,因需要大量薄层和折射率连续渐变而导致的制作难度较高的问题,介绍了一种陷波滤光片的类褶皱膜系设计方法。此方法中,每层薄膜的层内折射率不变,层间折射率呈离散型渐变,每层为1个光学厚度,膜系模拟计算的光谱很好,并可降低制造工艺难度。给出了膜系的基本结构形式,并分析了其中各参数对陷波滤光片光谱的影响,指出了参数变化对光谱影响的基本规律。通过对典型膜系设计,模拟分析了膜厚偏差和折射率偏差对光谱的影响。结果表明,膜系对膜厚偏差更加敏感,为膜系镀制工艺中的误差控制提供了理论依据。

基于IIR陷波的UWB窄带干扰抑制

提出了一种基于IIR陷波的UWB窄带干扰抑制方法。超宽带脉冲通过IIR陷波来降低自身特定频段的功率谱从而使UWB系统避开窄带干扰，达到与其它系统共存的目的。以高斯导脉冲为例，对所设计IIR陷波器进行仿真验证，并就陷波前、后的脉冲波形的通信性能进行比较。仿真结果表明：陷波脉冲具有良好的窄带干扰抑制能力，在实现和其他无线窄带通信系统共存的同时，具有良好的系统传输性能。

基于高阶累积量的自适应IIR线谱增强器

将四阶累积量的递推算法推广到求正弦信号的四阶混合累积量,并提出了一种基于四阶混合累积量切片的自适应IIR结构的线谱增强器算法。该线谱增强器通过自适应前向线性预测法求得滤波器的系数,从而使带噪信号的线谱成份得到增强。仿真结果表明,在平稳或非平稳输入信号情况下,该算法从色噪声中提取正弦信号的能力优于基于二阶自相关函数的自适应IIR线谱增强器。

基于陷波器的心冲击信号提取电路设计

心冲击(BCG)信号可用于航天员心率监测,针对现有BCG采集电路无法有效去除呼吸干扰的问题,设计了中心频率为0.3 Hz的双T型陷波器,利用陷波器幅频特性抑制频带较窄且幅度较大的呼吸信号,以实现BCG信号的有效分离。通过加入电压跟随器提高陷波器品质因数Q值,设计电位器控制陷波器带阻滤波的频带宽度和Q值高低,可达到动态调节滤波效果。采集6名健康男性志愿者平卧位的BCG信号数据,通过峰值检测即可有效提取心率,无体动干扰的数据段滤除呼吸波后BCG信号平均J波识别准确率达到99.12%。结果表明:提出的方法可有效抑制呼吸信号,实现BCG信号的前端分离和充分放大,以应用于航天员实时心率监测中。

实数编码遗传和单纯形混合算法在膜系优化设计中的应用

在传统遗传算法(GA)基础上,通过引入标准偏差函数构造了新的适应度函数,同时提出了一种自动降温的方法来控制退火选择策略中的温度。将这种改进的实数编码遗传算法(FGA)和单纯型算法(SA)有机结合起来,形成了新的膜系优化算法-实数编码遗传和单纯形混合算法,并编制了优化程序。实例表明该算法优化性能优越,既具有强大全局搜索能力,又能很好地实现局部搜索功能。用该算法实现了中心波长534 nm,带宽35 nm的可见光波段凹陷滤波器和高性能中性分束镜。

基于一维光子晶体能带结构的陷波滤光片设计方法

陷波滤光片应用广泛,但难点在于用传统传输矩阵法进行光谱设计时,计算量过大且膜系结构和材料种类复杂。将固体物理理论中晶体内周期性势场Bloch波的多重Bragg散射后特殊色散关系与光学薄膜理论中麦克斯韦方程组结合,计算出一维光子晶体(即薄膜)周期性函数并获得能带结构;分析与介质折射率(介质折射率比)、中心波长和入射角度改变相对应的能带结构中禁带宽度和位置的变化;推导出具体函数关系。将陷波滤光片的光谱要求带入函数关系式进行计算,将结果带入Essential Macleod薄膜设计软件中进行膜系设计。与传统传输矩阵法进行比较,结果表明基于一维光子晶体能带结构的设计方法比传统传输矩阵法计算量小很多、周期结构简单且只需两种材料,光谱曲线均能满足设计要求。

一种低复杂度的稀疏FIR陷波滤波器的设计方法

FIR陷波滤波器具有线性相位、精度高、稳定性好等诸多优势,然而当陷波性能要求较高时,通常需要较高的阶数,导致FIR陷波滤波器硬件实现复杂度大大提高。该文基于稀疏FIR滤波器设计算法和共同子式消除的思想,提出一种低复杂度的FIR陷波滤波器设计方法。该方法首先采用稀疏滤波器设计算法得到满足频域性能设计要求的FIR陷波原始滤波器系数,然后对其进行CSD编码,并分析CSD编码量化系数集中所有的2项子式和孤子的灵敏度,最后根据灵敏度的大小依次选择合理的2项子式或孤子直接合成滤波器系数集。仿真结果表明,新算法设计实现的FIR陷波滤波器比已有的低复杂度设计方法最多可减少51%的加法器,有效地降低了硬件实现复杂度,大大节省了硬件资源。

气动伺服弹性系统结构陷幅滤波器优化设计

为解决飞机气动伺服弹性耦合频率低且随飞机重量构型变化大,使用结构陷幅滤波器改善飞机气动伺服弹性稳定性易于影响飞机操稳特性的问题,建立了一种基于多目标遗传算法的结构陷幅滤波器优化设计方法。以气动伺服弹性系统的弹性模态频响峰值最小作为优化目标,刚体模态频响特性作为设计约束,通过设计罚函数修正个体适应度对陷幅滤波器的频率与阻尼参数进行优化。结果表明:该文方法能够兼顾飞机的气动伺服弹性与刚体运动特性,有利于充分利用高增益控制系统提升飞行性能。