高阶伪随机信号在对地通讯中的应用

对地通讯(Through-The-Earth Communication,TTEC)以大地为传播介质,使用低频电磁波来传输信息,在地下工程建设调度、预警、救援中有着重要作用.高阶伪随机信号可同时包含数十个频率,其具有易于实现、频率可控、抗干扰能力强的特点,有应用于对地通讯的潜力和价值.鉴于此,本文提出一种基于高阶伪随机信号的对地通讯新方法.通过在高阶伪随机信号中设置静态频组和动态频组,利用静态频组保证多个主频的平均幅值以维持发射稳定性,利用动态频组对通讯信息编码,传输有效信息.在实际工作时,发射端将通讯信息编码转换为高阶伪随机信号,利用长导线源向大地发射,接收端利用电极或者线圈接收电磁信号,经模式识别、时频变换、反向解码转换为有效通讯信息.通过仿真测试和在济南市某煤矿井下试验,完成有效通讯信息的发射、传输、解译等过程,实现了基于高阶伪随机信号的对地通讯方法,验证了方法在地下工程通讯的可行性和可靠性.

超短基线在低频基阵指向性测量中的应用

随着水声换能器工作频率的降低,实验室空间很难达到自由场和远场测量的要求。而开阔水域的水下环境复杂,基阵很难实现更深层次的吊放,需要安装价格昂贵的吊装平台来获取标准声源与待测基阵之间的相对位姿,效率低且维护成本高。文章采用超短基线定位技术,信号选用线性调频脉冲信号与伪随机编码脉冲信号,并分别基于脉冲压缩法和复相关算法实现距离和相位测量。比对湖上定位精度试验和基阵指向性标定静态试验的结果显示:角度误差为2.5°以内;-6 dB波束宽度在2~10 kHz频率范围内测量误差在5.38%以内。证明超短基线定位在低频基阵指向性标定的可行性。

北斗卫星船载导航信号并行捕获算法

信号捕获作为实现北斗卫星船载导航的第一阶段,也是最重要的一环,为此研究基于北斗卫星船载导航信号并行捕获算法,在短时间内捕获卫星信号,为船舶提供高精度的定位和导航服务。建立北斗卫星导航信号模型,依据模型生成的北斗卫星导航信号,采用傅里叶变换(Fast Fourier Transformation,FFT)算法以及快速傅里叶逆变换(Inverse Fast Fourier Transform,IFFT)算法,通过并行频率搜索和并行码相位搜索分别将伪随机码相位、载波频移的二维搜索变成一维进行并行搜索,获取北斗卫星信号的伪随机码和载波频移,实现北斗卫星船载导航信号并行捕获。实验结果表明,该算法可以成功地捕获船载导航信号,并且捕获耗时短;对船载导航信号的载波频率估计误差小。

基于伪随机序列的松散煤体声学测温方法及应用

长期以来,采空区、煤堆、煤仓等空间的煤自燃火灾时有发生,受限于工作区域的复杂环境和火源探测技术瓶颈等因素,较难实现煤自燃灾害高温点的快速量化识别。而声学测温技术具有测量精度高、测温范围宽、测量空间大等特点,可实现采空区等隐蔽火源位置精准探测且极具发展前景。目前该技术在松散煤体温度测量领域尚处于基础研究和实验室研究阶段,仍需开展大量研究。基于伪随机序列的优越性能,将其引入作为声源信号,并根据声学测温原理和伪随机序列声源信号产生原理,搭建了松散煤体声波测温试验系统。系统主体部分包括声学测试系统、程序升温系统、隔音系统和煤样箱体,结合试验测试和仿真模拟方法,验证了系统的准确性。利用理论分析、Matlab仿真和试验测试相结合的方法,开展伪随机序列声源信号的失真特性研究,确定了该信号的最佳处理方法,成功将其应用于松散煤体测温中。结果表明:伪随机序列可以作为采空区、煤堆、煤仓等空间的松散煤体声学测温的声源信号,但需运用二次相关PHAT–β算法对伪随机序列声源信号发生频率区间(1000~3000 Hz)进行处理,使频带变窄,能量集中;运用伪随机序列声源信号测量声波在松散煤体中飞渡时间,发现不同距离下声波飞渡时间测量结果误差小于5%,并通过了对比验证;伪随机序列作为松散煤体的测温声源信号时,所反演温度与不同粒径的煤样温度之间的平均绝对误差为2.051℃,平均误差率5.293%,能够较为精准、可靠地反演煤温。

一种基于多卷保守混沌系统的伪随机信号发生器的设计及实现

为产生新的数字混沌伪随机序列,提出一个哈密顿能量与体积均保守的多卷保守混沌系统,且分别利用理论分析和数值分析的方法研究系统的保守性、稳定性、多卷特性等动力学特性。可以发现,系统具有很好的遍历性、复杂性以及较强的伪随机性。对系统进行美国国家标准技术研究所(NIST)测试,所有的测试指标均满足伪随机信号的标准条件。另外,还利用现场可编程门阵列(FPGA)技术设计实现了该多卷保守混沌系统,为混沌应用提供多卷保守混沌系统模型及伪随机信号发生器。

一种基于改进f-k滤波的编码雷达信号去噪方法

超宽带编码雷达探测地下介质时,回波信号不可避免地受到噪声影响,这会对数据解释带来一定困难.频率-波数(f-k)滤波方法可以有效滤除部分噪声,但其对高频段的滤波效果欠佳.针对此问题,本文提出一种改进的f-k滤波方法,即根据频率和波数的分布情况,设置不同的视速度阈值进行分段处理,提高高频段的视速度阈值,有效滤除了高频段的噪声.实验结果表明,经本文方法处理后的图像熵较传统方法处理后的图像熵减小了6%,具有良好的噪声抑制效果.

基于伪随机编码的鱼雷自导多波束信号产生方法

针对鱼雷主动自导同时多波束发射时,指向不同方向发射信号叠加导致干涉相消,使得各通道间发射信号能量一致性较低、视场区域能量覆盖均匀性较差等问题,本文研究了一种基于伪随机编码的鱼雷自导同时多波束信号产生方法。通过减小指向不同方向发射信号间的相关性,降低同时多波束发射信号叠加时的干涉效应,从而提升发射通道能量一致性。以自导视场内能量均匀性为标准,通过计算机仿真验证了其性能。仿真结果表明,采用本文方法,各通道间发射信号能量一致性和视场区域能量覆盖均匀性得到了明显改善,改善程度与码元数密切相关。

一种伪随机开关动作的自稳零运算放大器

设计实现了一种低失调、高增益的轨到轨运算放大器(运放),整体电路主要包含带隙基准、环形振荡器、伪随机信号发生器、主运放以及调零辅助运放。采用时间交织结构的自稳零技术降低了运放的输入失调电压,通过主运放与辅助运放增益相叠加的方式获得高增益。为了改善自稳零运放开关动作所引起的互调失真现象,设计了一种伪随机信号发生器,用于控制自稳零运放的开关动作,以一种非固定周期的伪随机时序信号代替传统的周期性时序信号,避免了由MOS开关管周期性动作引入的二次谐波甚至多次谐波,改善了运放的调零效果,消除了输出信号中的互调失真。基于0.5μm CMOS工艺完成了整体电路的设计与流片,电路仿真与芯片实测数据均达到较好效果。在电源电压5 V,环境温度25℃条件下,实测输入失调电压为0.6μV,输入偏置电流小于10 pA,开环增益为140.8 dB,共模抑制比为138.4 dB,电源抑制比为142.9 dB,该电路可用于高精度信号采集和调理。

Blind reconnaissance of the pseudo-random sequence in DS/SS signal with negative SNR

This paper introduces a new theory and algorithm that can be used in blind detection of the carrier wave signal and the pseudo-random sequence of the direct sequence spread spectrum （DS/SS） signal with negative SNR. First, without any a priori knowledge of the DS/SS signal, the carrier wave signal can be detected from DS/SS signal with negative SNR by using stochastic differential equations and energy detection method. Based on this, the pseudo-random sequence can also be blindly detected in DS/SS signal with negative SNR by reducing noise of the nonlinear signal and the algorithm of wavelet multiscale decomposition algorithm. Finally, the computer simulation shows that we can detect the carrier wave signal with SNR=-27 dB and the pseudo-random sequence under error code ratio 10^-4with SNR =-10 dB.

可控震源伪随机扫描信号的仿真研究

伪随机序列具有良好的的自相关函数,在地震勘探中具有广阔的应用前景,从提高伪随机扫描信号自相关函数性能出发,着重分析了与伪随机扫描信号自相关函数密切相关的重要参数。通过对仿真结果分析得出了载波频率及本原多项式阶次与其自相关函数之间的联系,并给出了伪随机扫描信号长度及幅值的选择原则。

何继善教授从事地球物理工作60周年学术成就回顾

何继善教授，我国著名地球物理学家、教育家、工程管理学家，我国电（磁）法集大成者之一。1934年出生于湖南省浏阳县。1960年毕业于长春地质学院物探系。1994年当选为中国工程院首批院士。曾任中南工业大学校长、中国有色金属学会副理事长、中国地球物理学会副理事长、中国工程院能源与矿业工程学部主任、湖南省科协主席；1991年～2001年担任《中国有色金属学报》和《中国有色金属学报（英文版1》首任主编；现任湖南省科协名誉主席、中国工程院第五届主席团成员、工程管理学部常委、美国勘探地球物理学家协会（SEG）终身会员。何继善教授长期从事地球物理研究，学术成就卓越。创立了双频激电法，发明了双频激电仪；提出了三元素群的自封闭加法，实现了2”系列伪随机信号的快速递推编码，创立了伪随机信号电法体系；创立了高分辨率检测堤坝管涌渗漏入水口的“流场法”，为病险水库隐患探测和汛期堤坝查险提供了必不可少的技术支撑和科学抢险决策依据；统一了频率域电磁法全区电阻率的定义和算法，创立了广域电磁法，为电磁勘探开辟了崭新的研究领域；创建了中国第一个以地电场与观测系统为特色的国家级重点学科；发明了一系列具有国际先进水平和自主知识产权的地电场观测仪器和装备，为中国资源勘探和工程勘察事业作出了重大贡献。他创立和发展的以伪随机信号电磁法和双频激电法为特色的勘探地球物理理论体系，被国际上誉为应用地球物理界的一重大事件。他的研究成果和学术思想对中国地球物理学的发展有重要指导意义。

多输入多输出热工系统的辨识与建模研究

针对热工系统一般为多输入多输出的特性,介绍了多输入多输出辨识建模方法的基本原理,分析了将多输入多输出系统推导简化为多个多输入单输出系统的具体过程,在此基础上,研究了采用以独立伪随机信号为输入信号的多输入多输出系统的辨识试验方法及相应的辨识算法.利用上述辨识方法建立了某燃煤锅炉燃烧系统的动态数学模型,计算结果表明:该辨识建模方法对多输入多输出热工系统具有良好的建模效果.

分布式电磁接收系统多频标定信号的产生与检测

为了提高分布式电磁接收系统频域标定的效率和精度,提出了一种基于多频伪随机信号的标定方法并研究了多频标定信号的产生和标定数据的处理方法。首先,根据多频伪随机信号的解析式分析了其主频点的振幅和分布特点,通过现场可编程门阵列(FPGA)实现了伪随机信号的编码合成并产生了高精度双极性标定信号源。然后,基于相关检测的噪声抑制原理,给出了检测含噪声多频标定输出信号幅度和相位的多次相关迭代法并通过仿真进行了验证。最后,对分布式双通道电磁接收系统的采集通道和磁场传感器进行了标定测试。结果表明:在外界噪声不大于标定输出信号幅度的环境下,检测结果幅度误差小于2%,相位误差小于1°。该标定方法快速准确,可用于分布式电磁接收系统在不同野外环境下的频域标定。

热扰动条件下投影物镜温度响应的高精度建模

针对投影物镜温度控制系统具有多重扰、多时滞和时间常数较大等问题,搭建了投影物镜温控实验平台;研究了实验平台的结构、激励信号设计、数据预处理方法和建模算法,建立了超高精度温度响应模型。首先,考虑光刻机对震动和洁净度的严格要求,设计了远距离串级水冷控制系统;进行了物镜温度的阶跃响应实验,采用两点法建立了物镜的温度响应传递函数(粗建模)。然后,根据获得的物镜阶跃响应传递函数,设计二位式伪随机辨识输入信号的参数,并采用分段线性化方法对输入输出数据进行预处理。最后,设计迭代最小二乘算法,辨识得到物镜的ARMAX温度响应模型(精建模)。基于该模型的物镜温控实验结果表明:在环境温度波动幅值达0.6℃并加入3 W的热扰动条件下,物镜温度稳态误差控制在±0.001℃以内,满足光刻机对投影物镜的超高精度温度控制要求。

超声波流量计中相关时差法的应用

介绍了一种基于互相关理论的时差法超声波流量测量算法。系统采用时差法声道布置,采集流体静止和有流速状态下的两组回波信号,通过计算相关函数的峰值得到两回波信号时间差,间接得出流量,提高了时差法渡越时间获取的精度。极性相关算法的引入,大大提高了系统运算速度,提高了实时性。采用伪随机信号作为超声激励信号,克服了算法测量范围小的缺陷,更可提高系统精度。实验表明该系统测量精度高,实时性好。

随机信号在路面不平度仿真中的应用

重点研究了随机信号在路面不平度仿真中的应用,分别使用AR法和伪白噪声法在空间域下对C级路面进行仿真。仿真使用Matlab语言,仿真步长为0.1m,路面长度为10km。结果表明:两种仿真方法的计算量与所仿真的路面长度成正比,AR法计算量小,而伪白噪声法算法稳定性好,提高仿真精度的措施灵活。

基于相关辨识法的大型光伏电站广域阻尼控制器设计

针对含大型光伏电站的电力系统可能存在的区间低频振荡问题,提出基于相关辨识法的大型光伏电站广域阻尼控制器设计方法。首先采用基于伪随机信号的相关辨识法得到系统的开环传递函数。接着将TLS-ESPRIT法应用到主模比指标的计算中,并结合留数指标对阻尼控制器输入信号进行优选,然后采用极点配置的方法整定控制器参数。最后,在DIgSILENT/PowerFactory中搭建含光伏电站的两区域系统机电暂态模型,时域仿真结果表明:所提出的光伏广域阻尼控制器能够有效抑制系统区间低频振荡,提升了系统小干扰稳定性。

几种伪码体制引信的抗噪声性能分析

简单介绍了伪码调相引信 ,伪码调相与脉冲幅度调制 (PAM )复合引信 ,伪码调相与 (伪 )随机脉冲位置调制 (PPM )复合引信的工作原理。推导出它们从带通滤波后至相关检测前这一过程中信号处理方面的信噪比增益 ,以及至相关检测后整个过程中信号处理方面的总信噪比增益。结果表明后两种引信具有相同的抗噪声性能 ,且均强于伪码调相引信。

多频激电相对相位谱研究

2n系列伪随机多频信号含有多个在对数坐标上呈等间距分布的主频率,是电法勘探的理想场源。多频激电相对相位谱法采用上述信号作为场源,充分反映了该信号作为电法勘探场源的优点。在多频激电相对相位谱法中,相对相位谱定义为φr(ω)=[kφ(ω)-φ(kω)]/(k-1)。根据傅里叶变换的性质和激电效应与耦合感应的关系,证明相对相位谱测量具有如下优点:可以消除发送机和接收机之间因时间不同步而引起的测量误差,提高了观测精度;对电磁耦合感应进行了一阶线性校正,可以压制耦合感应。通过改变Cole Cole模型中的频率相关系数c和频比k来分析相对相位谱与相位谱的差异,发现相对相位谱与相位谱在形态上一致,对异常具有同等的反应能力;它们之间的差值与频比k成反比、与频率相关系数c成正比。野外实测的多频激电相对相位谱和相位谱说明,激电相对相位谱测量对耦合感应具有良好的压制效果。

基于AD7762的广域电磁接收机采集器设计

根据广域电磁仪系统分频段发送和接收包含多个频率的伪随机电磁信号,以及接收机采集电磁信号时要求高频段高速采样,低频段高精度低速采样的特点,选择了符合接收机采集特性的高性能、高速度24位模数转换器AD7762,简要介绍了AD7762的特性,设计了基于AD7762的广域电磁采集器,并从硬件、软件方面给出了实现方案.实验结果表明,AD7762在广域电磁接收机应用中取得了良好的性能指标.