基于广义互相关与混沌序列预测集成算法的微瞬态电磁辐射信号检测方法

该文以研究微弱瞬态电磁辐射信号的探测手段为目的,提出广义互相关与混沌序列预测相集成的检测算法。基于双天线测试和互相关信息估计方法,将低信噪比条件下非周期微弱放电信号的检测问题转化为周期性时延参数的估计问题,同时降低了噪声水平。基于混沌预测方法对其估计结果进行预测,得到的误差均值即为目标信号检测结果。通过仿真与实验分析对该方法的可行性进行了检验,结果表明:在低信噪比条件下利用集成方法可有效抑制噪声干扰的影响,相对于传统互相关估计法或混沌预测法而言,对微弱瞬态电磁辐射信号具有较高的检测概率,且需要的脉冲积累次数较少,提高了检测效率,比较适合用于微弱电磁辐射源的远距离探测。

油气管道中智能机器人跟踪定位关键技术综述

国民经济的持续快速发展对于油气供给提出了更大的需求。油气资源主要依靠管道进行运输,为保证管道运输安全可靠,需定期使用智能机器人对其进行检测。检测过程中要对智能机器人进行跟踪定位以确保知道管道内机器人的实时位置、状态,特别是发生故障如卡堵时的位置。油气管道通常为长距离管道,跟踪定位方式只能采用无缆或无线方式,其中极低频信号对于金属介质等具有良好穿透能力的特点特别适合于管道内智能机器人的跟踪定位。基于极低频磁技术的跟踪定位问题,本质上可以归纳为微弱磁信号的高分辨率探测和微弱瞬态磁信号的实时(快速)检测这两方面的问题。本文总结了油气管道中智能机器人的跟踪定位技术,介绍了国内外基于极低频技术的智能机器人跟踪定位装置;重点阐述了高分辨率磁传感器、微弱瞬态信号实时检测算法两项关键技术的研究现状,并介绍了基于极低频磁信号发射与接收的智能机器人跟踪定位系统的现有工作及未来展望。

瞬变电磁法弱信号检测技术研究

在简要介绍瞬变电磁法原理的基础上 ,总结了电磁噪声特性 ;重点研究 TEM (TransientElectromagnetic Method)信号同步采集与实时处理算法 ,将双极性同步叠加平均算法等效为梳状滤波器 ,经过 N个周期的 2 N次迭加平均 ,对等精度测量的重复信号不奇变 ,对加性白噪声 ,信噪比提高 (2 N ) 1 /2 倍 ;适当选择发射周期 T和周期数 N就可以随意设置梳状滤波器的零传输点 ,有利于消除某些频率的干扰 ;依据拉依达准则 ,剔除测量误差大于 3倍标准差的奇异数据并以算术平均值代替 ,简便易行。

微弱瞬态电磁辐射信号的双耦合Duffing振子自适应检测方法

以研究瞬态电磁辐射信号的远距离探测手段为目的,得到了适用于高频瞬态信号的改进双耦合Duffing振子自适应检测算法。首先分析了双耦合Duffing系统对瞬态放电信号的检测性能,发现该系统对高频信号的检测灵敏度较差,且背景噪声会影响系统的同步效果,导致目标信号误判。基于此对系统算法进行了改进,引入了信号变尺度处理和自适应调节驱动力幅值的算法,利用仿真以及实验验证了该系统的可行性。仿真及实验结果表明,在微弱窄带信号及高斯噪声的干扰下,检测算法能将信噪比<–20 d B的放电信号检测出来;且当信噪比>–20 d B时,系统的检测概率能>90%,检测信噪比<–20 d B时,系统的虚警概率控制为<1%,能够满足工程应用中对检测概率的需求。可见改进算法能够克服双耦合Duffing振子模型存在的弱点,通过待检信号展宽及自动调节驱动力幅值,得到最佳系统检测态,将淹没在背景噪声中的瞬态电磁辐射信号检测出来,为进一步远距离探测的工程应用提供了理论指导。

基于反相双峰指数模型的微弱瞬态极低频信号的估计与检测

在铁磁管道环境下,同频窄带噪声中的微弱瞬态极低频信号的估计与检测问题是管道机器人跟踪定位中最为重要的科学问题之一。为实现窄带噪声中的微弱瞬态信号的有效检测,分析了接收线圈在不同空间姿态下的信号特点,针对信号与窄带噪声相位上的区别以及信号包络的形态,建立了相位反相的双峰指数函数数学模型;应用非线性最小二乘估计,实现了该数学模型和真实信号之间的拟合;通过仿真和实验验证了该数学模型与真实信号的高度匹配性,并应用蒙特卡洛仿真分析了该模型参数估计的性能;使用所建立的数学模型,构建了平均功率检测器和瞬时最大功率检测器,通过分析比较极低频发射机在不同移动速度和接收信噪比条件下的检测性能,得出了两种检测器的特点和适用范围,并指出在现有工程背景下平均功率检测器的优势。实验证明,相位反相信息对同频窄带噪声中的信号检测非常重要,平均功率检测器在低信噪比条件下的检测性能良好。在信噪比为0.05 d B、虚警概率设为1%时,该检测器的检测概率达98.8%。

基于加窗四阶累量时延估计的微瞬态电磁辐射信号检测算法

以研究微弱瞬态电磁辐射信号的探测手段为目的,提出了一种基于加窗四阶累量时延估计的检测算法。利用高阶累量对高斯噪声的抑制作用以及相干平滑变换对微弱窄带噪声的弱化效果,将低信噪比条件下非周期微弱放电信号的检测问题转化为周期性时延参数的估计问题。仿真及实验比较了加窗四阶累量互相关、非加窗四阶累量互相关及传统互相关时延估计3种算法的检验性能。结果表明,经过加窗处理的四阶累量时延估计算法在相关高斯白噪声、非相关高斯白噪声及窄带噪声3种噪声条件下的检测性能都优于其他两种方法,比较适合用于微弱电磁辐射源的远距离探测。

小波模极大值匹配算法的瞬变信号检测

分析了井下电磁脉冲数据传输中接收到的瞬变信号和噪声的小波变换模极大值在各尺度上的特点。在此基础上,结合匹配滤波器理论提出了瞬变弱信号小波变换模极大值匹配算法,该算法可以有效的区分信号与噪声的最佳尺度模极大值并检测信号。仿真结果表明,与小波模极大值方法相比,匹配算法实现瞬变弱信号的检测更为有效。

混沌单步预测法对含窄带干扰瞬态电磁辐射信号检测的可行性分析

针对远距离探测中强背景噪声及频率跳变窄带噪声难以在滤波环节被抑制这一难题,提出利用混沌单步预测算法对微瞬态电磁辐射信号进行检测并验证了其可行性。仿真分析了含窄带干扰的测试背景信号对混沌序列特征量及混沌预测精度的影响,仿真结果发现微弱窄带干扰和随机噪声叠加至混沌信号内不会驱动其进入下一个非混沌相态,且预测精度没有被大强度削弱。实验采集放电信号,对混沌单步预测法的预测精度与检测准确率进行了计算,检测误差在合理范围内,且检测准确率达95.8%。可见,预测法具有较强的抗窄带噪声能力,在实际工程应用中,可用于放电故障点等放电源的精确定位。

防渗墙质量TEM检测技术研究及试验结果

防渗墙在堤坝上呈垂向分布,墙体薄,虽具高阻特征,但相对于相对低阻的坝体而言,其比例较小,加之坝体可供检测的工作面狭窄,致使许多电法工作都难以将墙体的电阻率差异信息提取上来,防渗墙的检测因此成为一个难题。我们根据TEM方法的特点,设计研制了适用于防渗墙检测的专用能量聚焦装置,开发了弱信息TEM信号增强处理和反演程序,并在长江大堤典型堤段的快速检测试验中获得良好的应用效果。

基于双稳阱内随机共振的OFDM信号检测方法研究

为了解决OFDM(orthogonal frequency division multiplexing)传输系统中接收端对微弱OFDM信号的检测问题,本文将双稳阱内随机共振系统与OFDM信号增强和解调过程相结合,推导了多载波信号激励下双稳阱内随机共振系统从零状态变化到势阱状态所需时间的解析表达式,分析了暂态响应导致的多载波信号在一个符号内的能量损失问题;推导了系统稳态输出方程,分析了稳态过程对子载波已调信号叠加直流偏置分量的问题;探讨了在不同系统参数和噪声强度下阱内随机共振对OFDM信号解调性能的影响。仿真结果表明:该方法可有效实现信号与噪声阱内协同作用,提高OFDM信号的检测性能。

瞬变电磁资料中弱信号的提取

介绍了用比较法进行瞬变电磁资料抑制强干扰、提取弱信号的一种方法,该方法多次用于煤层采空区勘探工作中,实践证明具有良好的效果,具有非常广泛的应用前景。

脉冲激励下环形耦合Duffing振子间的瞬态同步突变现象

研究非周期信号激励下Duffing振子动力学行为变化特征时,发现处于倍周期分岔的环形耦合Duffing振子系统,在一定的参数条件下,脉冲信号能引起其中一个振子与其他振子运动轨迹间出现短暂失同步的现象即瞬态同步突变现象.利用这种现象可以快速检测出强噪声背景中的微弱脉冲信号,从而扩展了现有的Duffing振子对非周期信号的检测范围及应用领域.

基于耦合Duffing振子的局部放电信号检测方法研究

以双向环形耦合Duffing振子系统为对象,研究脉冲信号激励下耦合振子间动力学行为变化特征时,发现其与单向环形耦合Duffing振子系统类似,在一定的参数条件下,脉冲信号能引起其中一个振子与其他振子运动轨迹间出现短暂失同步的现象即瞬态同步突变现象.基于这种现象,提出了一种微弱脉冲信号检测的新方法,用于检测强噪声背景中的局部放电脉冲信号.实验测试表明,利用本文方法对不同放电电极的局部放电脉冲信号进行检测时,在低信噪比条件下可取得良好的检测效果,进而扩展了现有的Duffing振子对非周期信号的检测范围及应用领域.

灵敏度增强的非重复瞬态弱信号光学感知

提出了一种噪声下非重复瞬态弱信号感知灵敏度增强方法。在双相干光频率梳(OFC)频谱克隆接收系统的基础上,利用声光频移器和光耦合器分别对本振OFC和信号OFC进行多路复制,使得瞬态弱信号频谱被分割的子信道成倍增加。在接收端灵敏度范围内,各子信道频谱被下变频至同一中频,并在频域中同步累加,累加后瞬态信号的感知信噪比(SNR)以倍数增加。利用梳齿个数为9的频谱克隆接收机对带宽为18 GHz的瞬态噪声信号进行感知,当本振OFC和信号OFC进行1、2、3路复制时,瞬态信号的感知灵敏度增益分别提升至12.63 dB、14.04 dB、15.43 dB。与双相干OFC频谱克隆接收结果相比,所提结构的SNR提升了3.0 dB、4.5 dB、5.9 dB,并进一步讨论了分路损耗对SNR改善比的影响。所提方案基本上不增加OFC生成模块的复杂度和频谱覆盖范围,实现了SNR倍增式增强。