结合分裂Bregman的压缩感知电磁地图重构算法

受限于非协作和采集数据残缺等因素,分布式感知网络难以实现对目标区域电磁态势的全覆盖感知,因此,有必要研究一种依据残缺感知数据重构出目标区域完整电磁态势的技术,进而掌控电磁态势。论文由此提出了一种结合分裂Bregman的压缩感知电磁地图重构算法。该算法基于压缩感知提出了一种滤波式分区正交匹配追踪算法,并用其重构出目标区域内的参考信号接收功率数据,然后再利用分裂Bregman对该数据进行精度提升,最终得到更高精度的数据并绘制出完整的电磁地图。仿真实验表明,重构出的电磁地图和实际情况更接近,且在可用感知节点数量稀少情况下能保证重构数据和实际数据之间的均方根误差低于2.5,算法具有重要的理论意义和应用价值。     

多路振弦传感器同步测频系统设计

针对多路振弦传感器测频系统多采用分时异步的测量方式,无法满足桥梁等大型建筑动态响应的测量需求,提出一种同时激振-分时测量的同步测量方案;根据该方案设计了一套多路振弦传感器同步测频系统。系统以Cortex-M4处理器为核心,采用Rife-Quinn算法进行频率计算。对系统进行实验测试,测试结果表明:系统能完成4通道振弦传感器的同步测量,无噪声条件下的测频相对误差小于0.007%;输入1 kHz、峰值为2μV~3.4 mV范围的正弦信号,系统测频相对误差小于0.005%,标准差小于0.04 Hz;加入白噪声干扰,信噪比在-9~9 dB范围内,系统的测频相对误差小于或等于0.2%。     

无线传感器网络中基于空间相关性的分布式压缩感知

提出了无线传感器网络中基于空间相关性的分布式压缩感知模型和分布式压缩感知算法,利用无线传感器网络节点间感知数据的空间相关性和联合稀疏模型,结合分布式压缩感知编解码算法,以能量有效的方式对无线传感器网络的感知数据进行压缩、重构.最后,通过仿真分析了分布式压缩感知重构误差和压缩比之间的关系,以及分布式压缩感知在能量有效性方面的性能,仿真结果表明分布式压缩感知以能量有效的方式满足了无线传感器网络中事件估计的精确度要求.     

车速传感器的电磁兼容优化设计研究

针对某型车速传感器所面临的电磁兼容问题,分析了射频辐射产生的原因,提出了混沌神经网络电磁兼容优化设计算法。该方法采用多个待优化变量并行搜索的方式及反馈型的网络模式逐渐缩小搜索空间,直至找到全局最优解。实验表明,该算法能有效降低传感器射频能量的峰值,优化后的车速传感器电磁兼容性测试结果符合速度传感器通用技术条件的整体误差标准。     

一种振弦传感器自适应拾振方法

振弦传感器输出的频率信号信噪比低、衰减快,容易受到干扰而造成测量精度下降。为提高有噪声环境下,振弦式传感器测频系统的计算精度,提出了一种基于快速傅里叶变换的自适应拾振方法。该方法使用数字傅里叶滤波自动滤除噪声干扰,然后利用Quinn算法进行高精度频率计算。在基于STM32处理器平台的振弦传感器测频系统中进行该方法的实验测试,测试结果表明:在无噪声干扰情况下,系统的频率测量相对误差小于0.01%;在严重白噪声干扰情况下(信噪比为-20 d B),系统的频率测量相对误差小于0.3%。与其他的测频方法比较,该方法具有更好的抑制噪声能力和测频精度。     

低复杂度的大规模MIMO分布式信道估计

针对大规模多输入多输出(multiple-input multiple-output, MIMO)系统传统信道矩阵获取方式导频开销大、计算复杂度高的问题,提出了一种低复杂度的二阶段分布式信道估计方案。该方案的初始阶段在基站侧采用传统压缩感知算法恢复信道矩阵,第2阶段在用户端利用信道的时间相关性,将大规模MIMO的角度域信道分解为密集部分和稀疏部分,并分别估计以实现连续信道追踪。稀疏部分信道通过所提的分布式自适应弱匹配追踪(distributed adaptive weak matching pursuit, DAWMP)算法,利用子信道的联合稀疏性进行多维重建。相比于线性最小均方误差(linear minimum mean square error, LMMSE)算法,所提方案的信道分解策略有效减少了在用户端进行信道估计的计算复杂度。仿真结果表明,所提算法与经典压缩感知信道估计算法相比,计算复杂度降低了约33%,算法性能提升了约0.5 dB。     

分布式非负矩阵分解的认知无线网络感知能力研究

针对传统的认知无线网络的频谱感知能力差、频谱感知的检测率低、频谱检测误差大的问题,提出一种分布式非负矩阵分解的认知无线网络频谱感知能力研究方法。该方法采用基于感知性能的非负矩阵分解进行频谱数据降维,降低数据处理的复杂度,提高运算速度和频谱感知准确率。采用频谱能量检测模型,通过采集到的信号能量来确定共同决策是否存在空闲频谱。通过对频谱感知误差分析,减少出错率,提高分布式频谱的感知能力。实验结果表明,该算法能提高频谱检测的准确率,降低频谱感知的能量消耗,具有较好的实用性。     

基于空频滤波的并行单星约束波束形成算法

由于空域抗干扰算法形成零陷时会导致有用信号一定程度失真,提出了基于空频滤波的并行单星约束波束形成算法。针对宽带接收机的应用,在空频二维宽带处理器的模型下,将各阵元接收数据变换到频域;通过频域并行单星约束方程,保证信号带宽内每个频点上的信噪比,有效防止了传统算法对有用信号的衰减。最后,将每颗卫星信号逆变换到时域,便得到了干扰抑制之后的全部卫星信号。计算机仿真验证了理论分析的正确性和算法的稳健性。     

一种电磁耦合集成角度传感器的关键模块设计

设计了一种基于电磁耦合原理的集成角度传感器.该传感器由两块电路板与一片专用信号处理芯片组成,在电路板上实现了激励线圈、接收线圈和反馈线圈的设计,通过交变电磁场之间的电磁耦合完成角度信息的转换.传感器芯片设有增益编程模式、零度标定模式,可消除制作工艺与装配过程带来的误差,并实现零度标定;以CORDIC算法为核心设计了角度解码电路,经过误差补偿,大大减小了CORDIC算法在反正弦运算中的误差.经实验测试,数字电路组成的关键模块工作正确,其角度解码范围为0°～120°,误差小于0.05°,满足传感器0.5°的整体设计要求.     

高选择性便携式正交锁相放大器研制

针对商用锁相放大器或虚拟锁相放大器体积较大、 价格昂贵, 无法集成在便携式设备中的问题, 利用信号相干检测原理, 设计并研制了一种基于ARM7的便携式正交锁相放大器, 包括两路参考信号相互正交的相敏检波器。为验证各电路功能, 详细测量了各模块的输出信号波形。利用信号发生器模拟产生待测信号, 对两路相敏检波器的输入输出关系做了标定, 并重点对所研制锁相放大器的性能做了测试和表征, 包括量程、 均值误差、 选频特性和检测下限等。实验结果显示, 系统测量下限小于等于5 mV, 检测范围为5~3 000 mV, 均值误差绝对值小于等于10 mV, 满度测量误差小于等于1%, 待测信号允许带宽0~50 kHz, 3 dB频带宽度小于1 Hz, 达到了便携式仪器的测量要求。     

Evaluation of cable tension sensors of FAST reflector from the perspective of EMI

The active reflector of FAST(five-hundred-meter aperture spherical radio telescope) is supported by a ring beam and a cable-net structure,in which nodes are actively controlled to form series of real-time paraboloids.To ensure the security and stability of the supporting structure,tension must be monitored for some typical cables.Considering the stringent requirements in accuracy and longterm stability,magnetic flux sensor,vibrating wire strain gauge and fiber bragg grating strain gauge are screened for the cable tension monitoring of the supporting cable-net.Specifically,receivers of radio telescopes have strict restriction on electro magnetic interference(EMI) or radio frequency interference(RFI).These three types of sensors are evaluated from the view of EMI/RFI.Firstly,these fundamentals are theoretically analyzed.Secondly,typical sensor signals are collected in the time and analyzed in the frequency domain,which shows the characteristic in the frequency domain.Finally,typical sensors are tested in an anechoic chamber to get the EMI levels.Theoretical analysis shows that Fiber Bragg Grating strain gauge itself will not lead to EMI/RFI.According to GJB151 A,frequency domain analysis and test results show that for the vibrating wire strain gauge and magnetic flux sensor themselves,testable EMI/RFI levels are typically below the background noise of the anechoic chamber.FAST finally choses these three sensors as the monitoring sensors of its cable tension.The proposed study is also a reference to the monitoring equipment selection of other radio telescopes and large structures.     

干湿交替对砂岩断裂特性影响试验研究

周期性的水岩相互作用对岩石的物理力学性能有较大的影响,被认为是影响岩土工程安全稳定性的重要因素之一。以典型的均质青砂岩为试验对象,利用中心裂纹圆盘试件开展了砂岩I~II复合型断裂试验,研究了干湿交替作用对砂岩I~II复合型断裂特性的影响;通过观测干湿交替后砂岩微观结构的变化特征,探讨了干湿交替作用的劣化机理;并结合复合型断裂则对试验结果进行了有效评估。研究表明,砂岩的纯I型,纯II型以及I~II复合型断裂韧度均随着干湿交替次数的增加而逐渐减小;其劣化趋势基本一致,但劣化程度略有不同。当加载角较大或II型分量主导时,干湿交替作用对砂岩断裂韧度的劣化影响更为显著。考虑了T应力影响的广义最大周向应变准则和广义最大周向应力准则都能对试验结果进行很好的预测。在纯II型时,基于广义最大周向应变准则的理论预测值比基于广义最大周向应力准则的理论值更接近试验值。     

公交车安防数据的远程采集系统设计

为了全方位远程地采集公交车安防信息,确保其运行安全,采用无线射频模块和红外、烟雾及门磁传感器完成了系统硬、软件的设计.传感器采集到的数据通过串口传输给无线射频模块.烟雾传感器防止公交车火灾的发生,门磁和红外传感器防止盗窃.现场测试结果表明,该系统能够准确有效地处理和传递来自传感器的信号,已应用于公交车辆安防控制系统中.     

A wireless magnetic sensor for localizing in-vivo medical micro-devices

In order to measure the position and orientation of in-vivo medical micro-devices without the line-of-sight constraints, a wireless magnetic sensor is developed for an electromagnetic localization method. In the electromagnetic localization system, the wireless magnetic sensor is embedded in the micro-devices to measure alternating magnetic signals. The wireless magnetic sensor is composed of an induction coil, a signal processor, a radio frequency (RF) transmitter, a power manager and batteries. Based on the principle of electromagnetic induction, the induction coil converts the alternating magnetic signals into electrical signals. Via the RF transmitter, the useful data are wirelessly sent outside the body. According to the relation between the magnetic signals and the location, the position and orientation of the micro-devices can be calculated. The experiments demonstrate the feasibility of localizing in-vivo medical micro-devices with the wireless magnetic sensor. The novel localization system is accurate and robust.     

基于FFT的互感式电流信号检测装置的设计

为解决对电路中电流信号的实时监测及谐波分析问题,利用传感器技术设计出一套高精度基于FFT( Fast Fourier Transform) 的互感式电流信号检测装置。该装置可对环路电流信号进行非接触式测量,硬件电路包括互感式电流传感器和检波电路,软件部分以STM32 为主控制器,对信号进行傅立叶变换得到频率和幅度信息。这种以微处理器为核心的测量装置可以实现测量自动化和功能多样化,在工业领域具有一定的应用价值。经实验检测,该系统的频率分辨率可达到1 Hz,幅度分辨率可达到0． 5 mA,测量电流信号频率误差小于2% ,幅度误差小于5%。     

用于相含率测量的螺旋电磁传感器优化设计

通过激励线圈和检测线圈,电磁传感器可以对被测物内部的电磁特性进行测量.为此,提出了一种用于相含率测量的新型电磁传感器——螺旋电磁传感器,进一步采用场量提取法推算了180°和360°螺旋线圈的灵敏度矩阵,并基于灵敏度分析对这2种传感器结构进行了优化设计,得到了优化参数的选取范围和规律.改进的螺旋电磁传感器具有更均匀、更灵敏的特性.同时,硬件实验表明,螺旋电磁传感器检测的电学敏感指标能够很好地反映被测物场的相含率,通过传感器的互感相角相对变化率与相含率的相关曲线,可以验证螺旋电磁传感器在相含率测量中的可行性和准确性.     

基于微机电系统洛伦兹平台角速度估计

针对洛伦兹惯性稳定平台对高带宽和高精度角速率需求,提出了基于微机电系统(micro-electro-mechanical system,MEMS)组合传感器的最优速度估计算法.MEMS组合传感器由陀螺仪和加速度计组成,MEMS陀螺仪由于自身特性在速度估计中提供低频速度信息,而加速度计则提供高频信息.最优估计器通过将低频信号与高频信息融合,采用最优控制与估计算法进行速度解算与估计.实验表明,频率在20 Hz内,运动角度在±60°内,MEMS组合传感器速度拟合周期不超过5％,稳定拟合误差不超过7.5％,可以满足平台稳定偏转控制需求.最优状态估计器能在时域与频域上提供无差、高性能的角速度信号.     

基于脉冲漏磁检测原理的缺陷分类识别技术

脉冲漏磁检测是一种快速发展的无损检测方法,而相应的缺陷分类识别是缺陷检测与评估中的关键步骤之一.在介绍脉冲漏磁检测原理的基础上,设计了新型传感器,对不同类型缺陷的标准试件进行了测试;通过对缺陷瞬态差分信号的时、频域特性进行分析,提取了峰值、过零时间以及频谱中一特定频率点的幅值作为特征量对缺陷进行分类识别.实验结果表明该方法可对10 mm钢板表面以及下表面缺陷进行有效的分类识别.     

一种频域多路径电磁干扰对消方法

针对实际环境中背景干扰相关性差导致干扰对消误差较大的问题，提出一种频域多路径电磁干扰对消方法。利用变分模态分解(VMD)的分频特性将两通道信号分解为多个具有相同中心频率和分解带宽的模态信号，利用分解后的模态信号构造多路径干扰对消系统。然后利用反向传播(back propagation, BP)神经网络对每一路径上的信号进行非线性拟合并对消，从而获得真实的被测设备(EUT)辐射发射信号。结果表明，与真实EUT辐射发射信号相比，所提方法得到的EUT辐射发射信号功率误差低于1 dB且信号相关性高于96%;与变步长LMS算法、EMD-LMS算法相比，功率误差至少降低3.6 dB,信号相关性至少提高15%。所提方法对在开阔场中大型、可移动的EUT电磁辐射发射原位测试研究具有参考价值。