四项加权分数Fourier变换在通信系统中的应用研究

本文由四项加权分数Fourier变换的原始定义出发,通过对加权系数矩阵的研究,揭示了加权系数与被加权函数之间的关系,并给出加权系数的多参数表达形式.在此基础上,定义了离散序列的四项加权分数Fourier变换,使其适用于数字通信系统.根据四项加权分数Fourier变换的特性,提出一种基于该变换的调制/解调方法.该方法能够使调制后信号在时域及频域上实部与虚部的统计特性、相位特性发生明显的变化,这一变化可以通过变换参数的调整进行控制.将四项加权分数Fourier变换调整为多参数对信号进行处理,对比单参数处理方法,信号具有更好的抗截获特性.     

谱聚类的扰动分析

以矩阵的扰动理论为工具对谱聚类（spectral clustering）进行了分析，通过引入图的权矩阵并对权矩阵的谱和特征向量进行分析，得到了权矩阵的谱与聚类的类数、权矩阵特征值的大小与每一类所含点的个数、以及权矩阵的特征向量与聚类之间的关系．据此，设计了一个基于权矩阵的无监督谱聚类算法（unsupervised spectral clustering algorithm based on weightmatrix，简记为USCAWM），并在模拟点集和实际的数据集上进行了实验，实验结果肯定了理论分析的正确性．     

二次注入锁定低相噪光电振荡器及其稳定性控制电路的研制

首次提出采用二次注入锁定的方案来实现低相噪光电振荡器的设计,通过注入锁定长光纤环光电振荡器来实现单模、低相噪的振荡信号,并以之为二次注入源,注入锁定另一长光纤环光电振荡器,通过该方案进一步提高注入源稳定性,最终实现超低相噪的振荡信号.实验表明,通过一次注入锁定,X波段光电振荡器的相位噪声在10 kHz频偏由-121 dBc/Hz降低到-135 dBc/Hz,二次注入后下降到-146 dBc/Hz,目前国内无如此高指标报道,接近美国海军实验室报道指标.为推进光电振荡器走向实用阶段,基于锁相原理设计了一种新型的稳定性控制电路并进行了相关实验,验证了该电路的有效性.     

广义S变换的参数优化及在电能质量分析中的应用

针对广义S变换(generalized S-transform,GST)的参数优化困难问题,提出一种GST参数优化方法并应用到电能质量扰动分类与扰动参数检测中.对基频点对应的参数r独立设置突出时域扰动特征,便于其他频点的参数优化专注于频域扰动,使优化后的广义S变换(optimized generalized S-transform,OGST)能同时表征较高精度的时域扰动和频域扰动信息.提出确定r的优化指标,使r的求取具有自适应性和理论依据.基于OGST的时频矩阵,提出4种扰动特征,并设计决策树分类器进行分类识别.同时实现对扰动起止时间、扰动幅值、谐波成分等扰动参数的检测.仿真数据及实测数据分析表明OGST抗干扰能力强、识别精度和检测精度高.     

无线传感器网络中一种高效的距离差估计方法

RIPS系统通过测量干涉信号的相位提供了一种精度高、设备简单的无线传感器网络定位方法.但利用相位进行测距和定位的方法不可避免地存在相位模糊问题,RIPS系统采取的方式是在多个频率下对某一距离差进行相位测量,根据各相位测量值来搜索实际距离差.为了避免RIPS系统中这种繁复的搜索过程,文中提出了一种高效的距离差估计方法.该方法基于中国余数定理(CRT)通过闭式一次直接计算得出距离估计值,从而避免了搜索过程,极大地降低了节点运算能耗并且提高了定位系统的实时性.同时,为了克服传统CRT算法对噪声敏感的缺点,利用算法中加权系数具有的一些性质来减小噪声对估计结果的影响,提高了算法的鲁棒性.仿真结果表明该方法鲁棒性好,估计精度高,在无线传感器网络中具有良好的可行性.     

基于异步感应发电机的风电场中桨距角控制研究

为了研究基于异步感应发电机的风电场对电力系统稳定性的影响,建立了异步感应电机发电机小信号模型;并通过对异步感应电机状态方程的线性化,分析异步感应发电机对电力系统小干扰稳定性及阻尼特性的影响;提出了改进的桨距角控制系统;并将发电机转速偏差信号引入桨距角控制系统.通过对系统进行特征根分析和时域仿真来验证其有效性.结果表明,改进的桨距角控制环节能够改善系统阻尼、提高系统动态稳定性.     

一类新的窗函数——卷积窗及其应用

提出了用若干矩形窗的卷积运算构造出一类新的窗函数, 称其为卷积窗; 给出了第1至第8阶卷积窗的时、频域表达式; 研究了卷积窗在高精度谐波分析中的应用. 结果表明: 与具有相同时长的其他著名窗函数相比, 当采样同步误差较小时, 卷积窗具有最小的频谱泄漏效应, 因此特别适合于周期信号的高精度谐波分析和参量估计. 误差分析和数值结果均表明: 当使用p阶卷积窗对大约p个周期的采样信号加窗时, 各阶谐波的频率误差、振幅误差及相位误差均与相对频偏的p次方成正比.     

高速铁路无砟轨道不平顺谱

研究提出了我国高速铁路无砟轨道不平顺谱的计算方法、轨道不平顺谱拟合公式及轨道不平顺谱图.为提高轨道不平顺谱的计算精度,研究提出了基于线性插值和小波分析方法的轨道不平顺检测数据异常值和趋势向剔除算法.同时通过不同窗函数长度、不同窗函数和不同谱估计方法的轨道不平顺谱计算对比分析,确定了轨道不平顺谱的计算方法.利用高速综合检测列车检测数据计算确定了高速铁路无砟轨道不平顺谱及其拟合公式,并引入倍频能量表反映高速铁路无砟轨道周期结构的影响.由轨道不平顺谱拟合公式与倍频能量表共同构成的高速铁路无砟轨道不平顺谱,为高速铁路设计、评估和养护维修等提供了依据.     

基于奇异值分解的多小波图像去噪方法

给出了一种将多小波变换和奇异值分解相结合的图像去噪方法.该方法通过对含噪图像进行多小波变换,克服了单小波变换中无法同时满足正交性和对称性的缺点.对变换得到的高频系数矩阵进行奇异值分解去噪,提取高频系数中淹没在噪声中的信号成分,然后进行多小波重构,得到去噪图像.仿真结果表明,该方法能有效去除噪声,并获得良好的主观视觉效果.     

无监督学习驱动的高端轴承故障智能诊断算法

谱峭度是用于滚动轴承故障诊断的有效方法,然而它对工程中常见的偶发性冲击特征具有高度的敏感性,常导致特征提取结果失效.为解决该问题,针对多重偶发性冲击(sporadic impulses,SIs)干扰下的时间序列峭度计算提出了一种基于无监督学习的智能评估方法.首先,根据偶发性冲击在时域上能量高度集中的特性,在时域将原始信...     

相干光M-PSK系统的弹性DAML相位估计算法

相干光通信系统中判决辅助式最大似然(DAML)相位估计算法因其较高的计算效率引起了广泛的关注.然而,传统DAML相位估计算法假设激光器相位噪声在整个块长度区间内是恒定不变的,这引起了块长度效应.本文考虑了激光器相位噪声缓慢时变的特点,并提出了基于相干光M-PSK系统的弹性DAML相位估计算法来克服传统DAML相位估计算法中存在块长度效应的缺点.该算法在传统DAML算法的基础上引入了加权系数来更准确地进行载波相位恢复.同时,本文推导了该算法的相位估计误差,并用仿真验证了其有效性.仿真结果也表明:弹性DAML算法能消除传统DAML算法的块长度效应,并能放宽相干光M-PSK系统对激光器线宽的要求.     

调制信号的分形特征研究

基于分形理论从信号中提取盒维数和信息维数作为分类特征,这种特征包含了信号幅度、频率和相位的变化规律,集中了各种调制方式之间的差异信息,在分类的意义上是有效特征,同时,从理论上分析了它们对噪声干扰不敏感的特性. 基于这样的特征进行分类器设计非常简单,识别率较高,有较好的工程应用价值.     

基于监测信号特征的批量钻削工序质量研究

针对批量钻削工序质量的快速监测和分析问题,利用批量钻削加工过程主轴功率信号和声信号的时域统计特征和频域能量特征构造了批量工序钻削过程特征矩阵。应用K均值聚类技术从时域统计、频域能量和时频域综合特征三个角度依据钻孔本身的质量特征对钻孔进行分类,分析批量工序过程特征分布状况,间接反映批量钻削工序质量。对比人工质量检测结果,分析批量钻削过程监控信号时频域特征矩阵聚类纯净度,结果显示其工序质量分布状况检测准确率高达94.19%     

谐和与随机激励共同作用下振动能量采集系统的响应预测

非线性振动能量采集技术是近年来获得广泛发展且有效的微电子设备供能手段,而各类设备工作的实际环境较为复杂,亟需建立更加贴近其真实服役环境的模型,以便对俘能效率开展准确的预测与分析.周期激励与随机噪声联合激励模型能有效模拟振动能量采集器的真实服役环境,但当前研究常局限于单独的周期激励或随机激励情形.为此,本文利用径向基神经网络方法,分析谐和与高斯白噪声联合激励下振动能量采集系统的瞬态响应.首先,构造由高斯基函数与时变权值系数组成的FPK方程试解;随后,采用有限差分格式离散时间导数项,构造由FPK方程残差和权值系数约束条件组成的损失函数;最后,对损失函数进行最小化,获得最优权值系数矩阵,进而得到系统时变响应概率密度函数的近似解.以单稳态与双稳态系统为算例,验证该求解方案,考察了机电耦合系数及机电时间常数对系统瞬态响应和输出功率的影响,并通过与蒙特卡罗模拟对比验证了理论解析解的正确性.结果表明,系统在所设激励扰动下,其响应概率密度函数的拓扑结构随时间演化有较大改变;调整系统关键参数将会诱导其发生随机跳跃以及随机P-分岔,且关键参数的改变对俘能效率有显著影响.本工作结果对探究能量采集系统的随机动...     

一种新的fMRI数据处理方法: 邻域独立成分相关法及其初步应用

独立成分分析(ICA)是信号处理领域中新近发展起来的一种很有应用前景的方法, 而脑功能磁共振(fMRI)信号的有效分离与识别是一个正在研究和实验之中的技术领域, 因此, 发展基于ICA的fMRI数据处理方法具有明显的理论价值和应用前景. 首先分析了现行ICA-fMRI方法采用的信号与噪声的空域分布相互独立的信号模型所存在的明显不足, 然后提出了微域中的信号与噪声的时域过程相互独立的fMRI信号模型, 从而建立了一种新的fMRI数据处理方法: 邻域独立成分相关法. 从理论和仿真实验两个方面阐明了新方法的合理性, 最后给出了实际fMRI数据的例子.     

互耦条件下双基地MIMO雷达的收发角度估计

阵元互耦的存在会使双基地MIMO雷达多目标定位算法的性能恶化．利用发射和接收互耦矩阵的带状、对称Toeplitz性质,提出了一种基于ESPRIT的双基地MIMO雷达收发角度算法,并针对现有参数配对算法中存在参量兼并的问题,给出了一种改进的自动配对算法．仿真结果表明：在存有相同发射角／接收角时,本文算法仍能有效实现多目标定位,无需进行谱峰搜索和额外的目标配对;本文算法对互耦系数自由度和扰动误差的稳健性优于MUSIC-like算法,并且具有更高的估计精度．此外,还推导了确定信号模型下收发角和互耦系数的CRB（Cramer—Raobound）．     

激光混沌同步及其在光纤保密通信中的应用

通过耦合激光混沌同步系统和光纤传输信道, 提出光纤混沌保密通信设想; 建立了半导体激光器激光混沌反馈同步系统, 导出了同步误差和解码公式; 模拟实现了波长1.31 μm分布反馈半导体激光器的两个激光混沌系统的同步, 其同步误差几乎为零; 分析了系统参数失配、同步暂态响应、噪声影响; 提出了增加反馈系数提高同步和抗干扰的方法. 分析了光纤中的群速度色散效应和自相位调制对激光混沌信号及其同步的影响, 发现群速度色散不仅会影响脉冲的形态, 而且会影响激光混沌同步及其解码, 限制光纤混沌通信的传输距离; 而自相位调制却并不影响脉冲的形态, 但产生的非线性相移却会影响激光混沌同步及其解码, 限制光纤混沌通信系统的传输距离, 并由此导出了光纤混沌通信中的最大光功率公式; 数值模拟了远程光纤混沌保密通信的振幅调制和参数调制的应用方法.     

基于VLBI站接收的火星探测器信号研究行星际闪烁

利用VLBI单站对欧洲火星快车探测器(MEX)的太阳掩星过程进行观测,记录了太阳偏距(太阳中心到信号传播路径的垂直距离)在11 R⊙~160 R⊙范围内的MEX发射的X波段主载波信号,并通过VLBI宽带记录终端,提取了太阳风湍动导致的相位闪烁信息及相位闪烁功率谱,通过谱分析,测量了太阳风空间折射谱指数、折射结构常数与相位闪烁指数,探讨了利用相位闪烁指数反演沿视线方向的总电子含量(TEC)的可行性,分析表明,近太阳区域的相位闪烁显著强于远太阳区域;在3 mHz~0.3 Hz范围内,相位闪烁功率谱呈幂律分布,太阳风空间折射谱指数为-3.3±0.25,与Kolmogorov理论一致,且谱指数与太阳偏距无相关;表明在11 R⊙~160R⊙范围内,Kolmogorov理论可用于解释太阳风湍动及结构,太阳风折射结构常数与R近似满足~R~(-1.98±0.27)的关系,表明近太阳区域湍动强于远太阳区,利用相位闪烁指数获得的TEC与太阳活跃与平静期间模型计算值的变化趋势一致,试验表明,基于VLBI测站的多普勒测量及行星际闪烁研究可用于我国未来火星探测器的太阳掩星观测.     

一种菱形结构的二维耦合振荡器阵列及其在有源天线阵中的应用

传统的二维互注入锁相耦合振荡器阵列采用矩形栅格结构，可以实现无移相器的波束形成和扫描．矩形结构阵列相邻阵元相位差限制在[-90°，90°]内，当阵元间距为半波长时，其水平和俯仰波束扫描范围限制在偏离法线方向30°以内，论文提出了一种菱形结构的二维耦合振荡器阵列，给出了其相位控制方法，并对相位控制误差进行了分析，在对菱形结构的耦合振荡器阵列的稳定性进行分析后，给出了稳定条件，对阵列的稳定过程和相位控制方法进行了计算机仿真，对理论分析结果进行了验证．该菱形结构耦合振荡器阵列，在水平和俯仰方向上相邻阵元的相位差可达[-180°，180°]，具有比矩形栅格结构更宽的波束扫描范围。     

利用Raman光谱测定硅(100)晶面单轴应变的应变系数

建立了表征晶体硅应变量的晶格振动模型,首次计算获得(100)晶面单轴应变硅应变系数b为-336.6cm-1;通过建立的利用Raman光谱测量晶体硅单轴应变量的实验装置,首次获得装置中螺钉旋进量与应变硅应变量的关系;利用波长648nm的Raman激光谱测量了螺钉旋进量为1.5mm时,Raman频移为0.47cm-1,获得(100)晶面单轴应变硅应变系数b为-335.7cm-1.结果与晶格振动模型基本吻合,说明建立的利用Raman光谱频移法表征晶体硅应变量方法的有效性.