转轴扭转变形动态测量噪声消除方法研究

转轴的扭转变形信号中包含了大量与转轴运行状态相关的信息,但往往被噪声所淹没,合理的去噪处理能够得到更有效的信号成分,有助于对转轴的工作状态做出正确的判断。相比于传统滤波方法,基于EMD的去噪方法有较强的自适应性,更适合动态信号的处理。从转轴相互正交的两个方向采集的相位差信号,依据两路信号EMD分解后各阶本征模态函数的相关性去除噪声并恢复出有效信号。仿真验证了该方法的有效性,并将其运用到实际转轴扭转变形信号的处理中,得到了更为准确的扭转变形信息。     

数字科氏质量流量计闭环系统及信号解算

在科氏质量流量计测量系统设计中,提出一种数字式信号处理、解算的全新设计思路.采用高速并行模拟数字转换电路(A/D)将传感器输出的信号完整采样,借助数字信号处理芯片(DSP, Digital Signal Processor)强大运算能力对信号进行深入的分析与处理;利用信号处理方法对信号进行实时滤波处理并精确计算两路信号的相位差,进而解算出流体的质量流量和密度,辅以单片机和现场可编程器件(FPGA, Field Programmable Gate Array)实现系统的控制、显示与通讯;提出谐振电路的数字式闭环设计新思想,利用数字电路及其信号处理方法实现传统的闭环增益控制(AGC, Auto Gain Control).实验结果表明:该系统有效提高了测量系统的零点稳定性和测量精度.     

一种基于多重互相关的相位差测量新方法

本文研究了一种新的相位差测量原理,利用正弦信号的特性,直接对两路同频的正弦信号进行互相关运算,得到两路信号的互相关函数,同时保存两路信号的相位差信息,并多次对两路互相关函数进行互相关运算得到多重互相关函数,再利用相关原理对两路信号的多重互相关函数进行求解相位差信息。同时讨论了AD量化位数,信噪比,采样点数,谐波含量对本文算法的影响,实验结果表明本文算法能有效的提取两路同频正弦信号的相位差信息,算法简单,物理意义明确,具有一定的应用价值。特别适合与低信噪比或负信噪比下高精度的测量,并有很高的测量精度。     

一种基于时间梳技术的高频正弦信号相位差测量方法

本文研究了一种基于时间梳原理的高频正弦信号相位差测量方法,给出了时间梳原理的数学模型,并详细分析了其特点,并将此原理首次应用于高频信号的数据采集中,可以用低频和被测信号构建一种高频等效采样技术,可以在不满足乃奎斯特采样定理下,对被测两路正弦信号进行同步采样,避免了高频信号采样的高采样率,结合多重互相关技术,实现了对高频正弦信号的相位差的高精度测量,实验结果表明本文算法对高频信号对高频正弦信号的相位差测量具有很高的测量精度,尤其在低信噪比下也有较高的测量精度,具有较高的工程实用价值。     

一种基于探测器下行信号融合处理的无线电干涉测量方法

针对深空探测器常用下行信号体制,结合无线电干涉测量特点,提出了一种基于探测器DOR信标信号和数传信号融合处理的干涉测量方法。该方法首先通过相关处理得到DOR信号和数传信号的差分相位,利用DOR信号进行带宽综合得到时延估计,并构建时延模型;然后,利用时延模型得到DOR信号与数传信号在数传载波处的相位差,并以此对数传信号差分相位进行补偿;最后,利用DOR信号差分相位和补偿后的数传信号差分相位进行带宽综合,实现高精度干涉测量。深空探测网数据处理结果表明融合处理后时延估计随机误差明显降低;但受介质时延误差影响,融合处理对系统时延精度的改善幅度有所减小。该方法仅通过改进干涉测量数据处理方法即实现了时延估计随机误差的改善,不仅提高了信号使用效率,而且增强了航天测控系统的鲁棒性,在应急测控背景下具有特殊意义。     

用于光纤F-P声压传感器的直流补偿解调技术研究

提出了一种改进的双腔直流补偿技术，用于解调非本征法布里-珀罗干涉(EFPI)光纤传感器，以消除腔长差与入射光波长相匹配的要求。通过消除直流分量和校准信号相位，可以从具有任意相位差的原始信号中获 得两路正交信号。通过理论仿真，制作了具有不同腔长差的EFPI光纤传感器，对所提出的方法进行了试验验证。 结果表明，该方法在解调双 F P腔 EFPI传感器时，不需要保证初始相位差恒定，且对腔长漂移不敏感，具有良好的 稳定性和实用价值。     

一种基于多重相关法的相位差测量方法

研究了一种新的测量正弦信号相位差的方法,就是利用正弦信号的特殊性质,通过多次信号的自相关和互相关运算,能够检测信噪比很低的两路正弦信号之间的相位差,分别讨论了信号的信噪比,取样点数,A/ D的量化位数对测量结果的影响,并给出了具体的仿真结果。实验表明这种方法能有效的提取出被噪音严重污染的信号的相位差,而且算法简单,物理意义明确,精度却可以满足工程的要求。     

一种基于多重相敏解调算法的相位差测量新方法

研究了一种新的测量正弦信号相位差的方法,就是利用正弦信号的特殊性质,通过多次信号相敏解调运算,能够检测信噪比很低的两路正弦信号之间的相位差,分别讨论了信号的信噪比、取样点数、A/D的量化位数对测量结果的影响,并给出了具体的仿真结果。在低信噪比情况下与传统的互相关法进行比较,并给出实验数据,结果表明这种方法能有效地提取出被噪声严重污染的信号的相位差,而且算法简单,物理意义明确,精度可以满足工程的要求,具有检测能力强的优点,特别适合极低信噪比甚至负信噪比情况下的相位差的高精度测量。     

数字化干涉仪测角技术

数字化干涉仪测角采用的是高精度数字鉴相技术，该技术与传统的模拟鉴相技术相比可以大幅度提高鉴相精度，从而满足高精度干涉仪测角的要求。基于数字干涉仪鉴相算法，通过两路正交本振信号分别与两路待测相信号相乘，使用CIC 滤波器除乘积中的高频信号，最后通过CORDIC 算法计算出相位差。经过干涉仪测角模拟器上测试结果表明，其数字鉴相误差小于0.2°。     

基于DDMR辅助的GNSS-R载波相位差测高方法

提出了一种基于时延-多普勒映射接收机（DDMR,Delay-Doppler Map Receiver）辅助的载波相位差提取方法,给出了系统结构及信号处理方法.该方法将DDMR中所观测到的码相位差作为直射信号与反射信号的码相位延时量,将完成跟踪的直射信号扩频码进行对应的延时用于完成对反射信号的开环码跟踪.该方法省去了码相位延时搜索的过程,且可以准确地对反射信号扩频码进行同步.为了验证系统的可行性及实际性能,进行了针对水面高度测量的岸基试验并给出了试验结果.岸基试验证明采用该方法的GNSS-R（Global Navigation Satellite System Reflection）接收机可以稳定地对反射信号进行跟踪并提取直射与反射信号的载波相位差,测高精度约为2.5 cm,经过0.5 s的数据平均后精度可达0.6 cm.      

GALILEO接收机中BOC(1,1)信号的捕获

BOC(1,1)(Binary-Offset-Carrier)信号相关函数中的零值会使接收机判定没有捕获到信号.为了完全捕获到BOC(1,1)信号,从副载波相位和码相位角度出发,提出了一种3路并行捕获方法.通过数字仿真得到了BOC(1,1)和扩频码的相关函数图,比较了二者相关函数的峰值.推导了BOC(1,1)相关函数的解析式,给出了相关函数中的零点位置和峰值位置,比较了BOC(1,1)和扩频码的相关函数数值及捕获.3路本地BOC信号以其中一路相位为基准,另外2路相位分别超前、滞后该路.给出了3路本地信号的生成方法及捕获的结构框图.仿真结果表明,捕获码相位差在半个码片内时,BOC(1,1)信号的捕获率从33.3%提高到100％,码相位捕获范围从1/6码片增大到1/2码片.该方法可为跟踪环路提供相位信息,适用于BOC(n,n)信号的捕获.      

磁悬浮反作用飞轮无刷直流电机转矩脉动抑制策略

无磁链反馈直接转矩控制（DTC）因转矩响应速度快,为小电感磁悬浮反作用飞轮（MSRF）无刷直流电机（BLDCM）的转矩脉动抑制提供了可能,但其bang-bang控制器使电机转矩脉动较大。为解决此问题,对影响转矩脉动的换相和非导通相续流过程进行了数学建模,并得出电机转矩与绕组电流的关系,提出一种基于转矩预测的转矩控制方法,能够有效减小转矩脉动,并证明了所提策略的稳定性和鲁棒性。在采用滑模观测器（SMO）进行反电动势估计时,提出一种新的带有参数的光滑连续函数替换符号函数,有效地抑制了滑模观测器的抖振现象。仿真和实验结果表明,所提出的基于改进滑模观测器和转矩预测的改进转矩控制方法相对于传统直接转矩控制能够更好地抑制转矩脉动,而且转矩响应速度基本不变。      

带有两个飞轮的欠驱动航天器姿态稳定控制研究

在系统总角动量不为零的前提下,仅带两个飞轮的航天器无法实现本体系相对于惯性系三轴姿态角为零的稳定控制,而已实现的角速度稳定控制和自旋稳定控制也无法满足姿态控制任务的多样化需求。于是在系统总角动量不为零时,首次提出存在最大程度姿态稳定形式为航天器本体三轴角速度稳定,同时固连于航天器的某一特定视线轴指向任意给定惯性方向。利用一种新的姿态描述形式推导出了角速度为零时航天器的目标姿态,然后基于线性化后的系统设计了线性二次型最优控制器。数值仿真表明利用此控制器能实现所提出的姿态稳定形式,这对于无须实现本体系相对惯性系三轴姿态角为零,而只需对固连于本体的天线或相机进行惯性空间定向控制的航天器将完全满足其姿态控制要求,同时也能提高欠驱动航天器的可靠性。     

航天机电作动器中双三相永磁同步电机优化设计

谐波可以应用于多相电机的相电流和反电势中,以提高其输出转矩的能力,但这种增加只适用于谐波阶数低于七阶的情况。与五次谐波和七次谐波注入相比,三次谐波注入可以有效提高双三相永磁电机的输出转矩,且不会产生转矩脉动。本文对双三相电机相电流和反电势注入三次谐波提升输出转矩进行了理论分析。同时对驱动系统进行改进,将每套绕组的两个孤立中性点分别连接到电容器的不同中点上,为三次谐波电流提供流通路径,使两套绕组之间的电流达到平衡。并且提出了一种新的永磁体塑形方法,综合考虑定子齿槽效应、铁芯饱和以及齿尖、极间漏磁,并得到了最优的类正弦反电势。类正弦电流与类正弦反电势相互作用,电机的输出转矩提升了18.2%,且转矩脉动没有增加。最后通过有限元分析和样机实验验证了理论分析的正确性。     

电离层虚高的高精度测量与分析

为了提高电离层虚高测量精度,介绍了利用电离层回波相位实现高精度虚高测量的方法,并以CADI(Canadian Advanced Digital Ionosonde)电离层数字测高仪为研究平台,进行组合脉冲控制和回波相位测量分析,开展了一系列虚高测量实验,并与传统的利用回波时间延迟的虚高测量方法进行了分析比较.实验结果表明,基于回波相位的测量分析方法与回波时延测量分析方法相比,其虚高测量精度高一个量级以上,这对精确反演电离层峰下电子浓度剖面及研究电离层精细结构具有重要意义.      

GNSS-R open-loop difference phase altimetry: Results from a bridge experiment

The paper explores a method to obtain accurate lake surface heights using measurements of the Global Navigation Satellite System (GNSS) carrier phase reflected from the lake surface. The method is referred to as Global Navigation Satellite System-Reflection (GNSS-R) open-loop difference phase altimetry method. It consists of two key technologies: one is the open-loop tracking method to track the GNSS-R signals, where the direct GNSS signal’s frequency is used as a reference frequency to obtain the carrier phases of the GNSS-R signals; the other key technology is time difference phase altimetry method to invert the lake surface heights using two or more carrier phases of GNSS-R signals received simultaneously. A validation experiment is carried out on the SANYING bridge over GUANTING lake using a GNSS-R receiver developed by the Center for Space Science and Applied Research (CSSAR), processing the data with GNSS-R open-loop difference phase altimetry method. The lake surface height results are consistent with the height results of GPS dual-frequency differential positioning altimetry. The results show that we can achieve centimeter level height in one minute average, by using 11 minutes carrier phase data of three GNSS-R signals received simultaneously.     

光栅莫尔条纹信号细分方法设计与Simulink仿真CSCD

根据计量光栅莫尔条纹信号高精度细分的要求,提出了一种基于ADC幅值采样和相位解算的光栅细分方法,并利用Simulink搭建仿真模型,使两路正余弦信号通过正余切变换、幅值采样、固定相位步长细分等处理后输出为两路正交编码信号。仿真实验表明,该细分方法在输入理想信号情况下细分倍数主要与ADC采样精度有关,提高ADC采样位数可有效提高最大细分倍数。通过在两路时变sin/cos信号中添加幅值不等、相位不正交以及高次谐波分量等干扰噪声的仿真实验,验证了该方法的细分精度与信号质量有关。