基于改进半阈值算法的电容层析成像滑油监测方法研究

针对航空滑油检测过程中电容层析成像（Electrical Capacitance Tomography,ECT）存在的病态性和欠定性问题,将稀疏正则化中基于L1/2正则化的半阈值迭代算法应用到ECT图像重建,加入L2范数的惩罚项,构造新的泛函模型,并在迭代过程中设计一种新的约束项以优化解向量。仿真实验采用Comsol5.3搭建系统模型,Matlab2014a处理采集数据。实验结果表明,与Landweber迭代算法相比,改进算法成像误差降低37.33%,相关系数提升33.67%;与半阈值迭代算法相比,改进算法成像误差和相关系数分别降低12.31%和提升11.86%,图像误差降低至0.24、相关系数提升至0.92,且成像时间依然保持在0.06s。实际滑油监测的实验系统采用现场可编程门阵列（Field Programmable Gate Array,FPGA）直接数字频率生成模块生成数字量的正弦激励信号,通过D/A转化为正负交流信号对测量电极进行激励。实验结果表明,基于ECT系统的改进半阈值迭代算法可以满足航空发动机滑油监测的实时性和准确性的要求。     

基于Walsh基和二值离散余弦基单像素成像的对比分析

为提升单像素成像的测量效率,对Walsh基和二值离散余弦基单像素成像进行了对比研究。针对Walsh变换和抖动二值化后的离散余弦变换,提出了一种借鉴机器学习的排序方法,即通过分别统计80000幅图像的Walsh测量基和离散余弦测量基各自相应测量权重绝对值,按权重由大到小排序得到了两种具有先验知识的测量基优化排序。按两种测量基优化排序,研究了在相同压缩采样下的单像素成像。利用随机选取的500幅图像,定量分析了成像的峰值信噪比和结构相似度。研究发现,两类测量基在压缩采样为5%时,500幅图像平均峰值信噪比可达20dB,平均结构相似度达0.5以上;在采样率1%~10%的区间,二值化的离散余弦基重建结果占优;在采样率10%~20%的区间,两种测量基效果相当;在采样率大于20%时,Walsh基占优。该结论为单像素成像技术实现快速、高信噪比成像提供了一种方法,对推进单像素成像测量基的选取具有较好的参考价值。     

高可靠小条件数压缩感知叶尖定时信号辨识

为增强基于任意角度压缩感知(CS)叶尖定时信号(BTT)重构的稳定性,采用小生境微种群遗传算法提出了基于小条件数的高稳定性传感器安装布置方法。研究发现:任意角度CS的恢复矩阵条件数越小,不同信噪比下同步和非同步振动信号重构误差越趋于稳定在较低范围,优化后发现条件数为1的排布方案下,相邻传感器角度间隔趋向于均布2m取K的形式。利用条件数为1的矩阵冗余特性,设计了高可靠性的传感器排布方案,数值试验和有限元仿真验证表明叶尖定时系统在失效一个传感器的情况下仍可稳定得到准确的重构结果。在信噪比为5 dB时,冗余排布相比参考排布的主倍频幅值重构误差降低4.4%以上,验证了采用最小条件数排布的任意角度CS信号辨识方法在噪声及传感器失效情况下仍可保证BTT测量结果的有效性和可靠性。      

基于AD7746的同面电极电容检测系统设计

同面多电极技术是一种新型的飞机复合材料构件异常检测技术,而实现同面电极电容的精确、稳定的测量是实现该技术的关键问题之一。本文以FPGA为核心,采用ADI公司推出24位高精度电容数字转换器AD7746,设计了同面电极电容检测系统,并给出系统的软硬件设计。实验结果表明：系统能够稳定测量出微小电容,可检测到复合材料实验样板0.2 mm厚度变化和8.6 mm检测深度。     

基于自适应分段混合系统的轴承故障诊断

针对强噪声背景下轴承早期故障的诊断问题,提出一种基于自适应分段混合随机共振（adaptive piecewise hybrid stochastic resonance,APHSR）系统的检测方法。采用经验模态分解法（EMD）进行信号预处理,分别采用能量密度法和相关系数法去除高、低频噪声,自动筛选最优固有模态函数,经尺度变换后输入分段混合随机共振系统模型,提取故障信号。工程实验显示:经过APHSR系统,轴承故障特征频率的频谱幅值、频谱幅值与周围最大噪声之差和最大信噪比（SNR）均高于经验模态分解和经典随机共振方法,其中齿轮箱故障轴承信噪比分别提高了9.579 dB和7.473 dB,转子故障轴承信噪比分别提升了8.597 dB和5.695 dB,对凯斯西储大学故障轴承数据处理后的信噪比分别提升了3.369 dB和17.043 dB。数据表明APHSR方法具有高效性,提高了轴承故障信号诊断能力。      

基于ANSYS的同面多电极电容传感器仿真研究

同面多电极电容传感器是一种新的飞机复合材料构件损伤检测技术,该检测技术的正问题中敏感场分布函数的计算要涉及到静电场中电容计算问题。在仿真研究中,电容要通过场的数值计算方法来求得。本文介绍了如何使用ANSYS有限元分析计算同面多电极电容传感器中的各电极对之间的电容,对检测材料发生异常及传感器参数改变时电容的变化进行了分析,为损伤检测的特征提取和逆问题图像重构提供了仿真数据。     

基于任意传感器排布的叶尖定时信号压缩感知辨识方法

基于叶片振动和叶尖计时系统的特点,推导了任意传感器角度分布下叶片振动响应的分布规律,并基于叶尖定时信号频域的稀疏性,探究了压缩感知方法在叶尖定时信号的重构和倍频辨识上的应用。通过同步信号和非同步信号的大量数值实验,分析了包括信号重构误差、传感器数量、旋转周期数、频率分辨率和信噪比等因素对辨识效果的影响,提出了压缩感知重构叶尖定时信号的基本方法和步骤。进一步将压缩感知方法应用于某型号涡扇发动机钛合金宽弦风扇叶片有限元仿真获得的振动响应数据重构,验证了该方法的有效性。结果表明:在加入了叶尖测点位置误差和30 dB随机噪声的前提下,在80%、90%和100%三种转速工况下均清晰辨识出幅值较大的激励倍频。基于任意传感器角度分布的压缩感知方法对叶尖定时信号辨识效果较好。     

多自由度非高斯随机振动控制

在振动试验台上进行多自由度(MDOF)随机振动激励时,传统的控制方法生成的驱动信号及试验台的响应信号都是高斯信号。但真实的振动干扰信号多是超高斯的;而相比于高斯激励,亚高斯激励可降低驱动信号的最大幅值。为实现多自由度亚高斯和超高斯振动控制,提出一种多自由度非高斯随机振动控制方法,该方法采用系统辨识解决系统耦合问题,而后通过选择特殊的相位生成非高斯伪随机驱动信号,再经过时域随机化得到真随机非高斯驱动信号。基于Hexapod平台的多自由度微振动试验台的亚高斯和超高斯实验表明,在试验台的响应功率谱(PSD)满足工程中常用的±3dB精度的同时,亚高斯驱动信号的最大幅值相比于高斯驱动信号的最大幅值降低了20%以上;超高斯响应信号的峭度与参考峭度的误差在0.2之内。实验结果验证了所提方法的有效性。     

一种改进的直方图概率多假设多目标跟踪方法

直方图概率多假设跟踪（H-PMHT）方法及其变形泊松分布直方图概率多假设跟踪（P-HPMHT）方法的一个主要缺点是其量测模型仅考虑了背景杂波而没有考虑传感器噪声,从而导致在低信噪比条件下检测概率较低。针对这一问题,提出了一种带传感器噪声模型的H-PMHT方法,通过将传感器噪声引入量测模型,从而明显提高了对低信噪比目标的跟踪检测能力。该方法的计算量与目标数保持线性关系,仍然适用于目标数目较多的情况。仿真实验表明：该方法在误跟踪比率为1‰,信噪比为6 dB时,检测比率可提升近20%,信噪比为3 dB时,可提升近10%。     

面向建筑空间的OFDM信号定位性能分析

针对利用OFDM信号进行定位时信号非连续性问题,提出一种粗检测和精细检测结合的测距方法,将距离测量转换为不同尺度的时延样点,采用时域粗检测快速估算接收OFDM信号的最大相关峰值,然后对传输时延进行频域精细测量,提升了小数倍采样周期时延测量的精度。在此基础上,分析了OFDM信号的定位性能,仿真结果表明,当OFDM信号在信噪比-11dB的情况下测距误差由3m左右(子载波数512)降至1m(子载波数4096)。     

变介电常数电容传感器的原理及应用

变介电常数电容传感器是飞机燃油测量系统的重要部件,用于感受飞机燃油箱的燃油量。根据电容器两极板间的电介质变化,引起传感器电容量变化,电容信号经过C-V变换电路转换为直流电压信号,数字化后输入微处理器计算后,送飞机终端显示系统显示油量信息。介绍了变介电常数电容传感器的原理和应用。     

基于Ansoft的同面电容传感器的研究与仿真

阐述了利用同面电容传感器对复合材料进行无损检测的原理,运用AnsoftMaxwell有限元分析软件对不同极板间距和屏蔽电极形式的传感器进行仿真计算,比较分析了不同极板间距的传感器产生的电场强度变化趋势,研究了不同屏蔽电极对传感器检测特性的影响。仿真结果表明：传感器极板间距越大,检测深度越大,检测特性越好;在3种屏蔽电极中,环形屏蔽电极的检测特性最好。     

面向声源定位的改进广义互相关时延估计方法

面向以数字微机电系统(MEMS)麦克风作为声传感器的声源定位阵列,完成了前端麦克风阵列的电路设计和以现场可编程逻辑门阵列(FPGA)为核心的数据采集系统的开发,并对麦克风输出的脉冲密度调制信号进行了降采样处理.针对传统的广义互相关算法在低信噪比下时延估计误差较大的问题,提出了一种改进PHAT加权函数的方法.在同等条件下对基于不同加权函数的广义互相关算法进行了MATLAB仿真验证,实验结果表明,在低信噪比条件下该方法相较于传统的广义互相关算法,时延估计误差更小且抗噪性能更强.     

Computer Optimization of FM/FM Telemetry Systems

In this correspondence, the threshold carrier power of FM/FM systems and the receiver IF bandwidth are optimized through a computer program. For a typical set of IRIG (inter-range instrumentation group) channels, it is demonstrated that the required carrier signal-to-noise ratio can be as low as 5 dB (much less than the conventional 12 dB value) in order to maintain the subcarrier signal-to-noise ratio at 12 dB, the threshold level. comparison of the optimized and the conventional taper analysis is tabulated.     

测量围护结构含水率的同面散射场式电容传感器设计

目前常用的测量含水率的方法有微波法、红外线法和电容法.由于基于电容法的传感器具有分辨力高、响应速度快、体积小、结构简单等优点,被广泛应用.针对围护结构含水率测试深度的要求和测试特点,本文通过仿真和实验,对同面电容传感器探头的结构尺寸进行了优化设计,并采取了保护电极以提高其抗干扰能力;运用改进的充放电电容检测电路,设计出一种测量围护结构含水率的新型同面散射场式电容传感器,该传感器具有宽范围的测试深度和较高的测试灵敏度.     

基于改进补零/差分的北斗弱信号捕获算法

北斗信号二次编码调制了速率为1kbps的NH码,频繁的比特跳变导致传统捕获算法的效果受到抑制,并且限制了积分时间的增长。为了实现北斗弱信号的捕获,提出了一种适合北斗弱信号的捕获算法,将补零算法和差分相干积分算法相结合并进行了优化设计。对补零算法和差分相干积分算法进行了改进,将差分延迟时间调整为20ms,有效消除了NH码的影响,并增加了积分时间,提高了信噪比。采用Monte Carlo仿真测试了在载噪比为20dBHz~38dBHz的条件下,此算法与传统算法的检测性能。结果表明,相比传统算法,此算法的捕获灵敏度提高了约10dB。此算法能够有效消除北斗NH码相位变化对信号捕获的影响,并提高信噪比,适用于弱信号条件下的北斗信号捕获。     

Some Matched Filter Configurations for Infrared Systems

An analysis of the output of three alternative matched filter configurations in an infrared scanning system model is presented. The sensor is corrupted by thermal noise, generation-recombination noise, photon noise, and modulation noise, the latter providing an extreme discoloration in the signal passband. Expressions for the signal voltage density spectrum, signal pulse shape, noise power spectrum, and average noise power at the matched filter output are derived where the integral evaluations attendant to these derivations do not appear elsewhere in the literature. The paper also provides graphical displays of the signal-to-noise power ratio at the filter output versus various system parameters, noise power spectrum out of the matched filter versus ?, and the signal pulse shape out of the filter versus time. Also included are discussions of practically realizable approximations to the matched filters and curve fitting techniques for the signal pulse shape function.