实现分数阶傅里叶变换的光学系统及其应用

在综合了国内外有关文献的基础上,简述了分数阶傅里叶变换的发展过程。利用光学传输矩阵分析了分数阶傅里叶变换的3个基本的光学实现系统。对分数阶傅里叶变换的应用现状进行了归纳总结,同时就其发展方向做出了展望。     

基于短时分数阶傅里叶变换的 含噪信号特征提取

通过对比噪声背景下短时傅里叶变换和短时分数阶傅里叶变换的时频分辨能力,进一步明确了短时分数阶傅里叶变换对频率时变信号的独特优势。研究了短时分数阶傅里叶变换的窗口滑动方式对瞬时频率估计的影响,可以发现:首先,在调频率较大或是变化剧烈时,短时分数阶傅里叶变换具有更好的鲁棒性;其次,在基于短时分数阶傅里叶变换的瞬时频率估计,实际应用中应主要采用以第一采样时刻作为估计值的逐点滑动方式。     

非合作无源探测中的参考信号提纯新方法

非合作无源探测系统通过直达波提纯来获取参考信号,参考信号的纯净程度对系统探测性能具有重要影响.针对非合作无源探测中的参考信号提纯问题,提出了一种基于稀疏特性的参考信号提纯新方法.首先将参考通道接收的混合信号变换到对时延敏感的分数阶傅里叶变换域上,并对直达波信号和多径干扰信号在分数阶傅里叶变换域上的稀疏特性进行了分析;然...     

一种多分量chirp信号阵列检测新方法

提出了一种多分量chirp信号检测与参数估计的新方法。该方法利用天线阵列的空间特性,通过阵列平均在分数阶傅里叶域中引入加权函数来降低噪声、抑制不同源信号之间的相互干扰。和单阵元方法相比,文中方法大大提高了多分量chirp信号检测和参数估计的性能,仿真结果证明了方法的有效性。     

FRFT域能量谱模拟电路故障特征提取方法

故障特征提取是模拟电路故障诊断的关键技术之一,为了提高故障特征的可诊性,提出 1种基于分数阶傅里摘叶变换(Fractional Fourier Transform,FRFT)域能量谱的模拟电路故障特征提取方法。首先,采集测试节点电压信号并将其映射到不同的 FRFT域空间中(p从 0变化到 1);然后,计算所有 FRFT域空间中的能量谱峰值并将其作为故障特征;最后,将归一化后的特征用于训练最近邻分类器进行诊断验证。与现有的 FRFT故障特征提取方法相比,该方法减少了计算量,且提取的特征能够在所有 FRFT域中更全面地反映不同故障响应信号的细微差异,有利于提高故障特征的可分性。在仿真和物理电路上进行了验证,实验结果表明:所提方法能提高故障诊断准确率,且时间复杂度有明显改善。     

一种高动态低信噪比卫星导航信号捕获方法

为提升高动态低信噪比环境下卫星导航信号的捕获性能,提出了一种基于分数阶傅里叶变换(FrFT)及部分匹配滤波(PMF)的捕获方法。在该方法中,接收机首先利用PMF对接收信号做分段相干积分,随后借助快速傅里叶变换(FFT)对分段积分结果做离散快速FrFT,最后通过检测FrFT输出的峰值完成信号的捕获。由于具有多普勒频率变化率的卫星导航信号在FrFT后呈现能量聚焦特性,所提方法能够显著提高信号的长时间相干积分增益。同时对所提算法的捕获概率、平均捕获时间以及算法复杂度等性能指标进行了理论分析及计算机仿真验证。仿真表明,与传统的PMF-FFT方法相比,所提方法能够通过延长相干积分时间的方式有效提升高动态低信噪比卫星导航信号的捕获概率、降低捕获时间。     

基于分数阶傅里叶变换的GNSS接收机抗线性调频干扰技术研究

研究了分数阶傅里叶变换(Fractional Fourier Transform,FRFT)抗线性调频(Linear Frequency Modulation,LFM)干扰技术,提出了一种基于FRFT域幅度一阶矩的逐精度求取最佳变换阶次的方法,并针对连续LFM干扰提出了一种求取最佳变换阶次的策略。同时针对全球导航卫星系统(Global Navigation Satellite System,GNSS)中的LFM干扰,对信号的预处理、阈值的自适应选取做了研究与分析,给出了相应的处理方法。仿真结果表明,该方法能够减少抗连续LFM干扰时求取最佳变换阶次的计算量,而且可以有效抑制GNSS接收机中的LFM干扰。     

Chirp脉冲的分数阶傅里叶域测距

为了扩展利用Chirp脉冲测距的灵活性和适用性,基于分数阶傅里叶变换特点,提出了一种运算量更小且更具扩展性的Chirp脉冲测距新方法,并导出了其离散距离估计子的解析表达式。分析了该距离估计子的离散精度和多目标分辨力,考察了多普勒频移所引起的测距误差,并对比了本文方法与脉冲压缩方法的主要性能参数。研究结果表明:本文方法在大时宽带宽积条件下具有与脉冲压缩方法相比拟的性能,且运算量约减少一半。最后,仿真验证了理论推导的正确性。     

基于FRFT和相位差分算法的信号特征提取

基于分数阶傅里叶变换(Fractional Fourier Transform,FRFT)算法的信号识别方法已广泛应用于雷达信号处理领域,相位差分算法对于检测相位编码信号尤为高效。基于 FRFT和相位差分法的信号检测算法已被提出,但在较低的信噪比下该算法并不能准确识别 LFM、LFM-BPSK信号。针对低信噪比背景下该算法性能较差的问题,给出 1种改进的算法,并通过加入多相编码信号的识别,扩大其适用范围。仿真验证结果表明,提出的算法不仅较原有算法能在较低信噪比条件下有效检测 LFM、BPSK、Frank3种单一调制方式的信号,还能检测出复杂调制的 LFM-BPSK信号。     

基于预估-反馈联合处理的射频噪声干扰抑制算法

针对强射频（RF）噪声干扰下脉压雷达目标检测概率较低的问题,提出了一种基于预估-反馈联合处理的射频噪声干扰抑制算法。首先,对回波信号进行盲源分离预处理,并利用分数阶傅里叶变换（FRFT）的特性对目标回波信号进行参数估计以及窄带滤波处理,滤除大部分干扰和噪声的能量;然后,在数据层运用M/N逻辑法进行点迹处理,并结合径向速度方向判决,实现对目标航迹的预估检测;最后,利用数据层对航迹状态的反馈实时修正滤波器参数,从而在信号层更好地滤除干扰能量,并对中断航迹进行剔除,完成射频噪声干扰的抑制。仿真结果表明：与现有射频噪声干扰抑制技术相比,所提算法具有更优的干扰抑制效果。     

航空发动机转子不平衡量突增的自动识别

为实现在航空发动机振动信号分析时因封严胶条脱落发生的转子不平衡量突增的自动识别,采用多傅里叶变换（FFT） 滤波技术获得转速跟踪滤波后的基频振动时域信号,提出了振幅突增和突增后振幅稳定的转子不平衡量突增的2种特征,通过应 用案例对振动信号的程序化进行处理, 得到转速跟踪滤波后的基频振动时域信号及转子不平衡量突增的识别参数,数据结果中 振幅增大比例系数达到3.75,且突增后振幅稳定。结果表明：采用FFT滤波技术,实现了转子不平衡突增的自动识别,并验证了识 别方法的有效性。转子不平衡量突增的识别技术应用于在线监测系统时,能及时识别故障并发出报警信息,保证设备运转的安 全;应用于离线振动信号分析系统时,缩短了人工数据分析时间,提高了工作效率。     

自循环吸附动叶设计原理及数值模拟分析

研究了一种新型自循环吸附动叶,分析了其主要实现结构以及自循环吸附的原理。新型吸附结构利用动叶旋转离心作用形成的驱动力抑制了叶表分离、叶顶二次流动,增加了叶顶附面层动量,提高了动叶效率及稳定裕度。通过与传统的机匣处理技术的对比,阐明了自循环吸附动叶的独特结构以及叶顶喷气技术优势。以Rotor37动叶为例,依据基本的吸气、喷气原则,开展了吸气槽、叶顶喷气孔以及动叶内腔等自循环典型结构概念方案设计,突破了带有动叶内腔的复杂网格生成技术,完成了自循环吸附动叶内腔以及叶片通道内的流动分析以及特性分析。研究结果表明:自循环吸附技术优势明显,数值模拟证明其原理可行。     

基于切片熵权的WHT多LFM信号识别方法

为提高在低信噪比与先验信息不足条件下对线性调频(LFM)信号识别能力,借鉴信息论中的熵权法改进WHT(Wigner-Hough Transform),提出了一种基于切片熵权的WHTE(Wigner-Hough Transform based on Entropy)算法。推导出LFM信号的WHT与对应特性,将WHT变换域内极半径和角度切片的熵值来转换为权重因子,进而对每个切片进行加权处理,采用双层权重以弱化噪声与干扰项的影响,并推导出LFM信号与高斯白噪声在WHT维度内不同假设条件下的概率密度分布函数,构建了对于LFM信号WHT后恒虚警检测的完备流程。通过理论分析与公式推导论证了算法的可行性,并与WHT、分数阶傅里叶变换与周期WHT算法的仿真对比,验证了算法的有效性,凸显WHTE算法能够在强噪声背景下与没有先验支撑时实现对LFM信号的良好检测。     

轴流风扇自噪声强度特性的数值研究

利用流场/声场混合模型计算分析轴流风扇自噪声的强度特性。使用大涡模拟(LES)数值计算方法获取湍流流场信息,以此为输入,使用声类比方法噪声预测模型获得了不同来流条件下的自噪声频谱。0°攻角条件下,叶片噪声源主要位于叶片尾缘区域,并且叶背上的噪声强度大于叶盆;攻角增大和速度增大都会引起叶片自噪声强度的增大;攻角增大引起的噪声增大主要集中在低频区域。     

基于振型节径谱的失谐叶盘结构动态特性评价

基于叶盘结构振型的离散傅里叶变换,给出振型节径谱的定义。对于一个简化的叶盘结构,利用节径谱的概念对失谐叶盘的动态特性进行了评价和分析。在固有特性方面,基于节径谱改进了模态局部化因子的定义,得到了随机失谐叶盘的模态特性的统计特征;在响应特性方面,基于振型和激励节径谱的相似程度定义了模态激励因子,很好地解释了随机失谐程度的＂阈值＂效应和最优人为失谐的存在性。算例表明,节径谱是衡量的振型空间分布的重要指标,在失谐叶盘结构动态特性分析和评价中有着重要的应用。     

非自模化区域内动叶叶尖间隙对气动-声学性能的影响

本文对非自模化区域内小型风机的气动－声学性能进行了实验研究,详细了在非自模化区域内动叶叶尖间隙对气动－声学性能的影响,并与自模化区域内的影响作了对比分析,得到了在非自模化区域内动叶径向间隙对气动－声学性能的修正,计算结果与实测值吻合良好。初步提示了非自模化区域内动叶叶尖间隙对气动－声学性能影响的机理。     

一种小波变换像空间的再生核

利用一个常用的调制高斯函数作为小波母函数,得到小波变换像空间的再生核函数的具体表达式和小波变换的等距恒等式,并分析了小波变换像空间的结构,为一般的小波变换的像空间的研究提供了理论基础。     

高度欠膨胀声速射流的自相似特性

构建了高压气体射流模型和高分辨率的计算网格，对喷压比（NPR）为5.60、流动雷诺数Re为105量级的高度欠膨胀射流进行了三维大涡模拟（LES）计算.讨论了时均的射流近场结构，发现大涡模拟成功捕捉到了高度欠膨胀射流近场的典型波系结构，并与文献结果吻合较好.研究着重定量考察流向速度和氮气质量分数的分布规律，以揭示高度欠膨胀射流的自相似特性.结果表明:在射流核心区之后，不同流向位置上流向速度和氮气质量分数沿径向的分布呈现出与亚声速射流类似的自相似特性.但射流流场开始呈现自相似的位置仍然为超声速，这是高度欠膨胀射流自相似特性的独有特征.提出了高斯拟合公式，在靠近和远离射流中心线的区域内均可较好地表征射流的自相似特性.此外，还考察了射流剪切层的发展特征，比较了计算得到的射流剪切层增长率与先前实验测量结果的差异，并分析了其中可能的原因.      

航空发动机涡轮叶片工业CT图像降噪方法

在分析航空发动机涡轮叶片工业计算机层析成像(computed tomography,CT)图像自相似性特点基础上,讨论了一种基于图像不同区域相似性的非局部平均降噪算法,首先采用高斯加权欧式距离算子计算同一图像中不同区域间的相似性,然后对具有较强相似性的区域进行叠加平均,从而降低噪声,同时保持图像边缘的对比度.针对非局部平均算法计算复杂度高、计算量大的问题,研究了一种基于傅里叶变换的非局部平均降噪加速算法,以欧式距离算子替代高斯加权欧式算子提高相似性的计算效率,减少计算时间.实验结果表明,在保证航空发动机涡轮叶片工业CT图像降噪效果的情况下,处理速度提高了4倍以上.      

半导体激光器与单模光纤的球透镜耦合分析

建立了半导体激光器与单模光纤通过球透镜耦合的光传输模型,对双异质结激光器光束特性进行了分析。基于Huygens-Fresnel原理计算了激光光束远场发散角以及光束束腰半径。运用高斯光束与单模光纤耦合理论以及ABCD矩阵理论进行了激光器与单模光纤的球透镜耦合效率分析,给出了最优化的耦合封装工艺参数,以及各个影响耦合效率的参数容忍度,对半导体激光器与单模光纤的球透镜耦合封装具有重要意义。