基于TDLAS的气体检测技术研究

TDLAS技术由于其非接触性、高灵敏度、在线响应速度快等优点，而成为当前气体浓度在线检测技术的重要发展方向之一。确定分子吸收线型函数是应用该技术的前提条件，但是目前尚没有有效的方法在线测量分子吸收线型函数，以至严重影响了TDLAS技术的测量精度，限制了其应用范围。因此，通过吸收光谱理论和波长调制理论研究TDLAS技术中谐波特征参数与分子吸收线型函数的关系，推导出蕴含分子吸收信息的谐波通项表达式，利用谐波信号间的关系特征来消除背景信号、激光强度、调制系数等因素的影响，建立了一种基于谐波信号的绝对吸收强度测量算法。以CO₂分子和H₂O分子在6982cm^-1附近的谱线为例进行数值分析和实验研究，仿真和实验结果表明，根据算法测得的分子吸收光谐波信号谱与理论吸收光谱之间的相对误差不超过5%，进一步提高了TDLAS技术的测量精度，拓宽了其应用范围。     

基于TDLAS的气体检测技术研究

TDLAS技术由于其非接触性、高灵敏度、在线响应速度快等优点,而成为当前气体浓度在线检测技术的重要发展方向之一。确定分子吸收线型函数是应用该技术的前提条件,但是目前尚没有有效的方法在线测量分子吸收线型函数,以至严重影响了TDLAS技术的测量精度,限制了其应用范围。因此,通过吸收光谱理论和波长调制理论研究TDLAS技术中谐波特征参数与分子吸收线型函数的关系,推导出蕴含分子吸收信息的谐波通项表达式,利用谐波信号间的关系特征来消除背景信号、激光强度、调制系数等因素的影响,建立了一种基于谐波信号的绝对吸收强度测量算法。以CO2分子和H2O分子在6982cm-1附近的谱线为例进行数值分析和实验研究,仿真和实验结果表明,根据算法测得的分子吸收光谐波信号谱与理论吸收光谱之间的相对误差不超过5%,进一步提高了TDLAS技术的测量精度,拓宽了其应用范围。     

基于相关功率修正的地基GNSS-R土壤湿度反演

利用全球导航卫星系统反射信号测量技术(GNSS-R)进行土壤湿度反演过程中，实际接收天线方向性会造成GNSS直反信号相关功率测量偏差。针对地基观测场景下天线方向性造成的相关功率的类余弦振荡问题，提出了基于多项式拟合的信号相关功率修正方法。为了验证所提方法的有效性，开展了地基GNSS-R土壤湿度观测实验，结果表明:基于多项式拟合的相关功率修正可以消除信号相关功率的类余弦振荡，提升GNSS-R土壤湿度反演中的观测数据有效性和反演结果准确性。      

样条函数最小二乘拟合的递推计算

在目前靶场数据处理中，参数估计与补点计算等常用多项式拟合，往往带来较大的截断误差。文章从外弹道数据特点出发，用样条函数拟合全弹道，并将样条函数和递推思想相结合，推导出了递推样条最小二乘拟合方法。仿真结果证明，该方法既提高了拟合精度与计算速度，又节约了计算机内存，是具有实用价值的方法。     

NVNA谐波相位检验件设计及定标

本文介绍了一种用于检验非线性网络分析仪谐波相位指标的检验件设计方法，并搭建了基于实时示波器的测量系统对谐波相位进行定标。通过高速实时示波器对检验件的输出信号进行采样，利用傅立叶变换提取谐波相位信息。为了得到高准确度的测量结果，采用去缠绕、最小二乘等算法对相位结果进行优化处理。实验结果表明，该方法可以作为NVNA谐波相位指标的验证手段对NVNA的谐波相位进行验证。     

基于静态累积法的极小气体流量测量研究

通过静态膨胀法与固定流导法获得了(10~(-9)～10~(-14)) Pam~3/s的氦标准气体流量,并采用静态累积法对所产生的极小气体流量进行了测量,相应的氦离子流上升率在(10~(-10)～10~(-15)) A/s范围。实验结果表明:气体流量静态累积时的离子流波动随流量降低逐渐增大,降至1.69×10~(-14)Pam~3/s时,多个数据点已偏离上升率拟合线较远,此时达到测量下限。在(10~(-9)～7.66×10~(-12)) Pam~3/s范围,气体流量与对应离子流上升率有很好的线性,最大偏差为6.8%;当气体流量小于7.66×10~(-12)Pam~3/s时,标准流量与离子流上升率的对应关系呈现出明显的非线性。     

恒压式气体流量计变容室截面面积测量技术研究

为了研制恒压式气体微流量计,设计了以波纹管为主体的变容室,并对波纹管变容室截面面积进行了测量。采用多项式拟合公式对波纹管截面面积测量结果进行了修正,避免了波纹管非线性的影响,结果表明修正后偏差小于0.16%,截面面积的测量结果合成标准不确定度小于0.53%,可以满足使用要求。     

基于双光梳的激光吸收谱真空分压力测量技术研究

为了提高真空分压力测量的准确度和灵敏度，弥补传统测量方法的固有缺陷，真空分压力将结合理想气体定律，使用气体密度来表征。利用气体分子的红外吸收光谱，通过双光梳光谱技术测量其对特定波长光的吸收可实现对混合气体中目标气体密度的精确测量，进而反演出真空分压力。研建了基于电光双光梳的真空分压力测量系统，结合双光梳外差光谱技术与腔增强光谱技术，实现了非侵入、大动态、高速度的真空分压力测量。实验对CO₂,CO,N₂三元混合气体中CO₂与CO的真空分压力进行了测量，其相对误差分别为2.84%和2.77%。通过不确定度分析得出，吸收线强度误差是真空分压力测量中最主要的不确定度分量。     

基于CO2浓度监测的飞机火警探测方法

目前飞机普遍采用感温、感烟火警探测方法,其存在误报率高的缺陷.分析了发生火灾时气态燃烧产物的生成规律,提出了以CO_2气体为火警探测参量,通过准确监测环境中CO_2气体浓度的变化,进行飞机火警探测的方法;根据飞机飞行所处环境条件的特殊性,研究了基于非色散红外(NDIR)吸收原理的CO_2气体浓度监测的飞机火警探测方法应用于飞机上所面临的温度补偿难题;根据飞机火警探测器测量电压与环境温度、参比电压之间的关系,采用偏最小二乘(PLS)法建立飞机火警探测器温度补偿模型;根据飞机火警探测器测量电压与CO_2气体浓度之间的关系,采用PLS法建立CO_2气体浓度计算模型;研究了基于CO_2气体浓度监测的报警算法,为飞机火警探测提供了一种新的方法.     

高精度光纤光栅波长测试系统研究CSCD

为了准确测量光纤光栅（FBG）的中心波长,设计了一种高精度光纤光栅波长测试系统,主要由可调谐激光器和光功率计组成,采用波长扫描的方法进行测试。利用可调谐激光器输出光波长精度和信噪比高的特点,通过在光功率计的全量程范围进行波长扫描,得到高精度、大动态范围的光纤光栅反射光谱曲线,然后应用四次多项式拟合来计算中心波长。测试结果表明,系统在（1520 - 1590）nm 波长范围内,测量重复性优于0.5pm,测量不确定度为2pm（k=2）,可以满足传感用光纤光栅的测试需要。     

基于PM算法的涡旋电磁波引信超分辨测向方法

为提高防空导弹无线电引信在低信噪比（SNR）背景下的测向精度，提出了基于传播算子算法（PM）的涡旋电磁波引信超分辨测向方法。通过相控均匀圆阵依次发射不同轨道角动量模态涡旋电磁波照射目标，基于多发单收（MISO）模型推导目标探测回波模型；通过对回波方程的近似变形构造接收信号矩阵；采用PM算法构造空间谱函数，进行谱峰搜索，实现对目标水平方位角的估计。对所提方法的有效性进行仿真验证，结果表明，所提方法可在低信噪比、少阵元情况下实现对目标的精确测向。      

基于频谱仪的脉冲调制信号功率校准技术研究

脉冲调制信号是雷达和数字通信系统中的一类重要信号。本文主要研究脉冲调制信号的功率测量方法,讨论并分析了脉冲调制信号的频谱特点,提出使用频谱分析仪实现脉冲调制信号的平均功率和峰值功率的测量,并采用正弦调幅法对频谱分析仪的测量结果进行验证。实验表明使用频谱仪测量脉冲调制信号功率简单易行且具有较高的测量精度。     

基于多重分形参数的高光谱数据特征提取

针对单一分形维数不能表征高光谱数据光谱局部吸收特征的问题,提出了基于光谱概率测度的多重分形参数特征提取方法.基于光谱信息度量进行光谱概率测度的计算,基于配分函数法估计得到尺度函数;通过对尺度函数求导计算出Holder指数,并对尺度函数勒让德Legendre变换计算出多重分形谱;从多重分形谱和Holder指数之间的函数关系提取表征多重分形谱形态的4个多重分形谱参数作为光谱特征参数;并应用于基于最小距离准则的航空推扫式高光谱成像仪(PHI,Prush-broom Hyperspectral Imager)图像监督分类.结果证明:利用基于光谱概率测度的多重分形参数特征提取方法提取的光谱特征参数进行分类得到的总体分类正确率达94.789%,分类精度明显高于利用信息量维数和多重分形谱特征提取方法进行分类的结果,证明了基于光谱概率测度的多重分形参数特征提取方法提取的多重分形参数的有效性和可靠性.     

调频连续波激光雷达距离-多普勒解耦新方法

调频连续波激光雷达探测运动目标时,通常采用二维傅里叶变换解耦合方法.当探测高速运动目标时,由于目标移动导致不同调频周期的中频信号频谱峰值不在同一距离单元,用二维傅里叶变换法进行解耦将产生速度模糊.新的解耦方法通过对多个周期的中频信号频谱峰值位置进行直线拟合,获得目标径向速度估计值.利用速度估计值构建多普勒补偿信号,并与原中频信号相乘.补偿后的中频信号频谱峰值在同一距离单元内.将补偿后的中频信号用二维傅里叶变换法获得的径向速度与之前的速度估计值相加,得到最终的目标径向速度.仿真结果说明新方法在获得较高测距、测速精度的同时,可以有效提高调频连续波激光雷达的无模糊速度.     

全极化散射计极化失真误差校正方法

全极化散射计是一种新型微波散射计，可以同时测量目标的同极化和交叉极化散射系数.一方面能够解决传统散射计在海面风场反演中的风向模糊问题，提高海面风场测量精度，另一方面交叉极化散射系数可以有效提高海面风速测量范围，解决台风灾害监测和预报问题.利用全极化散射计数据进行高精度海面风场反演，首先需要解决全极化散射计系统极化失真误差导致无法准确测量目标不同极化散射系数的问题.本文基于全极化散射计信号模型推导了极化失真误差影响下极化散射系数模型，并对极化失真误差影响进行了定量分析.在极化散射系数模型基础上，通过引入海面散射特性假设和极化定标技术推导了极化散射系数校正模型.基于RADARSAT-2获取的不同区域海面全极化散射系数数据仿真误差影响下极化散射系数并利用该模型进行校正，结果表明该方法可以有效校正极化失真误差，显著提高极化散射系数测量精度.      

基于失配修正的变频损耗测量技术研究

变频损耗是表征混频器(变频器)传输特性的主要测量参数之一。提出了一种基于矢量网络分析仪频偏模块的混频器变频损耗测量方法。经分析和测量结果表明,测量端面失配项对测量结果影响较大。提出了失配项修正模型,并对测量结果进行了修正;采用功率校准的方法提高了矢量网络分析仪的电平测量准确度,减小了测量装置及测量过程复杂度,减小了测量误差,提高了测量重复性。     

基于感应同步器的高速高精度位置测量技术

现有的基于感应同步器的鉴幅、鉴相位置测量法,由于其原理缺陷,不适合高速高精度的测量场合.为解决高速高精度位置测量问题,给出一种新型的基于感应同步器的位置测量方法--幅度细分法.感应同步器输出的感应信号是调幅信号且幅度很低,为采用幅度细分技术,需对其输出的感应信号无失真的放大.在阐述系统工作原理的基础上,给出了系统的结构,并对关键功能电路进行了实验及仿真研究.结果表明,此法从原理上克服了感应信号中动态分量对测量结果的影响,克服了现有测量法不适合高速高精度测量的缺点,具有测量精度高、时间间隔固定、适合高速度运动场合下的位置测量等优点.