检索结果-内蒙古大学图书馆

信号处理 2023年第10期39卷 1728-1747页

作者：葛凤翔张迎辉北京师范大学人工智能学院北京100875 北京师范大学自然科学高等研究院复杂系统国际科学中心广东珠海519087 北京师范大学未来教育学院广东珠海519087

干扰和噪声无处不在,在实际应用中将直接影响到信号与信息处理的性能,尤其是感兴趣目标信号相对干扰和噪声等的幅度较小的微弱信号处理,需求非常广泛。微弱信号处理的理论和方法目前仍是信号处理领域的难点,一方面通过深入研究和挖掘感... 详细信息

干扰和噪声无处不在,在实际应用中将直接影响到信号与信息处理的性能,尤其是感兴趣目标信号相对干扰和噪声等的幅度较小的微弱信号处理,需求非常广泛。微弱信号处理的理论和方法目前仍是信号处理领域的难点,一方面通过深入研究和挖掘感兴趣微弱目标信号的物理特性,以期能够更加显性地表征目标;另一方面则借鉴应用数学等其他学科的最新研究进展以加强信号处理的理论和方法研究,增强目标检测与参数估计能力。而且上述两方面的研究工作相互促进,螺旋式向前不断发展。本文综述了微弱信号处理的一些方法,比如:针对前端传感器获取的观测数据进行的系统前端处理、观测信号和参考信号之间的相关处理、基于最小均方误差准则的维纳滤波及其利用信号与噪声/干扰的不相关特性实现的自适应噪声或干扰抑制、被广泛灵活应用而且具有里程碑式意义的小波变换、基于子空间分析的特征分析、能够对目标信号实现更为简洁高效的稀疏表示、能够有效区分高斯与非高斯信号的高阶统计量、源于非线性动力系统的混沌理论和方法、源于双稳态非线性系统的随机共振、利用目标信号与背景干扰空间数学结构特性差异的低秩稀疏分解,以及目前得到广泛成功应用的深度学习等,并分别给出了各种方法的仿真和实验结果,其中也包括了我们近年在水声微弱信号处理方法的一些研究工作。

关键词：微弱信号处理水声目标检测对抗

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FAIMS微弱信号处理与离子迁移率非线性函数系数误差分析

FAIMS微弱信号处理与离子迁移率非线性函数系数误差分析

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作者：张乐华中国科学技术大学

学位级别：硕士

高场不对称波形离子迁移谱(High-field Asymmetric Waveform Ion Mobility Spectrometry, FAIMS)是一种大气环境下的痕量物质分析检测技术,其在公共安全、环境污染中的有害、有毒、易爆物质检测等多个领域具有广泛应用前景。FAIMS利用... 详细信息

高场不对称波形离子迁移谱(High-field Asymmetric Waveform Ion Mobility Spectrometry, FAIMS)是一种大气环境下的痕量物质分析检测技术,其在公共安全、环境污染中的有害、有毒、易爆物质检测等多个领域具有广泛应用前景。FAIMS利用不同离子在强电场中离子迁移率非线性变化特性来实现离子的分离和识别,其具有灵敏度高、核心器件小、检测时间短等优点。作为一种现场快速检测技术,灵敏度和分辨率是其关键指标。因此,如何提升FAIMS的检测灵敏度和分辨率是需要研究的两个重要问题。 FAIMS的检测灵敏度受很多因素影响,如离子迁移管的参数、离子源离化效率以及谱图信号特征的识别方法等。在离子迁移管和离子源确定的情况下,有必要从信号本身出发,通过信号处理可以从FAIMS谱图信号本身中提取微弱信号特征,这样就提高了微弱信号的可用性,即相当于提高了检测灵敏度。目前针对FAIMS谱图信号处理方面的研究严重缺乏,这影响了FAIMS在既定结构下检测灵敏度的进一步提升。 FAIMS的分辨率受谱图特征的提取精度,以及离子迁移率非线性函数的二阶、四阶系数(α2、α4)求解精度影响。一方面,当信号较为微弱时,谱图特征受噪声干扰严重,因此有必要通过信号处理方法滤除噪声来提高谱图特征值的获取精度；另一方面,目前α2和α4缺少先验值和误差分析方法,α2和α4的求解结果的准确性无法验证,因此有必要建立关于α2和α4求解结果误差的评估标准,并在此基础上提高α2和α4的求解精度。本文针对以上两个问题,主要工作包含以下两个方面：其一,根据FAIMS谱图的特点,本文在FAIMS谱图信号处理方面比较了多种信号处理方法,包括数值平均法、傅里叶变换降噪法、小波变换法等,其中小波变换法在去除噪声和保持信号完整性等关键指标上效果最优。据此,通过提高FAIMS谱图信号的信噪比,显著提高了微弱谱图信号的可用性和所获取谱图特征的精确度,并进而提高了FAIMS的灵敏度和分辨率。其二,针对α2和α4缺乏先验值,α2、α4的求解精度评估不足,本文建立了α2和α4求解结果误差的评估标准,并在此基础上完成FAIMS实验参数优化。本文探究了α2和α4的分布特点和二者之间的相关性,研究了分离电压取点数量和取点方式对其求解结果误差的影响。在拟合α2和α4数据不同范围的频数后,发现了α2和α4符合正态分布,该结果可以用于α2和α4分布的求解结果标准差的确定；通过对α2和α4散点进行拟合,发现α2和α4之间具有很强的负相关性；发现了分离电压选取点数与求解结果误差的变化关系；通过取点方式的对比,发现了分离电压最佳取点分布方式。这些结果有助于FAIMS检测方式和参数选取,有助于FAIMS精确的谱图解析和数据库构建。

关键词： FAIMS谱图微弱信号处理误差分析参数优化

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近地层紫外自由空间通信微弱信号处理及其系统设计

近地层紫外自由空间通信微弱信号处理及其系统设计

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作者：李旭辉湘潭大学

学位级别：硕士

近地层紫外自由空间通信是一种新型的局部保密通信,是利用紫外光的散射特性来进行信息传递。由于大气对紫外光的吸收和散射作用较强,导致紫外光到达接收端是十分的微弱,且混杂着许多噪声如探测器噪声,电路系统噪,背景噪声等,单一的信号... 详细信息

近地层紫外自由空间通信是一种新型的局部保密通信,是利用紫外光的散射特性来进行信息传递。由于大气对紫外光的吸收和散射作用较强,导致紫外光到达接收端是十分的微弱,且混杂着许多噪声如探测器噪声,电路系统噪,背景噪声等,单一的信号处理方法难以将紫外信号提取出来,不利于后续解调判决。本文的主要研究内容和工作如下:首先,阐述紫外通信的背景、意义,分析紫外通信系统基本原理和紫外通信微弱信号处理的发展现状。再研究紫外通信系统噪声,包括紫外探测噪声、电路系统噪声、以及背景噪声。提出紫外通信系统微弱信号处理方案和技术指标。该方案采取光学滤波、模拟电路预处理以及数字滤波相结合的方式对紫外微弱信号进行处理。其次,依据紫外探测器的输出响应,选择极低输入偏置电流的LMC6001作为紫外探测器的前置运算放大器,并计算得到该前置放大电路的电流灵敏度为1p A。由于输入电流跨度范围宽,设计自动量程切换前置放大电路,该电路根据输入电流范围划分5档,自动匹配电阻,使得前置放大电路的输出始终保持在0.1m V～1m V之间,并对前置放大电路进行噪声计算。再次,采取自适应噪声滤波抵消的方法对预处理后的信号进行数字滤波,阐述自适应滤波原理,根据实时信号处理要求,选取LMS算法作为自适应滤波算法,通过研究标准LMS算法、归一化LMS及SVSLMS算法,提出改进型LMS算法。并进行仿真验证,结果表明:改进后LMS不仅收敛快速而且滤波效果较好,信噪比改善平均能够达到13d B。最后,根据接收方案,设计基于DSP芯片的自适应噪声抵消系统硬件系统,并根据该系统对改进后的自适应算法进行程序设计,且在CCS平台上进行硬件仿真实验。本课题设计的紫外通信微弱信号处理系统通过计算及仿真验证,各项指标均达到设计要求,紫外信号信噪比改善效果良好,能够有效提升紫外通信系统性能,为紫外通信系统的设计提供理论指导,并具有相应的工程实现意义。

关键词：紫外通信微弱信号处理自适应滤波 DSP 系统设计

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频率调制激光光谱中的微弱信号处理研究

频率调制激光光谱中的微弱信号处理研究

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作者：孙义中国科学院合肥物质科学研究院

学位级别：硕士

激光调制光谱技术是一种高灵敏度吸收光谱技术，其检测灵敏度随着调制频率的提高而相应提高。传统的波长调制光谱(WMS)普遍使用50KHz的调制频率和100KHz的检测频率。但是由于受到锁相放大器(Lock In Amplifier,LIA)的最高工作频率的限... 详细信息

激光调制光谱技术是一种高灵敏度吸收光谱技术，其检测灵敏度随着调制频率的提高而相应提高。传统的波长调制光谱(WMS)普遍使用50KHz的调制频率和100KHz的检测频率。但是由于受到锁相放大器(Lock In Amplifier,LIA)的最高工作频率的限制，很少使用更高的调制频率。本论文详细阐述了频率调制光谱(FMS)以及微弱信号处理的一般理论，对频率调制可调谐二极管激光吸收光谱技术(FM-TDLAS)进行了研究，并基于射频混频器研制了相敏检波电路。同时对高频调制信号发生器进行了改进，设计了基于直接数字式频率合成(DDS)新技术的数控信号发生器，该数控信号发生器具有输出频率稳定、分辨率高的特点。通过利用CH4气体样品做痕量气体吸收实验，采用锯齿波对激光中心波长进行扫描，得到直接吸收信号；同时对激光注入电流进行高频调制，经过光电信号检测、增益调节、倍频、滤波混频、低通滤波和直流放大等信号处理电路，探测到了信噪比良好的二次和一次谐波解调信号。在本实验中，采用该技术探测达到的灵敏度小于10ppm。实验研究结果证明，采用射频混频器设计的相敏检波电路对频率调制可调谐二极管激光吸收光谱系统进行微弱信号处理是可行的，也为以后发展频率调制可调谐二极管激光吸收光谱技术奠定了基础。

关键词：频率调制激光光谱微弱信号处理直接数字式频率合成射频混频器相敏检波电路谐波探测

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分布式光纤温度传感器系统及其微弱信号处理的研究

分布式光纤温度传感器系统及其微弱信号处理的研究

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作者：韦雄安徽理工大学

学位级别：硕士

分布式光纤温度传感器兼备着光纤本身体积小、结构易变、抗电磁干扰等特性,又能够对整条光纤长度上的温度变化情况进行实时测量,从而能够方便的得到沿光纤分布的实时温度分布情况。分布式温度传感器在工业、建筑、航天、军事等领域有着... 详细信息

分布式光纤温度传感器兼备着光纤本身体积小、结构易变、抗电磁干扰等特性,又能够对整条光纤长度上的温度变化情况进行实时测量,从而能够方便的得到沿光纤分布的实时温度分布情况。分布式温度传感器在工业、建筑、航天、军事等领域有着广泛的应用前景,因此对分布式光纤温度传感器的研究一直是国内外的热点。本文在分析和比较各种不同分布式光纤传感机理的基础上,确定使用拉曼散射机理来实现分布式光纤温度传感系统。本文对光纤中的拉曼散射光以及光时域反射原理进行了研究和分析,根据待测温度信号的特点,确定了采用后向瑞利散射与后向反斯托克斯散射之比的系统温度解调方法。根据信号特性以及信号处理的方法,设计了分布式光纤温度传感器系统的组成结构,并对各个子系统作用及性能进行介绍。由于待测信号属于微弱信号,本文对微弱信号的检测原理和基本方法进行了分析研究。根据信号中噪声的特点,在比较了两种改进的微弱信号处理方法后,提出了抽样积分加小波多辨率的处理方法。它有效地消除系统噪声,提高系统信噪比,提升系统整体性能。本文对信号处理电路进行了研究,设计了扫描控制电路、光电探测放大电路、A/D转换、信号采集、以及扫描输出等电路。并且根据电路的设计,相应的对硬件电路进行编程,充分发挥硬件电路的性能,使之有效的匹配。实现了软硬件的结合,而且电路设计具备较高的集成性,实用性强。图34表1参55

关键词：分布式光纤温度传感器 Raman散射信号检测微弱信号处理

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微弱信号处理及其研究进展

微弱信号处理及其研究进展

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中国声学学会水声学分会2013年全国水声学学术会议

作者：葛凤翔任岁玲郭鑫郭良浩孙波北京师范大学信息科学与技术学院中国科学院声学研究所声场声信息国家重点实验室中国科学院大学

微弱信号处理需求广泛,但目前是信号处理领域的难点。本文综述了微弱信号处理的方法,并结合我们近年的科研工作,对微弱信号处理方法做了介绍,讨论和展望。

关键词：微弱信号处理特征空间分析稀疏表示

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基于非线性滤波的GPS微弱信号处理的研究

基于非线性滤波的GPS微弱信号处理的研究

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作者：张婧上海交通大学

学位级别：硕士

传统的GPS接收机只要能接收到4颗以上的卫星信号,就能方便地进行三维定位,同时具备很高的定位精度。但是在一些定位条件比较差的情况下,比如室内、高楼附近等等,GPS信号会变得十分微弱,接收机不能很好地接收和处理数据,因此实现任何环... 详细信息

传统的GPS接收机只要能接收到4颗以上的卫星信号,就能方便地进行三维定位,同时具备很高的定位精度。但是在一些定位条件比较差的情况下,比如室内、高楼附近等等,GPS信号会变得十分微弱,接收机不能很好地接收和处理数据,因此实现任何环境可用的高灵敏度GPS定位已经成为目前最迫切需要解决的问题。本文提出了一种新型的GPS接收机模型概念,重点在于改进信号截获和跟踪阶段的模型与算法。在截获部分,采用批式截获的方法来取代传统的串式搜索和FFT搜索;在跟踪部分,采用平淡卡尔曼滤波器来取代传统的延迟锁定环和相位锁定环,为高灵敏度GPS接收机的关键技术提供理论依据。本文首先介绍了GPS的定义以及原理,具体给出了微弱GPS信号的定义及其产生方法,然后将重点放在信号的截获与跟踪两个过程上,详细地阐述了新旧方法的原理,通过拟合GPS接收机实际接收到的原始数据,构造出不同信噪比的数字信息,分别对新旧方法进行仿真比较,结果表明,对接收机内部算法所作的改进能够使GPS接收机更好地处理微弱信号,具有较高的灵敏度,同时达到一定的精度。文章的

关键词：全球定位导航非线性滤波截获跟踪微弱信号处理

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基于FPGA的电磁金属探伤系统及其微弱信号处理

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测试技术学报 2014年第5期28卷 425-430页

作者：马骏何敏杨鸣上海海事大学物流工程学院上海201306

本文介绍了一种基于FPGA的电磁金属探伤系统,该系统用于研究电磁无损检测技术在金属板损伤探测上的应用.在该电磁金属探伤系统中,传感系统提供的测量感应信号为强噪声背景下的微弱信号.为了提高信号的检测精度,本文采用信号调理电路结合... 详细信息

本文介绍了一种基于FPGA的电磁金属探伤系统,该系统用于研究电磁无损检测技术在金属板损伤探测上的应用.在该电磁金属探伤系统中,传感系统提供的测量感应信号为强噪声背景下的微弱信号.为了提高信号的检测精度,本文采用信号调理电路结合FIR数字滤波的方法,将基于FPGA的电磁成像金属探伤系统中微弱的测量感应信号从噪声中提取出来,仿真实验证明,该方案能为后续信号处理环节提供一个低噪声背景下的较强的感应信号.

关键词： FPGA 电磁金属探伤系统微弱信号处理

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高灵敏度激光吸收光谱中的微弱信号处理

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应用光学 2008年第2期29卷 257-261页

作者：孙义谈图高晓明中国科学院安徽光学精密机械研究所环境光谱学实验室安徽合肥230031

可调谐二极管激光频率调制吸收光谱(FM-TDLAS)技术是一种高灵敏度的痕量气体检测方法。为改善以CH4为目标气体检测系统的信噪比,提高系统的检测灵敏度,以双平衡混频器(double balanced mixer)为核心,设计了一套用于提取被噪声淹没的微... 详细信息

可调谐二极管激光频率调制吸收光谱(FM-TDLAS)技术是一种高灵敏度的痕量气体检测方法。为改善以CH4为目标气体检测系统的信噪比,提高系统的检测灵敏度,以双平衡混频器(double balanced mixer)为核心,设计了一套用于提取被噪声淹没的微弱信号的调制解调高频相敏探测器。在对高频相敏探测器进行具体设计和分析的基础上,结合实验,利用CH4气体在1653nm附近的近红外吸收光谱,对整体电路的性能进行了测试,获得了具有较高信噪比的二次和一次谐波信号,检测灵敏度可达10×10-6。

关键词：光谱学频率调制微弱信号处理相敏探测 CH4

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涡流变频法无损检验的微弱信号处理研究

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钢铁研究总院学报 1983年第2期 302-306页

作者：曹奇恒

电信号处理技术近年来发展迅速,有关信号检测理论的研究已有许多文章公开发表。本文根据作者研制的传感器探讨了引用信号处理理论应用于无损检验测量技术领域。文章叙述了用这种新方法对于超薄带测厚以及具有粗晶材质金属表面裂纹的微... 详细信息

电信号处理技术近年来发展迅速,有关信号检测理论的研究已有许多文章公开发表。本文根据作者研制的传感器探讨了引用信号处理理论应用于无损检验测量技术领域。文章叙述了用这种新方法对于超薄带测厚以及具有粗晶材质金属表面裂纹的微小缺陷检验结果及数据分析。本文还介绍了将研制的特殊传感器列出相应的数学模型并且用相关技术对于波检试样将延迟了的电子门的同步信号作用于采样回路,在一周期内取其测量值进行均值处理,从而改善了检测表面微裂纹的信号噪声比值。

关键词：自相关函数理论曲线缺陷信号涡流传感器微弱信号处理噪声噪音表面裂纹表面缺陷随机性无损检验无损分析随机变量概率论数学模型试验模型

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