深海声探测中伪随机编码信号的仿真研究

目前国际上正在使用多脉冲(MultiPing)探测方式来解决深海探测中探测效率不高的问题,但可能存在回波识别和波达时间定位的问题,提出了利用伪随机编码信号的解决方法。以6 000 m深海海底探测为研究对象,设计发射不同编码信号,对其回波识别和定位进行了仿真和比较,同时对不同编码类型的回波识别性能随噪声变化情况进行了讨论。Walsh码拥有更加出色的回波识别性能,但在波达时间定位方面易出现误差,同时随着噪声的增强,回波识别性能明显下降;m序列拥有出色的波达时间定位性能,但回波识别性能不如Walsh码;Gold码在回波识别性能和波达时间定位性能方面有着较好的平衡表现。     

一种低能耗的水声通信编码方案的研究

研究了一种用多个不同频率的CW窄脉冲与帧同步脉冲的时延差携带信息的水声通信技术。该技术利用多个不同频率的CW矩形窄脉冲与帧同步CW矩形窄脉冲之间的时延值进行信息编码,在接收端采用时延估计和频率检测技术进行解码,从而使码元间距成为可携带信息的有用资源,将码元间距扩展到足够宽,既可有效地克服水声信号的多途影响、提高频带利用率,又可大大减少码元脉冲数量,达到节省能量并提高通信可靠性的目的。仿真结果表明,该水声通信编码体制数据传输速率适中,编码和解码简易,系统稳健。     

医学超声内镜中同步编码激励技术的设计与实现

为了提高医学超声内镜系统中的探测深度、分辨率及成像质量,在超声内镜成像系统中采用编码激励技术,首次将普遍用于开关电源电路设计中的"半桥"电路引入超声内镜编码激励电路.在只有正电压电源供电的情况下产生正负高压激励脉冲,利用电机转动的编码信号,设计了基于CPLD的同步编码激励电路,在保证与超声内镜主机FPGA同步的基础上,简化了超声内镜系统内信号的传递.实验中,同步编码激励电路发射的编码激励信号与理论码型一致,通过人体体模实验,获得的回波波形幅度达1.0Vpp,噪声20×10-3VPP~30×10-3Vpp,信噪比高达34 dB,波形与仿真结果一致.     

混沌序列在深海多波束高Ping发射中的应用

基于波束形成方法的相控发射可以向不同方向以小延时连续高Ping率发射信号,由于海底底质分层结构的变化,在接收端极易发生回波信号混叠。提出了使用混沌序列克服这一问题,建立了混沌序列筛选流程及编码模型;分析了Logistic序列、Tent序列及Chebyshev序列的相关特性,确定了Chebyshev序列在三者中相关性能最好。使用Chebyshev序列进行调频生成序列,并进行了仿真和水池实验,验证了混沌调频编码信号对混叠信号具有良好的分离能力。     

深水探测中混沌信号的应用仿真

基于多脉冲发射(Multiping)技术的深海底质探测设备以短时延连续发射信号,充分利用深海海水信道,有效提高探测效率.但是,在海底走势变化较大,及底质结构存在差异时,不同时刻发出的声信号在接收端有可能发生混叠.提出使用混沌序列解决这一问题,建立了两种混沌序列筛选流程及调制模型,并对两种调制模型进行了仿真和水池实验对比,验证了频带分离相位连续的调频调制方式可以有效分离时频混叠的信号.     

基于超声相控技术的船舶吃水测量方法

为了解决内河船舶因超吃水引起的通航阻塞以及船舶安全问题,提出一种基于超声相控技术的船舶吃水测量方法。以超声相控技术为理论基础,通过控制一维线型超声相控阵列换能器发射聚焦声波,实现对目标船舶的相控扫描,获取各扫描点的回波信号;利用匹配滤波算法对回波信号进行滤波,改善信噪比;利用阈值法提取回波信号的时延;利用渡越时间法,计算出扫描点到各发射振元中心的距离,利用双曲交汇法计算出扫描点的空间坐标;分析回波信号幅值和扫描点位置坐标即可得到船舶吃水深度。为验证方法的可靠性,搭建了小比尺船模吃水测量实验系统,分析了110~140 mm不同吃水深度下的实验结果,计算了实际吃水与测量吃水间的相对误差。实验结果表明,使用匹配滤波法处理后的回波信号信噪比从15.26 dB提高至36.39 dB,实验时,最大相对误差出现在船舶实际吃水130 mm时,绝对误差为2.3 mm,相对误差为1.7%。     

基于编码激励超声流速剖面测量的实验研究

相比常规的声学流速剖面仪,用于人体血流速度剖面测量的超声系统需要更高的信噪比增益和空间分辨率.为此,首先采用编码激励技术来改进传统的测量硬件系统,构造出一种具有"零相关窗"的互补码序列激励换能器发射声波,其优良的距离选通特性能提取出每个分辨单元的速度信息,同时大幅度提高回波信噪比.然后分析提取的分辨单元回波信号的特征,提出基于二维频谱图的邻帧差分法来消除相邻单元的干扰,对预处理后的信号进行高分辨率的速度参数估计,从而得到整个血管区域的速度剖面.通过搭建模拟人体血流测量实验装置进行仿血流的流速剖面测量实验.实验结果表明,采用此方法,在发射换能器的中心频率为5 MHz时,能达到0.3 mm的纵向分辨率,取得良好的测量效果.     

基于AR模型的声发射信号到达时间自动识别

声发射信号到达时间的信息,对于声发射事件的定位、识别以及声发射源机理分析都是非常重要的。实际应用中,常用人工读取或通过设定幅值阈值来获取信号的到达时间。针对以上常用方法的缺点,本文结合噪声信号的AR模型和声发射信号的AR模型,应用Akaike信息准则,实现了对声发射信号到达时间的自动识别。对实验数据的识别结果显示,该方法对信号的幅频特性变化比较敏感。在相同信噪比的情况下,该方法识别的偏差要小于阈值法。当信噪比较低时,阈值法可能会给出错误的结果,而该方法仍然能够给出较准确的结果。     

基于提升小波变换和AdaBoost的超声信号消噪技术

为了提高超声无损检测(UNDT)和无损评价(UNDE)中基础数据的信噪比(SNR),提出了一种基于提升小波变换和AdaBoost模式识别理论的超声信号消噪技术.该技术在研究材料内部散射体引起的结构噪声产生机理,以及分析传统裂谱分析算法局限性的基础上,利用提升小波变换将原始超声检测信号分解到小波空间后,通过采用AdaBoost算法构成的信噪分离器对信号和噪声进行识别、分离来消除噪声,得到高信噪比的超声回波信号.实验结果表明,与传统裂谱分析算法相比,该技术提高了消噪性能的稳定性,增强了湮没材料内部各种散射体散射中的缺陷回波信号能力.     

基于LMS自适应时延估计法的微地形测距系统研究

根据单波束超声波测距原理,向模拟海底钴结壳微地形的水池表面发射超声波,应用自适应滤波方法可以估计超声回波信号的时延,使最小均方误差(LMS)后的回波信号与参考信号之间方差达到最小值,此刻的延时量就是渡越时间t,从而求出探头与目标之间的距离.通过计算机仿真和试验结果表明,将最小均方误差自适应时延法应用于海底微地形高程数据的测量,获得测距精度高,能够适用于海底微地形的探测.     

脉冲激光成像探测系统回波信号仿真

研究激光脉冲回波信号特性并建立其数学模型,是应用回波信号处理技术处理回波,生成目标三维激光仿真图像的基础.首先建立了激光器发射脉冲信号能量在时间和空间上的分布模型,然后依据成像目标的激光图像仿真模板,采用累加激光脚印各采样区发射脉冲信号与对应目标散射面单位冲激响应卷积值的方法,生成了探测器接收回波仿真信号,最后分析了影响回波信号仿真精度的因素.通过对激光脚印采样区个数的合理设置实现了激光脉冲回波波形的精确仿真.     

基于空间复用检测的共焦非视域成像

非视域成像技术可以对视线外的物体成像，具有广泛的应用前景。为了解决基于数字微镜器件(DMD)在共焦非视域光路探测中，由于DMD的分光作用导致回波信号弱的问题，本文提出将空间复用检测(SMD)的采集方式引入到共焦光路中，将SMD的采集方式与光锥变换(LCT)的重建算法结合，从而提高回波信号的信噪比。基于共焦非视域成像光路，首先通过激光器发射激光脉冲，然后使用SMD的方式采集隐藏物体的回波，最后通过LCT算法完成了重建。实验结果表明，单像素相机在共焦非视域光路中采用SMD的采集方式，可以提高信噪比，提高重建质量。     

一种基于分数阶傅立叶变换的超声编码激励方法

将编码激励技术应用到医学超声成像系统中,选择和设计合适的发射编码和脉冲压缩方法非常重要.文中提出采用加Tukey窗的Chirp信号作为发射脉冲,同时采用分数阶傅立叶变换的进行脉冲压缩的编码激励方法.将该方法与传统方法进行了比较研究,实验结果表明:文章提出的基于分数阶傅立叶变换的编码激励方法在先验性方面优于传统方法.     

时延差编码在水下声通信系统中的应用

本文研究一种基于 pattern-时延差编码的高速数字水声远程通信技术，这一技术可以改善浅海中的通信质量。该技术利用线性调频（LFM）信号矩形脉冲的时延值进行时延编码，在接收端进行峰值检测的基础上采用时延估计技术进行时延解码。实时实验结果表明，在较低信噪比和存在多途扩展的情况下，采用该技术仍可实现信息的远程可靠传输。     

三级同步感应线圈发射器

为了研究感应线圈发射器发射过程中的同步控制问题,设计并搭建了三级同步感应线圈发射实验装置.该装置采用一种基于仿真结果的定时控制方案:通过对驱动线圈机电模型的仿真.得出电枢在各级线圈中的最佳触发位置.进而得到在每两级驱动线圈之间的理论运动时间,并结合控制电路中信号延时,确定每两级驱动线圈之间的触发时间间隔,通过单片机设置...     

基于机器学习的金属近表面缺陷超声检测方法

在超声脉冲回波检测技术中,由表面回波产生的"死区"会隐藏近表面缺陷的回波信号,对于近表面缺陷的实际检测造成一定的干扰.针对上述问题,提出一种将数字信号处理与支持向量机相结合的方法,通过识别缺陷一次回波和二次回波,实现对近表面缺陷位置的准确计算.实验中,通过垂直入射超声脉冲回波法采集轴承内圈的A波信号,使用支持向量机分类...     

一种低失真度多普勒测速仪回波模型的构建和分析研究

为了支撑研究并评估多普勒测速仪(Doppler Velocity Log,DVL)信号处理算法的性能,需模拟海底回波信号,故需构建失真度低的海底回波模型.文章提出了扇环形海底回波模型,在此基础上,构建了一种基于散射理论的海底回波优化模型.将此优化模型和传统模型进行了对比分析,结果表明,优化模型较传统模型,与真实海底回波...     

编码发射技术在医学高频超声成像中的研究进展

高频超声成像以其高分辨和实时性好等优势成为近年来医学超声成像领域研究的热点。但由于超声的衰减随频率增加呈指数级升高,导致高频超声信号幅值小,图像信噪比低。为了增强高频超声成像的信噪比,近年来编码发射（又称编码激励）技术得到了越来越多的研究和应用。文章对近几年国内外编码发射技术在医学高频超声成像方面的应用和研究进展进行了综述,重点分析了Chirp码、巴克（Barker）码和格雷（Golay）码3种主要编码发射技术在高频超声成像方面应用的优缺点,并综合对比了各种编码发射技术在高频成像方面的应用前景。     

核磁共振测井信号调理与回波提取技术研究

针对核磁共振激励发射信号CPMG序列的特点,采用一种微弱信号调理技术对核磁共振回波信号进行预处理以便于回波信号的提取,并提出了一种相敏检波算法以提取相应的微弱回波信号.信号接收调理电路设计采取了隔离板与前置放大板配合协调工作,以达到防止高压发射信号冲击和微弱信号调理的作用.目前已经利用该信号调理技术与DPSD算法成功提取出相应的核磁共振回波信号.     

激光测距回波信号高速采样处理技术研究

激光脉冲测距中,微弱回波信号的检测处理一直是一个难题.随着测距指标的提高,直接提取回波转换电平的方法已无法满足测距精度和测程的要求.本文针对激光回波信号信噪比较低时,如信号的脉宽较窄、幅值较小时,利用高速AD采样技术,结合FPGA的高速信号处理能力,设计了一套回波检测处理系统,以期提高对回波信号的拾取精度和较为精确的计...