分布式光纤振动传感系统的多级零频点定位研究

为了减少直线结构Sagnac分布式光纤传感系统的定位误差,提出一种多级零频点的优化方法,通过分析直线结构Sagnac分布式光纤传感定位原理,确定固定的采样速率下离散化是造成定位误差大的原因.并分析得出振动信号频域曲线会周期出现多个零频点,进而对振动定位的多级零频点优化方法进行了理论推导,阐明高倍零频点下的定位误差会有效减小.通过实验验证表明,在总长为11.769 km的传感光纤上,优化后的定位方法在不改变采样速率下可保证定位误差提升到±20 m范围内,可以基本满足系统对外界振动信号进行精确定位的要求.     

基于光频域反射仪的机载光缆连接检测技术

现阶段主要通过光时域反射仪（OTDR）检查机载光缆的连接情况,但商用OTDR的最优空间分辨率仅为分米量级且存在“死区”,无法对相距仅为厘米量级的连接头进行检查,在总装和试验试飞阶段多次导致光缆故障排除进度拖延。因此提出使用光频域反射仪（OFDR）对机载光缆网络进行高空间分辨率检测。搭建OFDR系统,利用相位噪声补偿算法解决激光器相位噪声和扫频非线性问题,达到5 mm空间分辨率指标。利用该系统对实际机载光缆进行检测,可以正确区分相距仅4 cm的两个连接器,准确定位了连接故障位置,有效提高了光缆故障排除效率。     

面向斜滑坡安全监测的OFDR光纤 应力传感系统

斜滑坡安全监控对于保障国民人身安全,维护社会稳定具有重要作用。近年来,分布式光纤应力传感技术已经成为了斜滑坡监测的重要手段,然而光时域反射计(OTDR)和布里渊光时域反射计(BOTDR)技术存在空间分辨率相对较低等不足,限制了其在斜滑坡内部应力监测的应用。本文提出了一种基于光频域反射计(OFDR)的斜滑坡光纤传感监测系统,利用 光纤微弯应力传感器实现了应力的测量。实验结果表明该系统的测量距离达到1300ｍ以上,空间分辨率小于5 ｃｍ,压强测量范围为 ０~ 20ＭＰａ,最大相对误差为 4.44%,该系统在三峡库区进行了现场实地测试,结果表明,该系统能精确地测量到位于63.78ｍ、146.26 ｍ 和 171.17ｍ处的3个内部应力。     

基于Kriging的加密自动气象站要素场插值与改进

为了解决加密自动气象站资料的时空分辨率高,对资料中各个要素场插值计算时耗长,难以应用到对实时性要求高的业务系统中的问题,提出一种改进的Kriging算法,针对加密自动站的空间分布和气象学特点,预先对自动站分区,并对要素场插值的算法流程进行优化,提高其计算速度,以满足相关业务对气象数据实时性的要求。实验结果证明,本方法插值结果更接近实际观测值,且计算速度提升了约20倍。     

井下频域超分辨率TOA定位算法

文章在分析3种无线定位方法的基础上,指出TOA定位方法提供的定位精度较高,在井下使用具有一定的可行性,并针对TOA定位方法的时间分辨率有限、不能满足井下应用要求的问题,提出了一种基于子空间分解和MUSIC算法的频域超分辨率TOA定位算法,最后采用该算法分别对收发天线间有、无障碍物阻隔这2种情况进行了仿真。结果表明,频域超分辨率TOA定位算法在低信噪比的情况下也可以提高时间分辨率,达到较高的定位精度,比较适用于井下人员无线定位。     

基于测温准确性的BOTDA空间分辨率规范研究

基于布里渊散射的分布式光纤传感技术因能同时监测温度和应变而迅速发展,目前仅少数国家研制了测试布里渊频率偏移量的专用设备—布里渊时域分析仪(BOTDA,Brillouin optical time domain analyzer)。BOTDA测量频谱偏移量的准确性与设备的物理参数—空间分辨率有密切关系,目前对BOTDA空间分辨率尚无明确定义。从测温准确度、信号分析及厂家自定义等角度出发给出4种不同定义,并通过实际测温实验对4种定义方法进行比较。结果表明,对于标称分辨率为0.5 m的设备,采用不同定义时得到的空间分辨率在0.5~0.8 m之间变化,其中-3dB带宽定义严谨规范,而测温准确度定义更符合实际应用需要。     

WSN中基于指纹匹配的室内定位方法

定位技术在无线传感器网络应用中发挥着重要的意义,GPS等室外定位方法在室内环境中信号差,在场景复杂的室内环境中很难有效定位,因此本文实现的一种基于指纹匹配的WSN室内定位方法。 首先构建定位区域中的信号强度指纹地图,利用Kriging插值算法构建分辨率较高的定位指纹地图,然后进行匹配指纹地图定位,采用余弦相似度和空间索引进行目标定位。最后采用K-means提高定位精度并进行优化,基于该定位方法开发了一套WSN室内定位系统,采用Micaz节点作为基站节点,通过实际实验和仿真实验验证了定位方法在室内定位场景中具有较好的抗障碍物干扰性,定位误差在5cm左右。     

快速方向字典插值的中低倍率超分辨率算法

在中低倍率实时超分辨率显示系统中,为了进一步提高重建图像质量的同时降低运算复杂度,提出了一种全方向字典拟合插值的中低倍率快速超分辨率算法。对每个高分辨率图像中待插值像素,首先在对应的低分辨率插值区间中,采用金字塔纹理字典查找主纹理方向,然后根据待插值像素位置进行插值方向修正,最后通过单边拟合的插值方法得到插值结果。实验结果表明,与基于线性映射的边缘定位超分辨率算法(SREO)相比,该算法的峰值信噪比(PSNR)和结构相似度(SSIM)平均分别提高了0.73 dB和0.04,同时平均运算时间减少了40%。     

胶囊内窥镜倾角传感式磁跟踪系统的设计

为了提高胶囊内窥镜的跟踪精度,增强实时性,提出了倾角传感与磁场传感相结合的无线跟踪方法。推导了倾角传感模块在跟踪系统中的角度测量原理,基于坐标旋转和空间磁场理论,建立了倾角传感式磁跟踪数学模型,获得了胶囊方位与磁场信号的数学关系式。根据倾角传感的磁跟踪方案,设计开发了系统样机,包括:磁场发生装置、倾角式无线磁传感模块、无线数据接收装置、数据处理平台。跟踪实验表明,角度跟踪平均误差为4.2°、4.5°,标准偏差为2.2°、2.4°;x分量、y分量、z分量的平均位置误差为0.011 3 m、0.012 1 m、0.010 4 m,标准偏差为0.008 2 m、0.007 5 m、0.006 8 m。倾角传感器的引入减少了励磁源的个数,减小了每轮跟踪的采样数据量和采样时间,简化了非线性方程组的求解,进一步提高了跟踪精度。     

对不同分辨率图象进行空间分辨率改善的频域方法

图象空间分辨率的改善在遥感图象和计算机视觉的一些应用中非常必要。已有的一些空间分辨率改善的频域方法是针对多幅相同空间分辨率图象的频谱解混叠方法。本文从分辨率低的欠采样图象会导致相应空间频率域频谱混叠的理论出发，给出了多次欠采样图象在频率域混叠的更一般的公式，并给出一种针对不同分辨率图象解频谱混叠的逐行迭代方法。最后通过计算机仿真实验对本文所述理论进行了验证。实验表明，该迭代解法在有噪声情形下也具有很好的收敛性。     

基于量子行为粒子群优化算法的图像插值方法

传统图像插值方法简单,容易实现,但经过插值后的图像会增加一定的虚假内容,导致图像模糊。为提高插值图像的质量和图像的分辨率,提出一种基于量子行为粒子群优化（QPSO）算法的图像插值方法。该方法利用QPSO算法在以传统插值图像为基础形成的解空间中,寻找符合目标函数的最优高分辨率图像。实验证明,该方法实用、可行,且能得到质量较好的插值图像。     

Mean-Shift跟踪算法中核函数窗宽的自动选取

传统核窗宽固定的Mean-Shift跟踪算法不能很好地对逐渐增大尺寸的目标进行有效的跟踪.在分析同一目标在不同尺度下核直方图基于Bhattacharyya系数相似性的基础上,发现并证明了在核窗宽固定的条件下,目标在其窗宽范围内进行缩放、平移运动并不影响Mean-Shift跟踪算法空间定位的准确性.在此基础上,提出了一种基于后向跟踪、形心配准的核窗宽自动选取算法.对尺度渐大的车辆进行的跟踪实验验证了该算法的有效性.     

一类推广的两步鲁棒辨识算法

基于传统的两步辨识方法，提出一类当频域数据样本在系统频率段上非均匀分布时的H∞鲁棒辨识方法，分析了相应的最差情况的辨识误差，并给出了采用Lidstone插值样条算子和三角窗函数时显式最差情况辨识误差上界。     

DFT插值算法在鼓风机故障模式识别中的应用

提出一种离散频谱估计新方法,该方法在传统插值方法基础上运用加零技术,能较快确定频谱的小数部分。新方法提高了离散频谱估计的速度与精度,并能被应用于煤气鼓风机等旋转机械的故障模式识别。实验结果表明,新算法有效提高了煤气鼓风机故障模式识别的准确度。此外,仿真研究显示,该方法不仅在噪声条件下的估计误差较传统算法低,而且能适用于除汉宁窗以外的其他经典窗函数,具有较强的兼容性与鲁棒性。     

基于MLX90620的低成本红外热成像系统设计

开发了一种基于非制冷红外焦平面阵列的红外热成像系统.为降低成本,系统选用具有16 pixel ×4 pixel输出像素的红外焦平面阵列探测器MLX90620进行红外辐射强度探测.为获得高分辨率、高质量的红外图像,提出一种将多项式插值与双线性插值相结合的算法,先利用多项式插值提升热像分辨率至64 pixel×16 pixel,再通过双线性插值算法扩充分辨率至256 pixel ×64 pixel,对人体进行热成像实验表明:该算法在提高图像分辨率的同时,保留了更多的细节信息.     

方向映射拟合插值的中低倍率超分辨率算法

在中低倍率实时超分辨率显示系统中,为了再进一步提高重建图像质量,提出了一种方向映射拟合插值的中低倍率超分辨率算法.对每个高分辨率图像中待插值像素,首先在对应的低分辨率插值区间中,采用映射查表得到主纹理方向,然后根据待插值像素位置和相邻插值区间的主纹理方向进行插值方向修正,最后通过单边拟合的插值方法得到插值结果.在Intel I5-6400 CPU@2.7 GHz, 8 GB内存, Windows7 64位平台下,进行以set5和set14数据集为主的测试,实验结果表明,与基于线性映射的边缘定位超分辨率(super resolution using edge orientation based linear mapping,EOLM)算法相比,该算法峰值信噪比(peaksignalnoiseratio,PSNR)和平均结构相似度(structuralsimilarity,SSIM)分别平均提高1.54 dB和0.05,同时平均运算时间减少约40%.     

基于加窗插值和ESPRIT的电力系统间谐波算法

临近谐波或基波的间谐波是导致电压闪变的直接原因.为准确检测间谐波,通过分析加窗插值算法和ESPRIT的局限性,提出基于加窗插值和ESPRIT的间谐波检测方法.通过加窗插值求解各个信号参数,采用频率分析定位临近谐波和间谐波所在频率区间,并采用ESPRIT算法计算时域滤波后的残差分量.仿真对比结果表明,该方法的频率分辨率和精度均优于加窗插值法和传统ES-PRIT算法,能有效消除伪谱的影响.     

GPS软件接收机信号捕获频率分辨率的研究

为了提高GPS软件接收机信号捕获的载波频率分辨率,在频域并行频率空间搜索捕获方法中,利用加大分析数据长度可以提高频率分辨率的优点,结合频域并行码空间搜索捕获方法,构成了一种混合搜索方法。仿真结果表明本方法在略微增加捕获时间的基础上提高了载波频率分辨率,保证了后续信号频率跟踪环节的准确性和快速性。     

分布式光纤温度和应变传感系统研究进展

基于布里渊散射的分布式光纤传感系统是面向温度、应变等参数的高测量精度、高空间分辨率、高频率分辨率的监测手段.分别从光纤传感器设计与模拟、传感光纤的选用、传感技术辅助提升等三个方向总结和分析了基于布里渊散射的分布式光纤温度-应变传感系统的研究与发展现状;介绍了分布式光纤传感系统在油井、海底电缆等领域的应用;并展望了未来的研究发展趋势.     

基于相位生成载波的全光纤传感器定位研究

分布式光纤传感系统可应用于长距离、强电磁干扰环境下的监测.提出了一种用相位调制器进行外调制来提高分布式光纤传感器定位精度的方法.构造基于迈克尔逊干涉仪的全光纤振动传感器系统,并在反射端加相位调制器进行调制,使经过反射端反射的光干涉后的信号处于高频段,而未经反射端反射的光干涉后的信号处于低频段.通过高通滤波和相位解调,获得与外界扰动呈正比的信号,用这一信号进行定位,可以消除因为光纤中的瑞利散射等产生的回光干涉信号的频谱叠加,提高定位精度.该方法结构简单,易实现,通过理论分析和实验证明:采用该方法可以有效提高系统的定位精度.