基于随机解调的模拟信息转换器设计

压缩感知理论表明,利用信号的稀疏特性可以对信号进行压缩采样,再从少量的观测值中高概率地恢复出原始信号。模拟信息转换器以压缩感知理论为基础,能实现亚奈奎斯特率采样。与传统的模数转换器相比,模拟信息转换器可以有效降低采样速率。提出了一种基于随机解调的模拟信息转换器架构,采用全无源电路实现压缩采样单元。创新性地提出一种全无源的混频电路结构,分两路对被测信号进行随机采样,混频结果经压缩积分网络实现再采样均分运算,从而实现采样信号压缩。压缩采样信号经过量化器得到对应的数字输出编码。实验结果表明,所设计的模拟信息转换器,其峰值信噪比可达到52 dB。     

模型特征映射的开关电容模拟信息转换器设计

模拟信息转换器(AIC)是模拟数字转换器的替代品,在频域稀疏信号处理中得到了广泛的应用。AIC通过将压缩感知理论从理想的数学计算模型直接映射到物理电路来实现稀疏傅里叶级数系数的测量,同时它引发了模型不匹配的固有问题。提出了一种基于系统状态空间模型系数矩阵的特征值映射的AIC设计方法,为如何从AIC计算模型出发设计电路参数提供了具体的方法。将此方法应用于无源开关电容采样电路,仿真结果表明:重构后的信噪比可达58.8 dB。     

基于调制宽带转换器的机械振动信号检测

针对目前机械振动信号频带越来越宽,以香农采样定理对其进行采样将会带来海量数据的传输、存储及处理等一系列问题,提出一种基于调制宽带转换器(modulated wideband converter,MWC)的机械振动信号采样方法,可以实现对高频振动信号的低速采样。首先在频域中按照机械振动信号能量的集中程度将其频谱划分为若干数量的频谱片段,然后根据机械振动信号的最高频率、划分谱带数和谱带最大带宽等先验知识设计合理的MWC采样系统参数,最后利用MWC采样系统实现对机械振动信号的低速采样并从欠采样数据中恢复出原始信号。仿真实验表明:在不损失振动信息的前提下,该方法可以有效降低后端采样设备的采样速率,并且可以从少量采样数据中实现高概率信号重构。     

用于心电信号的能量最大化模拟信息转换系统

现有便携式心电采集系统需要低功耗高分辨率的模拟数字转换模块,虽然基于脉冲宽度调制的模拟信息转换器(AIC)可以有效降低系统的采样速率,但是该系统量化部分的转化时钟与量化精度成正比,因此存在功耗过高的问题.依据心电信号的能量不均衡特性,提出一种基于功率熵的精度可调时间-数字转换模块(TDC)设计方法.以能量最大化作为设计...     

模拟主用户攻击情况下的压缩宽带频谱感知

由于ADC采样速率的限制,特别是在恶意用户试图模拟主用户(PU)以阻止次用户(SU)接入空闲授权频谱的情况下,使得认知无线电网络(CRN)中的宽带频谱感知技术面临着极大的技术挑战。针对这些问题,本文提出一种基于随机矩阵理论的压缩宽带频谱感知方法(RMT-CWSS)。RMT-CWSS算法利用随机矩阵理论直接对压缩观测数据进行处理,无需重构出原信号即可实现对宽带频谱进行感知。同时,为了减轻次用户在数据获取和频谱感知过程中的开销,本文提出一种基于传感器节点(SN)辅助感知的合作频谱感知架构。理论分析与仿真结果表明,在存在恶意用户模拟主用户进行攻击的情况下,与传统的基于RMT的宽带频谱感知方法相比,该算法具有复杂度更低、感知性能更好、更稳定等优点。     

基于超素数的托普利兹观测矩阵构造方法

观测矩阵在信号压缩感知中十分重要,直接决定信号的重构质量。为保证信号的重构精度,要求观测矩阵具有很强的随机性,但随机矩阵硬件实现非常困难;确定性观测矩阵易于实现,但其重构精度不足。针对观测矩阵对随机性与确定性的双重要求,提出利用超素数产生超长周期的伪随机序列,解决确定性观测矩阵对随机性的要求;结合托普利兹观测矩阵的确定性结构特征,得到一种改进的托普利兹观测矩阵。实验仿真表明:改进的托普利兹观测矩阵与高斯随机观测矩阵和常用托普利兹观测矩阵相比,其信号重构精度得到了很好的改善,且易于硬件实现。     

基于ARM的Ethernet-GPIB转换器设计

本文介绍了一种基于S3C44B0X的Ethernet-GPIB转换器的硬件设计,软件上也给出了完整实现.由于采用了嵌入式设计方法,系统的电路得到简化,并提高了系统的可靠性.     

最小化预测残差的图像序列压缩感知

提出了一种最小化预测残差的图像序列压缩感知算法以实现高速相机输出图像的实时压缩.首先,在编码端仅使用映射矩阵对原始输出图像进行压缩,将压缩得到的观测向量通过信道传输到解码端.接着,在解码端对相邻帧进行运动估计和运动补偿,得到一幅待重建图像的预测图像,利用压缩感知算法对原始图像和预测图像之间存在的预测残差图像进行重建.最后,用迭代的方法优化预测残差图像的重建结果,直到连续两次的重建结果之差小于设定阈值,从而获得重建的原始图像.采用DALSA公司的CR-GEN0 H6400相机进行的实验表明,该算法可以实现1 000 frame/s图像的实时压缩,并且图像重建质量比独立地重建每张图像至少提高了2～6 dB,有效地实现了对高速相机输出图像的实时压缩与高质量重建.     

基于串行数模转换器的DeviceNet通信模块设计与实现

本文根据串行D/A转换器与DeviceNet通信特点,采用串行D/A转换器MAX521实现DeviceNet通信模块的数模转换。详细阐述了DeviceNet通信模块内部D/A转换器MAX521的工作原理,提出了DeviceNet串行数模转换解决方案,并给出了详细的软硬件设计与实现。完成了实验测试,并对实验测试结果进行了讨论分析,证实了本文所提出的设计方案的正确性,完全达到了预期的效果。     

基于过完备线性预测字典的压缩感知语音重构

基于语音信号帧内样值间的相关性和冗余域的稀疏性,针对采用离散余弦转换矩阵及基追踪方法对压缩感知采样语音进行重构时,语音稀疏性不够好导致大压缩比采样后重构效果差的缺点,提出采用过完备线性预测字典做转换矩阵,用基追踪重构算法对压缩感知采样语音进行高质量重构。该方法预先由训练语音的预测系数聚类构造过完备字典,不需要测试语音的预测系数;基于过完备线性预测字典重构信号性能良好。对利用基追踪重构的语音进行了主客观评价,得出结论:同样的观测数目下,基于过完备线性预测字典比基于离散余弦变换矩阵压缩感知采样语音重构信噪比高出3～8 dB。     

基于小波变换和压缩感知的低速率语音编码方案

本文提出一种新的低速率语音编码方案,基于语音信号小波变换高频系数的稀疏性,利用压缩感知原理,将小波变换高频系数进行压缩感知投影成数据量大大减少的观测序列,然后对观测序列采用码激励线性预测技术进行编解码,根据解码后的观测序列,利用线性规划技术对小波变换高频系数进行重构,小波变换低频系数采用矢量量化技术编解码,并采用后置低通滤波器改善解码后小波高低频系数合成语音的听觉效果。该编码方案在低数码率(2.64～3.5 Kb/s)时得到的重构语音平均MOS分为3.0～3.4,达到4.8 Kb/s码激励线性预测语音编码质量。     

基于数值模拟的离心泵性能预测

应用CFD软件FLUENT对离心泵内部整个三维流场进行数值模拟.在0～1.35Qopt范围内对14个不同工况点的扬程、轴功率和效率等性能参数进行了预测,并根据计算结果绘制了性能曲线.通过对由不同计算域组成的计算结果进行比较,证明了当计算域包含叶轮前后腔及密封环间隙时计算结果更准确、更合理.本文为检验离心泵的性能提供了一种进行"虚拟试验"的方法,在新产品设计开发的过程中具有一定的应用价值.     

基于SOPC的GPIB-UART接口协议转换器设计

基于SOPC平台,利用Nios Ⅱ处理器,研究GPIB和UART协议的控制器,实现了GPIB-UART接口协议转换器的设计,为片上集成仪器接口协议控制器的研制奠定基础,同时为其他类型的接口协议转换器的研究建立了基础性的技术平台。     

基于改进m序列的压缩采样观测矩阵设计

为了降低对嵌入式系统数据采集的硬件要求,提出了一种适用于模拟信号采集系统的压缩采样方法,为压缩感知观测矩阵提供了一种低功耗硬件实现方法。介绍了观测矩阵设计的相关要求,并提出了带压缩采样矩阵的高斯随机观测矩阵及基于改进的m序列的压缩采样矩阵硬件实现方法。考虑系统功耗及外围电路复杂度问题,提出利用MSP430微处理器完成压缩采样系统设计,并利用滚珠丝杠动态测试中的振动信号完成对系统的验证。实验结果表明,该系统能以低于亚乃奎斯特采样频率的采样率对振动信号进行压缩采样,能较为精确地重构出原始信号。     

高精度A/D转换器的设计与实现

高精度A/D转换器实际测量中有着广泛的工程应用,其中三斜积分式A/D转换电路具有结构简单、线性度好的优点。为实现高精度设计,对积分过程的精确控制和高位数计数器的设计尤为关键。该设计为16位高分辨率的双积分式直流A/D转换器,积分电路采用普通元器件实现,利用89S51单片机及FPGA器件实现数字计数及显示功能,同时采用89S51单片机编程实现直流电压表量程的自动转换、自动校零和液晶显示等功能。     

基于压缩感知的低速率语音编码新方案

利用语音小波高频系数的稀疏性和压缩感知原理,提出一种新的基于压缩感知的低速率语音编码方案,其中小波高频系数的压缩感知重构分别采用l1范数优化方案及码本预测方案进行,前者对大幅度样值重构效果较好,且不仅适用于语音,也适用于音乐信号,具有传统的线性预测编码方法无法比拟的优势,后者对稀疏系数位置的估计较好,且不需要采用压缩感知重构常用的基追踪算法或匹配追踪算法,从而减少了计算量.两种方法的联合使用能发挥各自的优势,使得重构语音的音质进一步改善.     

基于维护信息的飞机驾驶舱效应预测

飞机在飞行过程中会产生故障信息。通过分析维护信息和驾驶舱效应的关系,预测出驾驶舱效应,进而采取合适的维护使得航班延误最小化甚至消除,同时避免子系统过早及不必要的更换。目前,国内对驾驶舱效应预测的研究甚少。因此,故障预测方法的研究对飞机维护具有重要意义及实际应用价值。     

基于MPI的电源转换器下盖注塑模设计

利用CAE技术,以电源转换器下盖模具的设计为例,采用Motdflow软件对塑件成型进行有效的模拟分析,并根据模拟结果,改进模具结构设计,实现模具结构的合理设计并确定合适的工艺参数,缩短了模具开发周期,提高了效益。     

基于改进高斯随机测量矩阵的切削力信号压缩感知方法

高速加工过程中,依据传统Nyquist-Shannon采样定理进行信号采集通常会面临海量数据的存储、传输和处理难题.基于压缩感知理论提出了一种切削力信号采集新方法,实现信号压缩式采集.选择高斯随机矩阵作为基础测量矩阵,并结合近似正交三角分解和最小相关系数法对高斯随机矩阵进行重新设计,提高其压缩测量性能,再借助高效的压缩...     

基于2D-DCT等效矩阵的压缩成像

压缩感知理论允许人们通过少于采样定理要求的测量值重建信号。受到测量矩阵设计方面的限制,使用快速的贪婪算法重建时需要一个稀疏分解矩阵。目前通常根据一维变换构造稀疏分解矩阵,无法体现图像的结构信息。本文通过构造二维离散余弦变换(2D-DCT)等效矩阵来解决这一问题,通过重建图像二维变换系数的手段达到保护结构信息的目的。该等效矩阵与图像列序向量相乘得到的系数均来自图像2D-DCT变换,所以使用这种等效矩阵作为稀疏分解矩阵可以令贪婪算法重建的结果与图像2D-DCT变换系数相同,进而令基于2D-DCT等效矩阵的压缩成像可以在使用快速贪婪算法的同时保持图像的二维结构信息,并且不增加软硬件成本,实验显示该方法有效改善了图像重建的效果。