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ISBN: (纸本)9787118053432

关键词： 运动想象   脑机接口   小波变换   支持向量机   Mahalanobis距离  

摘要： 脑电信号(Electroencephalogram,EEG)是脑神经细胞电生理活动在大脑皮层和头皮的总体反映,其中包含了大量生理与疾病信息。由于脑电信号与人的意识活动状态有相关性,通过对脑电信号的分类处理,可以识别不同的意识活动状态,从而形成一种不依赖于大脑外周神经与肌肉正常输出通道的通讯控制系统,即脑—机接口(Brain Computer Interface,BCI)。运动想象指只是想象肢体运动而没有实际的肢体动作,运动想象时产生的脑电信号具有事件相关同步(ERS)和去同步(ERD)特征,通过分析运动想象脑电信号,可以判断想象者的运动意图,从而实现对外部设备的控制,因此运动想象脑电信号成为BCI系统最常使用的一种特征信号。 本文主要分析和讨论运动想象脑电信号的特征提取和分类算法,重点研究了基于小波分析的特征提取方法。分别采用时域局部阈值优化、离散小波变换(DWT)特定频带重构系数阈值优化、小波包重构系数能量特征、小波包子带系数均值和能量的优化组合特征作为分类器输入,对感兴趣时频带内的运动想象脑电信号进行分类;同时分析比较了基于能量差、Mahalanobis距离判别和支持向量机(SVM)的分类器性能。利用上述特征提取和分类算法对2003年BCI国际竞赛运动想象脑电数据进行分类,结果表明分类的最高正确率可以超过90%,其中基于小波包系数均值和能量的优化组合特征表现出良好的时频分辨能力和准确的区分效果,实验结果为后续在线BCI系统的设计和实现奠定了基础。

关键词： 运动想象脑电信号   脑机接口   EEG   BCI   特征提取  

摘要： 脑电信号(Electroencephalogram，EEG)是脑神经细胞电生理活动在大脑皮层和头皮的总体反映，其中包含了大量生理与疾病信息。由于脑电信号与人的意识活动状态有相关性，通过对脑电信号的分类处理，可以识别不同的意识活动状态，从而形成一种不依赖于大脑外周神经与肌肉正常输出通道的通讯控制系统，即脑一机接口(Brain Computer Interface，BCI)。运动想象指只是想象肢体运动而没有实际的肢体动作，运动想象时产生的脑电信号具有事件相关同步(ERS)和去同步(ERD)特征，通过分析运动想象脑电信号，可以判断想象者的运动意图，从而实现对外部设备的控制，因此运动想象脑电信号成为BCI系统最常使用的一种特征信号。 本文主要分析和讨论运动想象脑电信号的特征提取和分类算法，重点研究了基于小波分析的特征提取方法。分别采用时域局部阈值优化、离散小波变换(DWT)特定频带重构系数阈值优化、小波包重构系数能量特征、小波包子带系数均值和能量的优化组合特征作为分类器输入，对感兴趣时频带内的运动想象脑电信号进行分类;同时分析比较了基于能量差、Mahalanobis距离判别和支持向量机(SVM)的分类器性能。利用上述特征提取和分类算法对2003年BCI国际竞赛运动想象脑电数据进行分类，结果表明分类的最高正确率可以超过90％，其中基于小波包系数均值和能量的优化组合特征表现出良好的时频分辨能力和准确的区分效果，实验结果为后续在线BCI系统的设计和实现奠定了基础。

关键词： 伺服系统   跟随控制系统   数控系统   位置偏差   数控机床   脉冲编码器   伺服板  

摘要： 不同的数控系统虽然在结构和性能上有所区别,但在故障诊断上却有共同之处。熟悉和掌握数控系统故障诊断的步骤和方法,对提高故障诊断效率是很有帮助的。

关键词： TEMPEST   视频电磁信息泄漏   CRT   小波分析  

摘要： 随着信息技术的飞速发展,计算机已经普遍应用于各行各业,成为目前应用最为广泛的信息处理和信息传输的设备。而这些信息处理设备在商业、军事、政府中处理重要的涉密信息时,不可避免的会将信息以电磁辐射的方式向外泄漏,窃收者可以在一定范围内接收并重建这些信息,造成信息的泄密。 CRT显示设备是计算机系统中辐射最强、可视信息量最大、最易截获和复现视频信息的设备。本文针对CRT显示器进行研究,从计算机CRT显示器的结构、工作原理和产生电磁辐射的原因等方面进行分析,研究计算机视频信息的泄漏辐射机理、辐射模型以及泄漏信号特征信息,指出视频电磁泄漏信息截获的理论依据。在CRT电磁信息辐射时域和频域分析的基础上,侧重对截获的视频电磁泄漏信号的分析与处理技术研究,搭建了软硬结合的视频泄漏信号分析与处理系统。分别对黑白方格以及多个字符的电磁泄漏信号利用高精密存储设备进行采集,以傅立叶分析和小波分析为工具对采集的数据通过软件进行滤波降噪等分析处理,并对两者分析结果做了对比分析。最后利用提取的同步特征信息对部分泄漏的视频信息进行了还原尝试。 本文实现了对视频泄漏信号的分析,并对泄漏信号进行了滤波降噪预处理,为TEMPEST防护与接收还原技术、计算机TEMPEST产品的设计和研制奠定了基础。

关键词： 桥梁健康监测   信号分析与处理   Hilbert-Huang变换   时变结构   模态参数识别  

摘要： 大型桥梁健康监测的难点之一是对桥梁结构响应的客观、有效分析与处理。由于实测响应趋于非线性、非平稳,难以用发展相对成熟的线性和平稳过程理论来解释,因而迫切需要发展有效实用的结构响应分析与处理技术。 Hilbert-Huang变换(HHT)是一种全新的信号时频分析方法,本文在研究其基本理论的基础上,利用已建立的南京长江大桥健康监测系统,将HHT应用于桥梁监测信号的分析与处理中,并对时变结构的模态参数识别问题进行了研究。通过对实测结构响应进行更客观、有效、科学的分析和处理,探索桥梁结构复杂、非平稳响应的内在机理。 论文的主要研究内容如下: (1)提出了一种新的端点效应抑制方法——极值平移法,并将HHT与小波变换、Fourier变换进行了对比分析。端点效应是应用经验模态分解(EMD)的瓶颈问题,其有效解决对完善HHT理论具有重要意义。本文以信号端点及其附近极值的特征作为延拓依据,分别在信号两端各添加四个平移极值点,以此达到抑制端点发散的目的。实测响应的分解结果表明该方法计算效率高,可有效地减轻端点效应对EMD的影响;对比分析结果表明HHT在处理非线性、非平稳信号方面具有明显的优势。 (2)提出了一种消除桥梁响应信号中存在的短时强噪声干扰的方法。根据短时强噪声干扰会导致瞬时振幅和瞬时频率表现出明显异常的特点,通过拟合正常区段的数据来消除这种异常,从而使相应的IMF得到净化。数值仿真和南京长江大桥实测数据的处理结果表明了该方法的良好效果。 (3)将EMD用于桥梁监测信号的趋势分析中,寻求火车激励下桥梁复杂响应的构成机理。首先,计算桥梁在一定加载模式下的位移和应力响应。然后,用EMD把响应分离成不含趋势项的振动分量和趋势项,研究各分量对应的物理意义。最后,利用南京长江大桥健康监测系统采集的实测数据对响应构成机理进行了探讨。研究成果可应用于桥梁健康监测和状态评估的实际工程中。 (4)提出了一种识别时变结构模态参数的方法。推导出了利用时变单自由度结构的位移响应识别模态参数的理论表达式。然后根据EMD优良的模态滤波性能,将该方法扩展到时变多自由度结构的模态参数识别中。通过对时变多自由度结构的响应进行处理,从中分离出对应结构单阶模态的瞬态响应。仿真算例表明了该方法的良好识别效果。 (5)自行设计一时变结构实验,对本文提出的时变结构模态参数识别方法作进一步的研究。实验对象为一悬臂梁结构,通过振动时改变梁的附加质量和刚度的大小来实现质量连续变化、刚度连续变化和刚度突变三种时变结构,利用梁上测点的自由振动加速度响应识别结构时变的模态参数,并将识别结果与梁在几个指定状态下(时不变结构)模态参数的识别值以及理论计算值进行了对比和分析,从而表明了本文方法在实际应用中的可行性和有效性。

关键词： 焊缝跟踪   传感器   信号分析与处理   滤波   小波变换   机器视觉   图像处理  

摘要： 焊接是制造业中不可或缺的一种技术,为了提高焊接质量,提高生产效率,节省人力,国内外焊接工作者一直在不断地采取各种方法进行研究,以实现焊接过程的自动化。实现焊接过程的自动化关键是研制一套高效率的焊缝自动跟踪系统。 焊缝自动跟踪系统由三部分组成:传感器、控制器、执行机构。焊缝跟踪系统中传感器是最重要的组成部分,应用于焊缝自动跟踪系统中的传感器主要包括:电子式、光学式、电弧式和电磁感应式。而在焊缝跟踪系统的主要技术是焊缝的检测和控制算法。 本文概述了国内外焊缝自动化跟踪技术发展的状况和趋势,从生产实际对焊缝跟踪系统的技术要求出发,详细分析了电弧传感器和视觉传感器相结合的以工控机为构架的一个综合焊缝自动跟踪系统。 在基于电弧传感器的焊缝跟踪系统中,用电流互感器、放大器和数据采集卡搭建成采集电路以采集焊接电流信号,在对电流信号的处理和分析中,运用了传统的信号分析处理方法傅立叶变换和新兴的信号分析处理方法小波变换,通过比较两种方法的优劣以求得到更高精度和更方便的方法。 在基于视觉传感器的焊缝跟踪系统中,以VC为平台开发的一套焊缝跟踪系统。该系统主要包括建立了图像采集功能,完成了对焊缝图像的灰度转换、平滑、二值化、边缘检测、图像细化,最终通过HOUGH变换提取出焊缝的边缘,获取焊缝中心。并通过对获取的焊缝中心做了焊枪的运动仿真。

关键词： 混沌信号发生器   广义同步   脉冲同步   宽带信号模型   时频分析   加速度测量   模糊函数   信号时延   信号时间尺度变化   半盲信号提取   半盲信号分离  

摘要： 宽带信号具有良好的距离分辨率、电磁兼容性、抗干扰性能、较高的穿透能力和低截获特性,因此自上世纪60年代以来,在雷达和通信等诸多领域得到了广泛的应用。人们在宽带信号产生、分析与处理等方面取得了一系列有价值的成果;但是,随着新理论和新技术的问世,有关宽带信号研究的新成果也在不断的涌现。混沌信号是由确定性系统产生的伪随机信号,具有易于产生和控制等特点,在宽带和超宽带领域中引起了人们的极大关注。本文就是根据混沌理论的发展,研究基于混沌的宽带/超宽带信号的产生、分析和处理技术。 本文的主要工作和贡献可以归纳如下: 1.新型混沌信号源和实现 研究了混沌二相码序列驱动Colpitts电路实现的混沌系统,提出了由数字电路和模拟电路混合实现的混沌信号产生系统。数字部分产生脉冲信号驱动模拟部分直接产生符合要求的混沌信号;模拟部分又分为振荡器和滤波器两部分,由滤波器控制混沌信号的频谱范围。数值仿真和电路实验表明本文提出的混沌源不仅具有可控的信号频谱,也易于控制和同步。在模拟系统与数字激励之间实现广义同步时,可以用较低时钟频率的数字部分控制产生较高频率的混沌信号。 2.混沌信号时频分析算法 时间尺度信号计算是进行时频分析的核心运算。对混沌信号,我们首先揭示了混沌时间尺度信号与混沌系统参数之间的关系,然后提出了基于混沌同步的时间尺度混沌信号产生技术,最后发展了宽带混沌信号的模糊函数计算算法。在时间尺度混沌信号产生技术研究中,根据混沌系统是自治的还是非自治的,分别利用脉冲同步和广义同步理论,给出相应的产生技术。在提出的模糊函数计算算法方面,可采用模拟一数字混合结构实现模糊函数计算,为混沌信号分析和雷达应用提供了新手段。 3.混沌信号半盲提取与分离 提出了基于混沌同步的线性混合混沌信号的半盲提取和分离技术。在混沌信号提取方面,将提取矢量的估计问题转化为混沌系统输出函数参数的估计问题,然后构造基于同步的参数估计方法来提取混沌信号。在混沌信号分离方面,将信道和多个子系统看作一个整体系统,信道混叠参数变为未知的系统参数,然后构造基于同步的参数估计方法,从而分离混沌信号。基于同步的混沌信号分离技术充分利用了每个混沌源信号的产生信息,增强了分离技术的鲁棒性,在信噪比为0dB时仍然有效工作。混沌信号分离技术可应用于降低多用户通信和雷达系统中发射机之间的相互干扰,也可提高混沌信号雷达系统的多目标性能和抗多径干扰能力。

关键词： 近程毫米波LFMCW雷达   多周期模糊函数   多目标距离速度去耦合   加速运动多目标检测   寄生调幅与相位噪声   杂波测量   多目标回波信号模拟  

摘要： 毫米波LFMCW雷达体积小,重量轻,易于高度集成化,工作频带宽,分辨率高,敌方难以截获,抗干扰性能强并具有较好的全天候工作能力,从而使之在精确制导、战场监视、汽车防撞、工业控制、环境遥感等领域中有着广泛的应用前景。 本论文以近程制导应用为背景,依托实际工程项目,采用理论分析、仿真实验、工程验证相结合的方法,对近程毫米波LFMCW雷达目标信号模型、多目标运动参数估计、寄生调幅干扰抑制及相位噪声对多目标探测性能影响等进行了分析研究,在利用自行研制的一套Ka波段LFMCW雷达样机测量几种典型地物杂波特性的基础上,模拟了地杂波环境下的多目标回波信号,为工程项目的研究提供了理论基础与参考。本文的主要内容包括以下几个方面: (1)推导了毫米波LFMCW雷达目标回波信号在时域和频域上的表达式;通过信号复包络导出了具有大时带宽积的对称三角LFMCW信号的单周期和多周期模糊函数,分析和比较了这两种模糊函数的性质和特点;详细讨论了系统噪声、扫频非线性、时域加窗等损失因子对毫米波LFMCW雷达距离分辨率的影响。 (2)研究了多目标距离速度去耦合的方法。首先,针对现有方法对多目标检测时存在的缺点,提出了一种改进的发射变周期LFMCW信号法,实现了多目标距离速度去耦合。该方法利用对称三角波上下扫频得到的频谱对称性实现固定杂波的抑制,达到简化目标环境、提高目标检测性能的目的,同时利用区域滑动窗检测法实现目标回波信号频谱峰值检测,提高目标参数的估计精度。其次,提出了利用分数阶Fourier变换结合Radon-Ambiguity变换实现毫米波LFMCW雷达多目标距离速度去耦合的算法。在利用Radon-Ambiguity变换估计出调频率的基础上,结合分数阶Fourier变换准确地估算出信号的中心频率实现距离速度去耦合,进而得到正确的目标一维距离谱。第三,提出了利用分数阶自相关和分数阶Fourier变换实现多目标距离速度去耦合的方法,该方法在估计调频率时采用迭代方法进行一维扫描搜索,与Radon-Ambiguity变换方法相比具有更快的运算速度。仿真结果验证了这些方法的有效性。 (3)研究了加速运动多目标的检测。分析了目标具有加速度运动时毫米波LFMCW雷达的差拍信号,得出了差拍信号参数与目标运动参数之间的变化关系;推导了毫米波LFMCW雷达信号的加速度模糊函数及加速度固有分辨力关系式,研究了目标加速度对多普勒频率估计精度的影响;针对Wigner-Ville分布与Radon变换方法对多个目标参数估计时存在交叉项的弱点,提出利用改进型Wigner-Ville分布与Radon变换相结合的方法,消除交叉项引起的虚假目标从而提高了目标参数的估计精度,得到的仿真结果验证了该结论。 (4)研究了寄生调幅和相位噪声的影响。讨论了毫米波LFMCW雷达中的寄生调幅干扰,推导了采用变容管调谐方式的VCO输出信号,对系统产生寄生调幅干扰的原因进行了分析;设计了一种中频放大器以抑制寄生调幅干扰并分析抑制效果。建立了考虑相位噪声时毫米波LFMCW雷达目标的差拍信号模型,详细分析了相位噪声对多目标探测性能的影响。 (5)研究了毫米波雷达地杂波测量和杂波环境下多目标回波信号的模拟。研制了Ka波段LFMCW雷达杂波特性测量样机,利用角反射体对系统进行了定标,研究了地杂波特性的测量方法和测量步骤。对几种典型地物的散射系数进行了测量,根据实验场地条件确定了数据的有效独立采样数和所需测量次数,建立了数据处理的软件平台并采用软件门技术对回波数据进行处理,有效抑制了干扰信号的影响。对影响散射系数测量精度的因素进行了详细分析,总结了各个误差因素的误差估计值及系统累计误差。在测量小入射角条件下典型地面散射系数和统计特性的基础上,利用零记忆非线性变换法实现了小擦地角情况下的符合特定功率谱的韦布尔杂波仿真,完成了对小擦地角地杂波环境下的毫米波LFMCW雷达多目标回波信号的模拟。

关键词： 信号分析与处理   自动化专业   课程设置  

摘要： 随着信息与计算机技术的高速发展,以信息控制为主线,优化自动化专业的课程体系是学科发展的必然趋势。本文主要探讨了自动化专业开设信号类课程的必要性。根据自动化专业先修课程情况和学时数限制,将原"信号与系统"和"数字信号处理"的部分内容,融合成"信号分析与处理"课程。在教学实践中,优化教学内容,改革教学方法,加强教材建设,取得了较好的教学效果。