微弱信號檢測方法及應(yīng)用研究.pdf

1、微弱信號測量在激光測距、機械故障診斷、通信傳輸?shù)阮I(lǐng)域有著極其廣泛的需求。檢測淹沒在噪聲背景中的微弱信號是現(xiàn)代信號處理的研究熱點和難點。本課題根據(jù)微弱信號與噪聲特性，對互相關(guān)算法、譜分析鑒相法和Duffing振子混沌算法進(jìn)行了研究。
　　首先，針對微弱信號檢測在激光測距中的應(yīng)用，介紹了互相關(guān)算法和譜分析鑒相法。其中，互相關(guān)算法利用微弱信號與噪聲的不相關(guān)特性，從噪聲中提取出待測信號并與參考信號進(jìn)行互相關(guān)運算，進(jìn)而確定延遲時間。譜分析鑒

2、相法通過頻域變換，對待測信號與回波信號主譜線處的相位角相減，計算出兩信號的延遲時間。同時，對基于Duffing振子的混沌算法進(jìn)行了描述，根據(jù)混沌對噪聲的免疫力及周期信號的敏感性，建立了微弱信號檢測模型。
　　其次，基于Matlab設(shè)計互相關(guān)算法和譜分析鑒相法檢測模型。針對不同參數(shù)條件進(jìn)行仿真，確定了兩種算法的釆樣頻率及數(shù)據(jù)長度選取準(zhǔn)則，且頻率偏移對兩種算法影響較大，即在頻率出現(xiàn)微小偏移時，誤差超過3％。在噪聲干擾下，互相關(guān)算法雖然

3、信噪比可達(dá)到-2dB，但性能不穩(wěn)定，而譜分析鑒相法性能穩(wěn)定，在信噪比大于18dB時，最大誤差小于3%，進(jìn)而確定釆用譜分析法進(jìn)行實驗。基于QuartusⅡ設(shè)計譜分析鑒相模型，選取釆樣頻率為128kHz，信號頻率為1kHz，數(shù)據(jù)長度為128時基于Modelsim仿真，在不同相位差時，誤差小于0.08%即0.072°、為FPGA的實現(xiàn)奠定了基礎(chǔ)。
　　再次，搭建硬件平臺，實現(xiàn)基于FPGA的相位式激光測距實驗，選取系統(tǒng)主頻25MHz，信號

4、頻率195312.5Hz，數(shù)據(jù)長度128，得到不同相位差時誤差小于0.09%，精度為0.0234m。即設(shè)計了一種高速、高精度的激光測距方案，可用于工程應(yīng)用中激光測距儀的設(shè)計。
　　最后，針對軋輥偏心現(xiàn)象，介紹了乳親偏心信號的模型，偏心信號為微弱周期信號，選取混沌算法進(jìn)行檢測，以某軋機偏心信號為例，驗證了算法的可行性。針對Duffing振子混純模型存在的3個問題，提出結(jié)合變尺度思想與逆向相變思想進(jìn)行改進(jìn)，并作了初步分析，可有效解決存