現(xiàn)代信號(hào)分析與處理(長(zhǎng)安大學(xué))

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1、現(xiàn)代信號(hào)分析與處理機(jī)械工程課程名稱:專業(yè):姓名:學(xué)號(hào):指導(dǎo)教師:XXXXXXXXXXXXXXXX王海英二O—五年一月課程總結(jié)木課程主要介紹工業(yè)自動(dòng)化，環(huán)境監(jiān)測(cè)，樓宇控制，交通等領(lǐng)域中常見物理量（壓力、應(yīng)變、位移、加速度、溫度等）的傳感器測(cè)量原理、測(cè)量電路原理和信號(hào)分析方法。主要內(nèi)容如下:傳感器原理、信號(hào)分析基礎(chǔ)、測(cè)試系統(tǒng)特性、模擬信號(hào)處理、數(shù)字信號(hào)處理、虛擬儀器技術(shù)與工程應(yīng)用。傳感器是借助檢測(cè)元件將一種形式的信息轉(zhuǎn)換成另一種信息的裝罝。能量轉(zhuǎn)換型:直接由被測(cè)對(duì)象輸入能量使其工作.例如:熱電偶溫度計(jì)，壓電式加速度計(jì)

2、。能量控制型:從外部供給能量并由被測(cè)量控制外部供給能量的變化.例如:電阻應(yīng)變片。主要介紹電阻式傳感器、電容式傳感器、電感式傳感器、磁電式傳感器、壓電式傳感器、磁敏元件傳感器等。信號(hào)的分類主要是依據(jù)信號(hào)波形特征來劃分，本章介紹信號(hào)分類方法，信號(hào)時(shí)域波形分析方法，信號(hào)時(shí)差域相關(guān)分析方法，信號(hào)頻域頻譜分析方法燈。信號(hào)的吋域波形分析是最常用的信號(hào)分析手段，用示波器、萬用表等普通儀器直接顯示信號(hào)波形，讀取特征參數(shù)。以幅值大小為橫坐標(biāo)，以每個(gè)幅值間隔內(nèi)出現(xiàn)的概率為縱坐標(biāo)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析的方法。它反映了信號(hào)落在不同幅值強(qiáng)度區(qū)域內(nèi)的

3、概率情況。測(cè)試系統(tǒng)是執(zhí)行測(cè)試任務(wù)的傳感器、儀器和設(shè)備的總稱。木章介紹測(cè)試系統(tǒng)特性對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響以及測(cè)試系統(tǒng)的測(cè)量方法。靜態(tài)測(cè)量時(shí)，測(cè)試裝置表現(xiàn)出的響應(yīng)特性稱為靜態(tài)響應(yīng)特性。無論復(fù)雜度如何，把測(cè)量裝置作為一個(gè)系統(tǒng)來看待。問題簡(jiǎn)化為處理輸入量、系統(tǒng)傳輸特性和輸出三者之間的關(guān)系。信號(hào)調(diào)理的目的是便于信號(hào)的傳輸與處理。傳感器輸出的電信號(hào)很微弱，大多數(shù)不能直接輸送到顯示、記錄或分析儀器屮去，需要進(jìn)一步放大，有的還要進(jìn)行阻抗變換。有些傳感器輸出的是電號(hào)中混雜有干擾噪聲，需要去掉噪聲，提高信噪比。某些場(chǎng)合，為便于信號(hào)的遠(yuǎn)距離

4、傳輸，需要對(duì)傳感器測(cè)量信進(jìn)行調(diào)制解調(diào)處理。本章介紹模擬信號(hào)放大電路原理，信號(hào)調(diào)制解調(diào)原理，信號(hào)濾波器工作原理等。數(shù)字信號(hào)處理主要研究用數(shù)字序列來表示測(cè)試信號(hào)，并用數(shù)學(xué)公式和運(yùn)算來對(duì)這些數(shù)字序列進(jìn)行處理。內(nèi)容包括數(shù)字波形分析、幅值分析、頻譜分析和數(shù)字濾波。本章介紹信號(hào)模數(shù)轉(zhuǎn)換和數(shù)模轉(zhuǎn)換原理，信號(hào)采樣原理能正確選擇采樣頻率，數(shù)字信號(hào)處理中信號(hào)截?cái)?、能量泄漏、柵欄效?yīng)等現(xiàn)象，常用的數(shù)字信號(hào)處理方法。虛擬儀器是在計(jì)算機(jī)上顯示傳統(tǒng)儀器面板，它將硬件電路完成的信號(hào)調(diào)理和處理功能由計(jì)算機(jī)程序完成，這種硬件功能軟件化是虛擬儀器的

5、一大特征。本章介紹虛擬儀器的構(gòu)成和工作原理，常用的虛擬儀器開發(fā)平臺(tái)。陣列信號(hào)處理相關(guān)技術(shù)研宄1高分辨率DOA技術(shù)1.1子空間類算法DOA(波達(dá)方向)估計(jì)的基本問題就是確定同時(shí)處于空間某一區(qū)域內(nèi)多個(gè)感興趣的信號(hào)的空間位置(DOA)。陣列接收數(shù)據(jù)的協(xié)方差矩陣經(jīng)過特征值分解，可分為信號(hào)子空間和噪聲子空間。利用信號(hào)子空間和噪聲子空間性質(zhì)的空間譜方法稱為子空間類算法。子空間類算法又可分為兩種：一種利用噪聲子空間的噪聲子空間類算法，代表為MUSIC算法：另一種是利用信號(hào)子空間的信號(hào)子空間類算法，代表為旋轉(zhuǎn)不變技術(shù)(ESPRI

6、T算法)。1.1.1MUSIC算法假設(shè)陣列陣元的加性噪聲為空間白噪聲，有P個(gè)信號(hào)入射到?4元陣列(p

7、導(dǎo)向矩陣正交UHna(0)=00G{0,0203,0由于u=[us,un]為酉矩陣，不冋的特征值對(duì)應(yīng)的特征向量相互正交，所以UsHUn=0由上式可知，陣列輸出方向矩陣A與陣列數(shù)據(jù)矩陣的協(xié)方差矩陣的信號(hào)特征向量組成的子矩陣U。張成的子空間相同，可以表示為：span{0!0203,…，GP)=span{u，…，up)}其中，a(0i)=[bexp(-j2(d/入)sin(();))，…，exp(-j2n(d/入)sin(()i))]由式可得，噪聲特征值所對(duì)應(yīng)的特征向量與信源的方向正交。空間譜估計(jì)形式P.Music(e

8、)=l/aH(0)UNUNHa(0)上式分母為信號(hào)向量與噪聲矩陣的內(nèi)積，當(dāng)其『F交時(shí)分母為零，由于噪聲的存在，其值為一最小值，Pmusk(0)為峰值，通過對(duì)0的搜索，可確定信號(hào)的波達(dá)方向。MUSIC算法步驟：(1)由陣列的接收數(shù)據(jù)得到數(shù)據(jù)協(xié)方差矩陣；(2)對(duì)得到的協(xié)方差矩陣進(jìn)行特征值分解；(3)由特征值進(jìn)行信號(hào)源數(shù)判斷；(4)確定信號(hào)子空間與噪聲子空間；(5)根據(jù)信號(hào)參數(shù)