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仪器仪表学报
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仪器仪表学报/Journal Chinese Journal of Scientific InstrumentCSCD北大核心CSTPCDEI
查看更多>>本学报是中国仪器仪表学会主办，代表中国仪器仪表及自动化最高学术水平的唯一国内外公开发行的学术性刊物。学术性强、内容创新、注重应用，优先刊登具有创新成就和观点的中英文论文、综述性文章、论坛及信息。设有学术论文、研究通讯和短文、综述、信息等栏目。
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    噪声频谱混叠干扰下超声检测信号高质量提取方法

    王辰辰杨梦冉姚贞建
    244-252页
    查看更多>>摘要：为解决超声检测中噪声频谱混叠导致检测精度低的问题,提出一种数据-模型联合驱动的超声检测信号高质量提取方法.结合经验模态分解和分量聚类指标实现超声检测信号预处理,减小噪声对检测信号提取的影响;基于高斯回波模型,结合时频变换、频谱高斯拟合和人工蜂群算法对预处理信号的模型参数进行准确估计;根据模型参数对信号进行重构,实现超声检测信号高质量提取.仿真结果表明,本文方法可高质量提取信噪比(SNR)低至4.56 dB的超声检测信号,提取信号信噪比均值提升至28.71 dB,提取效果显著优于现有常用方法,如经验模态分解(SNR=9.82 dB)和变分模态分解(SNR=11.07 dB).此外,超声检测实验证明了本文方法可实现噪声频谱混叠下超声检测信号的高质量提取.

    超声检测频谱混叠噪声消除时频变换模型辨识

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    一种面向高分辨率声学成像的频带加权方法

    白宗龙张君燕刘成刚
    253-262页
    查看更多>>摘要：声学成像是噪声源定位、异响诊断等应用的关键技术.由于声信号为非调制宽带信号,所以现有声学成像方法将麦克风阵列数据划分为若干子频带,然后分别对每个子频带进行声学成像.但是声信号在各频带的能量分布不均匀,导致部分子频带可能因信噪比过低产生错误估计,严重影响声学成像准确度.针对该问题,开展了基于复高斯混合模型的频带加权方法研究.通过联合利用多频带数据赋予各频带权重,降低出现错误估计频带对声学成像准确度的影响.为验证提出的方法的有效性,进行实验验证,利用误判率、漏检率、均方根误差等指标衡量声学成像准确度.实验结果显示本方法有效提高了声学成像准确度,特别是在信噪比低于10 dB条件下降低误判率2.1％以上.

    声学成像宽带信号复高斯混合模型频带加权

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    基于高纯石墨杆的纵向模态超声导波测温方法研究

    王婉儿郑相锋张新梦高翔...
    263-271页
    查看更多>>摘要：针对密闭空间内的高温场温度测量需求,提出一种基于高纯石墨杆的纵向模态超声导波测温方法.利用考虑温度影响的频散方程,分析了温度影响导波波速的主要因素,优选了适用于温度测量的激励频率和模态.通过建立温度非均匀分布波导杆中导波信号渡越时间随温度变化规律的预测模型,计算得到石墨杆中的准确的回波渡越时间.开展1000℃范围内导波测温实验,验证了预测模型的正确性.实验结果表明:激励频率为30 kHz的L(0,1)模态导波测温的准确度达到了10℃以内,且多次实验重复性较好.本文的研究证明了超声导波方法的高温测量能力,为高温场温度测量提供了一种可行的解决方案.

    超声导波温度测量石墨杆纵向模态

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    深海海底反射拖船噪声伪目标判别

    陈新华张龙恩郑恩明宋春楠...
    272-283页
    查看更多>>摘要：被动拖曳线列阵声纳深海环境应用中,针对拖船噪声在非端射方向形成伪目标判别问题,提出了一种深海拖船噪声海底反射伪目标判别方法.首先基于射线理论模型,给出了深海拖船噪声经海底反射形成伪目标的过程机理;然后提取各目标在不同频率波束输出功率的干涉特征;最后依据干涉特征,分析各目标干涉结构的频率间隔,实现伪目标判别.仿真数据和海试数据分析结果表明,该方法在干涉结构稳定,波束域海底反射声能量与背景噪声能量比8 dB以上,对伪目标判决准确性达到95％以上,有效解决了拖船噪声在非端射方向形成的伪目标判别问题,为后续判情提供参考.

    拖线阵深海拖船噪声干涉结构目标判决

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    基于改进全质心-Taylor的UWB定位方法

    杨秀建皇甫尚昆敖鹏颜绍祥...
    284-294页
    查看更多>>摘要：针对非视距(NLOS)、多径效应等因素对超宽带(UWB)定位精度的影响,提出了一种基于改进全质心结合Taylor的UWB协同定位算法.立足于3个及以上数量的定位基站,将所有基站每3个分为一组,通过双边双向法解算各组的测距数据并基于全质心算法计算相应的全质心坐标值,然后通过模拟退火算法对"伪质心"点坐标进行优化.将优化结果作为第1个初值进行Taylor展开迭代求解,得到第2个初值;进一步地,将第2个初值作为量测值,结合粒子滤波进行优化,得到载体运动时每一点的精确定位坐标.仿真和实验结果表明,与传统结合Taylor展开方法的Chan-Taylor和加权最小二乘-Taylor的UWB定位算法相比,所提算法在静态和动态定位场景下定位精度均有明显优势,经粒子滤波后可有效提高复杂场景下的定位精度,体现出了较高的鲁棒性.

    无人车辆超宽带室内定位全质心算法粒子滤波

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    基于NCS-ESKF算法的飞机姿态估计

    何磊宣晓刚罗小虎贾斌...
    295-304页
    查看更多>>摘要：传统误差状态卡尔曼滤波算法在无航向参考情况下进行飞机姿态估计时,由于其线性化不精确会导致误差较大.针对以上问题,提出了基于导航坐标系的误差状态卡尔曼滤波算法(NCS-ESKF),并设计了飞机姿态估计系统,开展了室内静态转台实验和通航飞机DA40机载飞行实验.实验结果表明,与3种传统算法相比,所提出的NCS-ESKF算法误差更小,其横滚角和俯仰角的平均绝对误差(MAE)仅为0.809°和0.934°;在机载飞行实验的滑跑阶段和飞行阶段,利用分段阈值法设定不同水平机动加速度阈值,其横滚角和俯仰角的MAE分别为0.954°和0.867°,有效提高了飞机姿态估计的准确性.NCS-ESKF算法能够有效减小估计误差,具有更高的飞机姿态估计性能,有助于提高通航飞机飞行控制的稳定性.

    姿态估计误差状态卡尔曼滤波导航坐标系飞行实验机动加速度阈值

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    磁电耦合式小盲区磁致伸缩位移传感器设计与输出特性

    高亮李明明王千党文娅...
    305-313页
    查看更多>>摘要：针对液压缸、精密机械等安装空间有限、精度要求高的位移测量场景,本文提出了一种磁电耦合传感构型的高精度小盲区磁致伸缩位移传感器.该传感器的信号检测元件采用Co70 Fe30/PZT-5/Co70 Fe30磁电复合材料作为核心敏感材料,该复合材料具有纵向磁化-横向极化的工作模式.基于玻尔兹曼统计量、磁电效应和逆磁致伸缩效应建立了磁电耦合式磁致伸缩位移传感器的输出电压模型,并选用直径为0.5 mm的Fe46.5Ni48.5Cr2Ti2.5Al0.5(后简称Fe-Ni)波导丝搭建了脉冲电流、轴向偏置磁场可调的实验平台,验证了模型的准确性.确定了传感器的最佳激励脉冲电流为23 A和最佳偏置磁场为30 kA/m,此时的输出电压为412 mV.以Fe-Ni为波导丝材料,基于Co70Fe30/PZT-5/Co70Fe30磁电复合材料,设计了磁电耦合式磁致伸缩位移传感器样机,并搭建了位移传感器测量校准平台,测试得到样机具有±0.02 mm的测量精度以及15 mm的盲区距离,与同参数的传统线圈传感式磁致伸缩位移传感器相比精度提高了33％,盲区距离减小了85％.

    磁致伸缩磁电复合材料位移传感器输出电压模型小盲区

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    LVDT位移传感器数字调理及相位补偿方法研究

    强彦任娅婵云彤彤陈雨欣...
    314-322页
    查看更多>>摘要：LVDT位移传感器铁芯偏离中心位置时会产生非180°相位差,导致其两个次级线圈输出信号幅值相减时出现错位,进而造成调理电路线性度偏差.针对这一问题,本文提出了一种基于离散希尔伯特变换的数字调理及相位差补偿方法,结合数字移动平均滤波和巴特沃斯低通滤波等数字措施实现信号的多层次滤波和处理,确保信号平滑且有效去除噪声.该方法能够精确补偿LVDT位移传感器铁芯偏离中心位置时产生的非180°相位差,并实现其输出信号的数字化调理.实验结果表明,本文提出的数字方法理论非线性度为±0.076％,实验非线性度为±0.093％,相较于LVDT配套的模拟调理电路的非线性度±0.2％,有明显改善.该方法不仅在理论上证明了其有效性,同时在实际应用中也展示了其优越性.

    LVDT位移传感器信号调理离散希尔伯特变换相位差补偿数字信号处理

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    基于多通道图像的ECA-CNN WiFi FTM室内定位算法

    刘林廖子阳
    323-332页
    查看更多>>摘要：IEEE 802.11-2016定义了精细时间测量(FTM)协议,利用信号往返时间(RTT)实现WiFi室内定位,以期达到米级定位精度.但在非视距或多径环境下,RTT测距精度下降,严重影响定位性能.因此,为了提高RTT定位精度,提出了一种将多个无线接入点(AP)测得的WiFi RTT测距序列转换为多通道图像的方法,基于多通道图像采用有效通道注意力机制卷积神经网络(ECA-CNN)学习测距数据与目标位置之间的关系,实现位置估计.实验结果表明,提出的定位模型与常规深度神经网络(DNN)定位模型、基于单通道图像的卷积神经网络(SCI-CNN)定位模型和基于单通道图像的有效通道注意力机制卷积神经网络(SCI-ECA-CNN)定位模型相比,模型的平均定位误差约为1 m,分别比上述模型降低了31.03％、16.78％和10.68％.

    室内定位注意力机制卷积神经网络精细时间测量

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