基于阈值判决的无线传感器网络混沌信号重构

考虑在传感器网络中重构混沌信号的问题.各传感器同时观测一个混沌信号.由于带宽受限,各传感器量化观测信号并将量化后的数据发送到融合中心,该中心使用无先导卡尔曼滤波算法重构观测的混沌信号.为了节省能量,只有观测信号信噪比高于某个阈值的传感器被选中并发送数据.定义代价函数关联重构性能和能量消耗,分析并仿真了代价函数和阈值之间的关系.结果表明在某些情况下部分传感器发送数据更合理.

Abstract：

The problem of reconstructing chaotic signals in wireless sensor networks is considered.All sensors observe a common chaotic signal.Because of the limited bandwidth,the observations are quantized and the quantized data are sent to a fusion center.The fusion center reconstructs the chaotic signals by using the unscented Kalman filtering(UKF)algorithm.To save energy,only the sensors for which the SNR of the observation is higher than a threshold are chosen for transmission.A cost function is defined to relate the reconstruction performance and the energy consumption.The relationship between the cost function and the threshold is analyzed and simulated.The results show that under certain conditions,it is more reasonable that only a portion of the sensors transmit data.     

基于混沌时间序列的资源管理大数据挖掘方法

目的 为了实现资源管理大数据的精准挖掘,保证挖掘结果的真实性与有效性,提出一种基于混沌时间序列的资源管理大数据挖掘方法.方法 首先,通过相空间重构一个等价的多维状态空间,利用相空间的混沌吸引子寻找预测点的相关函数关联,实现对被测目标区域位置的准确判断;其次,运用经验模态分解将资源管理大数据回波信号分解,按照回波信号间的...     

动态博弈下温室无线传感器网络功率控制优化

蔬菜温室内植株和温室结构会影响无线传感器网络信号传输,同时节点间相互干扰也会造成网络性能下降。考虑温室无线传感器网络对高容量低能耗功率控制方案的需求,首先以黄瓜温室为例,通过实验对信号损耗特性进行测试,并建立了信号路径损耗模型。基于此,引入节点信噪比阈值和节点剩余能量均衡比为每个无线传感器节点定义效益函数,在动态博弈下研究了温室无线传感器网络功率控制方案,并得到节点效益函数的适宜匹配权重因子。仿真结果表明,该方案基于设施黄瓜温室无线信号传输特性提供了1种功率控制策略,节点通过动态感知剩余能量与路径损耗能够实施高效节能的功率控制方案,从而降低网络能量损耗,提高网络传输性能。     

小波分析在振动攻丝扭矩信号滤波中的应用

介绍了小波分析理论及小波变换的快速算法 ,讨论了该理论在振动攻丝扭矩采样信号滤波中的应用 ,通过对所获得的扭矩信号进行小波变换 ,将其分解成若干个互不重叠的频带 ,利用阈值量化处理的方法去除噪声 (高频信号 ) ,再将剩余部分进行重构 ,形成了抑制噪声的滤波信号 .实验结果表明 ,该方法对采样信号进行滤波是十分有效的 ,对提高扭矩测量值的计算精度很有利     

基于EMD自适应阈值的铡草机振动信号去噪

针对铡草机振动信号噪声污染的问题,采用EMD(Empirical mode decomposition)与基于SURE(Stein's unbiased risk estimate)的自适应阈值算法,并利用自相关函数性质与二阶可导阈值函数,对铡草机振动信号进行研究.结果表明:1)模拟信号经EMD自适应阈值去噪后,信噪比...     

小波去噪用于电磁感应式角加速度传感器测量

白行设计了一种电磁感应式角加速度传感器,阐述了传感器的基本机械结构和工作原理,然后采用该传感器对空载时的单相异步电机进行了实际的角加速度测试,验证了测量原理的正确性,并由实验波形观测到传感器的输出信号存在大量噪声,因此构建了一种基于小波变换的去噪方案。首先对传感器的实际输出信号采用sym8小波进行分解,然后利用半软闭值对含噪信号进行处理,最后对信号进行重构。结果表明该方法可以去除大部分高频噪声,能够恢复数据的真实性,进而提高数据的置信度和泛化性能,且去噪效果远好于传统的傅里叶变换。     

小波多分辨率分析在信号去噪中的应用

对于非平稳信号,小波多尺度分解是一种有效的信号去噪方法。在多分辨率分析小波阈值去噪的基础上,提出了一种改进的阈值函数,克服了硬阈值函数不连续的缺点,解决了软阈值函数中存在的恒定偏差．同时具有软硬阈值函数不可比拟的灵活性。仿真试验结果表明,它在对信号消噪时能得到较理想的结果。     

相关函数及其在管道泄漏检测中的应用

相关检测技术是为了取得某些物理量而利用自相关函数和互相关函数运算检测某种物理量的技术,可用于管道泄漏检测,特别是负压波泄漏检测和流量泄漏检测。结合相关函数的性质和原理,分析了其在管道泄漏检测中的应用原理,以及泄漏点定位的计算方法,提出了输油管道泄漏检测定位的方法:利用声波传感器检测由泄漏产生的声波振动信号,再利用相关技术确定不同传感器输出信号的延时,根据传感器的几何分布和声波传输速度,对泄漏点进行定位。采样时间和阈值的选取直接影响泄漏检测的灵敏度和可靠性,在进行相关函数计算之前需消除杂音,防止泄漏信号被屏蔽。现阶段该检测技术只适用于突发、快速泄漏的检测定位,不适用于工程中的缓慢泄漏。     

混沌-支持向量机模型及其在地下水动态预报中的应用

【目的】建立混沌时间序列的支持向量机预报模型,为地下水动态提供新的可行的预报方法。【方法】以重构相空间理论为基础,探讨了混沌时间序列的支持向量机预报模型的建模思路、特点及参数的选取,借助G-P算法、C-C方法和Wolf方法,计算了武威盆地3眼观测井地下水位埋深序列的Lyapunov指数,并利用自适应方法对支持向量机的参数进行了选择;基于高斯径向基核函数,建立了混沌时间序列的支持向量机预报模型。【结果】武威盆地地下水位埋深序列的Lyapunov指数均大于0,表明该时间序列具有混沌特性;所建立的混沌-支持向量机模型可以用于武威盆地地下水位埋深预报,经过检验,武威盆地3眼观测井的预报精度分别为0.98,0.92和0.86,表明建立模型预报精度较为理想。【结论】建立了混沌-支持向量机模型,该模型可用于地下水位埋深动态预报。     

基于小波变换的颗粒肥流量信号处理研究

针对在精准变量施肥中对排肥信号精度要求较高,受外界因素干扰较多导致排肥信号不精确的问题,本试验提出了对颗粒肥流量信号进行去噪处理的小波阈值去噪和小波包阈值去噪2种方法。为了验证2种方法的正确性,本研究以不易变形且摩擦力度小的大颗粒尿素为研究对象,利用排肥试验台对颗粒肥展开排肥试验;然后,利用微波多普勒传感器采集颗粒肥的流量信号;最后,通过2种去噪方法对多普勒信号进行仿真,结果表明:对信号进行多尺度小波变换后,低频小波分解重构可以更有效地去除噪声。     

一种基于混沌同步的保密通信方案的设计

提出了一种新的基于混沌同步的保密通信方案。首先在发射端和接收端分别构建一个驱动系统及相应的响应系统。在发射端将信息信号调制到混沌变量中成为混沌传输信号,然后基于 Lyapunov 稳定性理论使两混沌系统达到同步,在接收端对混沌传输信号进行解调从而恢复出信息信号,混沌系统的初始条件和系统参数作为解调密钥。理论分析和数值仿真结果表明该方案是可行的。     

一种基于混沌同步的保密通信方案的设计

提出了一种新的基于混沌同步的保密通信方案。首先在发射端和接收端分别构建一个驱动系统及相应的响应系统。在发射端将信息信号调制到混沌变量中成为混沌传输信号,然后基于Lyapunov稳定性理论使两混沌系统达到同步,在接收端对混沌传输信号进行解调从而恢复出信息信号,混沌系统的初始条件和系统参数作为解调密钥。理论分析和数值仿真结果表明该方案是可行的。     

Sensor data fusion to predict multiple soil properties

The accuracy of a single sensor is often low because all proximal soil sensors respond to more than one soil property of interest. Sensor data fusion can potentially overcome this inability of a single sensor and can best extract useful and complementary information from multiple sensors or sources. In this study, a data fusion was performed of a Vis?CNIR spectrometer and an EM38 sensor for multiple soil properties. Stepwise multiple linear regression (SMLR), partial least squares regression (PLSR) and principal components analysis combined with stepwise multiple linear regression (PCA?+?SMLR) methods were used in three different fields. Soil properties investigated for data fusion included soil texture (clay, silt and sand), EC, pH, total organic carbon (TOC), total nitrogen (TN) and carbon to nitrogen ratio (CN). It was found that soil property models based on fusion methods significantly improved the accuracy of predictions of soil properties measureable by both sensors, such as clay, silt, sand, EC and pH from those based on either of the individual sensors. The accuracy of predictions of TOC, TN and CN was also improved in some cases, but was not consistent in all fields. Among data fusion methods, PLSR outperformed both SMLR and PCA?+?SMLR methods because it proved to have a better ability to deal with the multi-collinearity among the predictor variables of both sensors. The best data fusion results were found in a clayey field and the worst in a sandy field. It is concluded that sensor data fusion can enhance the quality of soil sensing in precision agriculture once a proper set of sensors has been selected for fusion to estimate desired soil properties. More efficient statistical data analysis methods are needed to handle a large volume of data effectively from multiple sensors for sensor data fusion.     

真实和虚拟传感器多层信息融合算法

基于最优估计理论，提出了一种多层传感器的复合融合估计算法．该方法采用了由真实传感器和虚拟传感器组成的复合融合结构，以解决测量噪声干扰下参数估计问题．在该结构中，第1层物理真实传感器测量所得数据，按照加权融合算法，经过多层虚拟传感器的递推融合得到多层融合后的估计值．虚拟传感器的层数增加时，融合后总的估计误差将减少、虚拟传感器是由算法和软件实现的，不会增加测量系统物理结构的复杂性．计算机仿真结果表明：此方法在减少测量误差方面比传统的直接估计方法有明显的改善．     

9 kW双凸极永磁电机三相桥式变换器

9kW双凸极永磁电机功率控制器的主电路采用三相桥式变换器。与一般的三相桥式变换器相比，本文的三相桥式变换器因受到电机反电势、霍尔传感器位置信号及特定开关工作方式等因素的影响，工作情况复杂，工作原理也有较大差异。文中阐述了基于理想工作情况下的双凸极永磁电机三相桥式功率变换器的工作原理，给出了在电机反电势不对称、霍尔传感器位置信号不准确以及输入电压变化等情况下功率变换器的工作情况，实验证明了该变换器分析的正确性。     

基于多源信息融合的管道泄漏监测

采用OPC技术对管道运行参数进行远程高速采集,运用过程平稳熵对管道瞬变状态进行识别,将由管道泄漏引起的压力、流量、密度、温度等运行参数以及管道参数、油品参数进行融合诊断,以弥补单一传感器或同类型传感器进行泄漏诊断造成的泄漏识别准确度和定位精度较低等不足。将基于多源信息融合的管道泄漏诊断方法用于西部原油成品油管道的泄漏监测,结果表明,该方法能有效地识别泄漏,具有较高的泄漏定位精度。     

串联型罗仑兹混沌遮掩保密通信电路

设计了一种串联型罗仑兹混沌数字信号保密通信电路系统．该系统利用串联同步罗仑兹混沌电路进行信号混沌遮掩保密通信，在发送端和接收端之间只需传送一个叠加有传送信息的混沌信号即可实现高质量保密传送信息．模拟实验表明，在一定条件下传送数字信号时接收端可无失真地恢复所传信号．     

A self-organized vortex array of hydrodynamically entrained sperm cells

Many patterns in biological systems depend on the exchange of chemical signals between cells. We report a spatiotemporal pattern mediated by hydrodynamic interactions. At planar surfaces, spermatozoa self-organized into dynamic vortices resembling quantized rotating waves. These vortices formed an array with local hexagonal order. Introducing an order parameter that quantifies cooperativity, we found that the array appeared only above a critical sperm density. Using a model, we estimated the hydrodynamic interaction force between spermatozoa to be approximately 0.03 piconewtons. Thus, large-scale coordination of cells can be regulated hydrodynamically, and chemical signals are not required.     

次声波输油管道泄漏检测与定位系统优化

因受环境噪声干扰,输油管道泄漏检测与定位系统次声波传感器采集到的信号误差较大。为此,采用基于硬件的双传感器检测方法,对检测信号进行滤噪处理。具体方法是：在检测管道的两端分别安装两个同型传感器,一个作为测量传感器,一个作为补偿传感器,利用补偿传感器的输出结果和测量传感器的干扰量作用,使检测系统的输出结果不受被检测参数以外的干扰量影响,实现信号的补偿。系统优化后进行实验应用,计算泄漏点与设定泄漏点的误差为123 m,定位精度相对较高,验证了该方法的可行性。     

次声波法输气管道泄漏检测系统的信号处理

对输气管道泄漏产生的次声波信号进行采集时,受传感器的频域限制,次声波传感器检测到的信号尖端被舍弃,同时自然界中的环境噪声亦对次声波信号产生强烈的干扰。为了降低次声波检测误报率,通过特殊算法对检测信号进行尖端补偿,将真正的泄漏信号与干扰信号快速分离,并选用小波变换的方法对补偿后的信号进行处理,使采集的信号在时域和频域两方面都具有良好的局部特性,且在时频平面的不同位置具有不同的分辨率,对噪声具有更好的抑制作用,同时较精确地提取信号的突变点。通过以上尖端补偿和小波变换信号处理,可以明显地降低误报率和漏报率。