信号与通信论文范文第1篇
近年来,网络信息技术发展迅猛,但从来没有哪一款网络软件像腾迅QQ一样,在短短几年时间内全方位地冲击着青少年的生活。人们的阅读、交流、娱乐乃至部分商业活动越来越多地在QQ上进行。可是,在我们惊叹QQ创造的一个又一个奇迹时,QQ又为网络犯罪埋下了隐患。 今年1月16日,广东省深圳市南山区法院对备受网民关注的国内首宗盗卖QQ号案作出一审判决,以侵犯通信自由罪分别判处两名被告人曾智峰、杨医男拘役各6个月。我认为这一判决是合理的。有关盗窃QQ号的犯罪,我将从以下几方面论述: 一、如何认识QQ号 随着网络技术的发展应用,通信领域发生了重大变革。计算机数据通信日益成为现代通信主要形式,网络电话、电子邮件、实时短信等现代数据通信方式在现代社会生活中得到广泛使用。腾讯QQ作为一款即时通信软件,支持在线聊天、视频电话、点对点断点续传文件、共享文件、网络硬盘、QQ邮箱等多种功能,并可与移动通讯终端等多种通讯方式相连。我们可以使用QQ方便、实用、高效的和朋友联系,加之它具有极为广泛的应用范围、极快的传输速度,短时间内它就被数百万人接受、使用。而QQ号不幸被盗则面临着网络好友失散、客户流失等严重后果,给我们生活、工作带来不可估量的损失。但是QQ是否属于财产呢?众所周知,QQ通常情况下是一种免费服务,申请、使用均是无偿的。所以它不具备价值,不属于法律意义上的“财物”,甚至也不同于用金钱买来的一些网络游戏帐号。所以QQ号码只是一种通信代码,本质上是无偿的用于数据通信的网络通信服务,所以法院对盗窃QQ号的行为定侵犯通信自由罪是合理的。 二、确认盗QQ号为侵犯公民通信自由罪的法律依据和犯罪构成 依照《刑法》第252条规定,侵犯通信自由罪,是指隐匿、毁弃或者非法开拆他人信件,情节严重的行为。只有符合此罪构成要件,才能认定为此罪。而对于此类涉及网络犯罪案件,全国人大《关于维护互联网安全的决定》中规定,非法截获、篡改、删除他人电子邮件或者其他数据资料,侵犯公民通信自由和通信秘密的按此罪追究刑事责任。QQ中存有大量的涉及个人隐私的个人资料和聊天记录,这些应当属于上述《决定》中的数据资料,所以盗QQ号是此类案件的一种特殊类型,其构成要件是: (一)犯罪主体。本罪的主体是一般主体,即年满16周岁具有刑事责任能力的自然人。 (二)主观方面。本罪在主观方面只能是直接故意,间接故意和过失不能构成本罪。如上所述,盗QQ号属于截获数据资料,直接侵犯了公民通信自由。所以不论出于何种动机,都不影响本罪的定罪,但可能会影响量刑的轻重。 (三)客观方面。本罪客观方面表现为截获、篡改、删除他人QQ中所保存的个人信息、聊天记录等数据资料。截获,是在与他人聊天的过程中通过某种网络工具或不正当手段盗取QQ号码及密码;篡改,指盗取QQ号后篡改他人QQ中的个人信息,意图达成某种目的;删除,指擅自删除他人QQ中的相关资料、聊天记录,使他人将无法看到本来聊天记录的内容。在这三种行为中,截获为篡改和删除的必要前提条件。从司法实践来看,行为人只要实施三种行为之一,就应当可以构成此罪。 (四)犯罪客体。本罪侵犯的直接客体是指公民的通信自由权利,包括与他人正常通过QQ通信交流的自由和为自己的数据资料保守秘密的自由。犯罪对象是他人 QQ中的数据资料。公民的聊天记录等数据资料存放在QQ中,都有个人密码进行保护。采取任何方法盗取密码侵犯他人的通信秘密,都构成侵犯通信自由行为。 此外,成立本罪除了必备以上四个方面的构成要件外,还必须具有严重情节行为。所谓情节严重,指盗取他人QQ号多次,并造成严重后果。 三、盗取QQ号犯罪的特点 盗取QQ号的犯罪是当今信息社会出现的新问题,与一般侵犯通信自由罪不同,它具有以下特点: 1、严重危害公民隐私权利。QQ作为实时短信服务,它比普通话音通信和邮件更能反映通信者个人信息,包括个人的行为方式特点、个人喜好、具体资料、性格特征等。例如在聊天记录中涉及到的有关个人生活、工作和经济状况的一些信息,以及曾向他人发送过的个人、家庭和居所的照片等。基于这些原因,盗取QQ号的犯罪更为严重地危害了公民的隐私权利。 2、隐蔽性强。QQ信息的收发是通过互联网来完成,行为人除了可以偷看被害人操作,记下登录密码,也可以用密码破解软件或通过多次尝试非法获取他人登 录密码,然后就可以在世界各地登录、使用他人的QQ号码并获取其中信息,而行为人的身份、作案地点很难被发觉。 3、反复作案可能性大。行为人一旦获取了他人QQ号的密码,而未被人发觉,行为人就会肆无忌惮,轻易地多次作案。而且行为人窃取到密码后立即更改,被害人再也无法取回QQ号码。如此一来,必然会危害到更多人的通信自由权利。 4、犯罪危害后果严重。盗取QQ号侵犯了公民的通信自由权和个人数据隐私权,对公民的人身、民主权利构成严重侵害。而且这种犯罪往往与其它犯罪有密切联系,很可能被进一步利用来实施其它犯罪行为,如诈骗、敲诈勒索等犯罪,给正常社会秩序造成巨大隐患和严重危害。 四、完善该项立法的必要性及立法建议 在现代社会,电子信息传输与社会各领域活动正常进行息息相关。盗取QQ号的犯罪可能影响到多种社会法益。例如盗取他人QQ号并与他人通信时,这种犯罪侵犯的是公民通信自由、通信秘密权利和公民隐私权利;盗取QQ号后侵用他人购买的Q币、网络硬盘等侵犯的是财产权或相关财产性利益;利用他人身份与他人通信或一些控制信息,更有可能进一步实施诈骗、敲诈等犯罪,严重危害社会秩序。可见,像QQ这类的信息传输安全对信息社会具有重要意义,应当受到刑法保护。同时,由于它涉及多种法益,不能为一种法益所包括,对这类侵犯数据传输安全的犯罪单独立法要比依照其它刑法处理更有利于对这类犯罪的惩治。 欧洲理事会《关于网络犯罪的公约》第3条规定:“各缔约方应在国内法律中建立这样的立法,或采取其他必要措施,把利用技术手段、故意实施的非授权拦截计算机数据的非公开传输的行为规定为犯罪。”我认为这一犯罪立法对解决各国刑法对拦截、盗用网络数据信息犯罪(以盗QQ号犯罪为代表)的立法有重要意义,能为网络数据传输和网络信息交流提供重要法律保护。而且这一公约是第一个反网络犯罪的国际法律文件,对协调一致立法产生了重要作用。我国在立法中应当借鉴该公约的规定,在刑法中增设“非法危害网络信息安全罪”(不知该罪名是否恰当)。这不仅是我国法规与国际接轨的需要,而且对于保护信息安全,保障社会信息化和维护社会正常秩序都有重要意义。
信号与通信论文范文第2篇
论文关键词:城市轨道交通,信号设备,检修计划,施工软件管理系统
0 引言
城市轨道交通是城市中的公益性交通基础设施,是城市百年大计的建设运营项目,也是目前正在蓬勃发展的行业。轨道交通项目一旦投入运营,就必须保持整个系统日以继夜的正常运行。而整个系统的正常运营,必须要以设备安全运行为前提和保障。
地铁设备主要有以下几个部分:车辆,供电系统,通信设备,信号设备,机电设备,工务设备等。为保证系统中所有设备安全、良好运行,必须有一套能协调各专业、行之有效的检修方案。
1 设备检修分类及内容
设备检修计划,按检修的目的,可以分为设备预防性检修计划、改善性计划检修、故障检修计划;按检修的深入程度,可分为大、中、小修、二级保养等;按编制的时间点,可分为年度检修计划、月度检修计划、日检修计划、临时检修计划。
在南京地铁运营分公司,在每日坚持对设备状态进行巡查的基础上,把信号设备的保养检修分为月检查、二级保养、小修、中修等几种等级,检修的时间间隔分别为月、季、半年(年)、10年。
1.1 月检查
月检查的检修间隔为每个月,针对对重要的(损坏后果很严重)、使用频率高、易损坏的零件进行例行检查,比如处于关键位置的道岔。月检查主要包括以下几个检修内容:⑴检查基本状态、检查紧固零件;⑵检查调整零件;⑶检查润滑及冷却系统;⑷检查启动和传动装置;⑸修理或更换易损件;⑹处理检查出来的缺陷,排除故障;⑺做好检修数据记录。
1.2 二级保养
二级保养的检修间隔为一个季度,检修内容与月检查几乎相同,检修的对象更全面。
1.3 小修
小修通常以半年(一年)为检修间隔,是对易损元件或者设备的一般缺陷进行维护性的检查和修理,以保证设备的正常运行。通常检修的项目比较多,检修的时间比较长,主要包括以下几个检修内容:⑴检查基本状态、检查紧固零件;⑵检查调整零件;⑶检查润滑及冷却系统;⑷检查启动和传动装置;⑸修理或更换易损件;⑹更换阀门;⑺更换填料和垫片;⑻处理检查出来的缺陷,排除故障等;⑼基本功能测试;⑽做好检修数据记录。以地铁信号系统的转辙机为例的检修内容如表1所示。
表1 室外的转辙机小修检修内容
序号
检修对象
转辙机的小修检修内容
1
检查基本状态、检查紧固零件
各部螺栓、锁轴检查、紧固;老伤裂纹检查
2
检查调整零件
道岔密贴(2mm/4mm试验)、锁闭、开程及表示缺口检查
3
检查润滑及冷却系统
锁闭框、锁闭钩、锁闭杆检查及油润
4
检查启动和传动装置
手摇转辙机交通论文,阻力检查;摩擦联结器、滚珠丝杠、动作杆检查;电机及速动开关组检查
5
修理或更换易损件
开口销、绑扎线检查
6
更换填料和垫片
转辙机盒子密封性检查
7
基本功能测试
手摇转辙机,阻力检查;转换力检查;道岔方正、磨卡别劲检查
8
处理检查出来的缺陷,排除故障等
排除检查出来的故障
9
信号与通信论文范文第3篇
论文关键词:城市轨道交通,信号设备,检修计划,施工软件管理系统
0 引言
城市轨道交通是城市中的公益性交通基础设施,是城市百年大计的建设运营项目,也是目前正在蓬勃发展的行业。轨道交通项目一旦投入运营,就必须保持整个系统日以继夜的正常运行。而整个系统的正常运营,必须要以设备安全运行为前提和保障。
地铁设备主要有以下几个部分:车辆,供电系统,通信设备,信号设备,机电设备,工务设备等。为保证系统中所有设备安全、良好运行,必须有一套能协调各专业、行之有效的检修方案。
1 设备检修分类及内容
设备检修计划,按检修的目的,可以分为设备预防性检修计划、改善性计划检修、故障检修计划;按检修的深入程度,可分为大、中、小修、二级保养等;按编制的时间点,可分为年度检修计划、月度检修计划、日检修计划、临时检修计划。
在南京地铁运营分公司,在每日坚持对设备状态进行巡查的基础上,把信号设备的保养检修分为月检查、二级保养、小修、中修等几种等级,检修的时间间隔分别为月、季、半年(年)、10年。
1.1 月检查
月检查的检修间隔为每个月,针对对重要的(损坏后果很严重)、使用频率高、易损坏的零件进行例行检查,比如处于关键位置的道岔。月检查主要包括以下几个检修内容:⑴检查基本状态、检查紧固零件;⑵检查调整零件;⑶检查润滑及冷却系统;⑷检查启动和传动装置;⑸修理或更换易损件;⑹处理检查出来的缺陷,排除故障;⑺做好检修数据记录。
1.2 二级保养
二级保养的检修间隔为一个季度,检修内容与月检查几乎相同,检修的对象更全面。
1.3 小修
小修通常以半年(一年)为检修间隔,是对易损元件或者设备的一般缺陷进行维护性的检查和修理,以保证设备的正常运行。通常检修的项目比较多,检修的时间比较长,主要包括以下几个检修内容:⑴检查基本状态、检查紧固零件;⑵检查调整零件;⑶检查润滑及冷却系统;⑷检查启动和传动装置;⑸修理或更换易损件;⑹更换阀门;⑺更换填料和垫片;⑻处理检查出来的缺陷,排除故障等;⑼基本功能测试;⑽做好检修数据记录。以地铁信号系统的转辙机为例的检修内容如表1所示。
表1 室外的转辙机小修检修内容
序号
检修对象
转辙机的小修检修内容
1
检查基本状态、检查紧固零件
各部螺栓、锁轴检查、紧固;老伤裂纹检查
2
检查调整零件
道岔密贴(2mm/4mm试验)、锁闭、开程及表示缺口检查
3
检查润滑及冷却系统
锁闭框、锁闭钩、锁闭杆检查及油润
4
检查启动和传动装置
手摇转辙机交通论文,阻力检查;摩擦联结器、滚珠丝杠、动作杆检查;电机及速动开关组检查
5
修理或更换易损件
开口销、绑扎线检查
6
更换填料和垫片
转辙机盒子密封性检查
7
基本功能测试
手摇转辙机,阻力检查;转换力检查;道岔方正、磨卡别劲检查
8
处理检查出来的缺陷,排除故障等
排除检查出来的故障
9
信号与通信论文范文第4篇
关键词:数字信号处理教学改革教学实践
中图分类号:G624文献标识码:A文章编号:1672-3791(2017)10(a)-0163-02
1传统教学中存在的问题
数字信号处理课程具有理论性强、概念抽象的特点[2],大量的理论和算法都要通过严密的数学推导,传统的教学计划学时大都用在算法的讨论和理论公式的推导,教学手段主要以黑板教学为主,缺少灵活性,课程偏难且枯燥;教材中Matlab仿真实例以验证性实验居多,缺少具有实际工程背景的设计内容[3],更缺少与数字信号处理教学内容相关的编程实验,与专业教学计划设置脱节,学生渴望实践锻炼,但又对实验等一些实践环节重视程度不够,因此容易出现学生怕学、厌学及学不懂,老师怕教、难教、教不好的现象。
2课堂教学的改革
2.1修订教学大纲
陕西理工大学数字信号处理课程的教学计划一般安排40学时理论教学,8学时实验教学。遵照学时安排,合理设计对学生的知识与能力指标体系,以适应应用型人才培养。课程使学生培养信号分析与处理的思想,掌握信号处理的基础理论知识,并侧重于理论知识在实践中的应用,让学生具备应用信号处理的基本原理和方法去分析和解决实际工程问题的能力。
2.2课堂教学改革
数字信号处理内容理论性较强,偏重于理论及算法推导,较少涉及实现方法及相关的软硬件技术,学生容易感觉枯燥难懂。为解决这些难题,就要完善现有教学模式,采用多媒体教学和传统板书教学并用的教学手段。
一方面,对于课程中的基本理论和算法推导,以及习题讲解仍然采用板书详细讲解,以便学生有足够的时间跟上教师的授课思路,同时结合学科发展趋势,列出一些实际的工程实例与课本知识结合起来,让学生感觉学以致用。另外,也要把数字信号处理的发展过程与理论知识结合起来,从而能够掌握各个知识点的关联与区别,加深对信号处理思想与工具的理解。例如“信号与系统”偏重于模拟信号与系统,“数字信号处理”偏重于数字信号与系统,原因是计算机只能处理数字信号,不能处理连续信号,所以必须把模拟信号通过抽样、量化、编码等步骤变换成数字信号,计算机才能识别处理模拟信号。这样就可使学生把相关的思想、原理和方法融会贯通成一个完整的知识体系。另一方面,对于诸如时域频域抽样和Z变换等表示物理工程概念,以及包括本学科新技术和新进展在内的课程内容则采用多媒体方式,通过声音、图片、动画、Matlab仿真等多种互动教学形式,不仅节省了学时,而且有助于学生形象理解和提高学习兴趣,加深对课程内容的理解。
2.3考试措施改革
学生的综合成绩主要由笔试、实验和平时成绩组成,各占比重为70%,20%,10%,有效地将学习过程考核、实验设计环节,以及课程设计纳入到考核范围[4]。其中笔试主要考核学生对数字信号处理理论内容的掌握情况,注重分析与综合运用;实验成绩为操作技能和实验报告两部分组成,增强学生对实践环节的重视,强化其编程、仿真调试能力,以及独立分析解决问题的素质;平时成绩的给定主要参考平时课题提问及回答、作业成绩、课堂考勤,以及课程设计等部分,课程设计报告要求在数字信号处理课程结课后,分小组自助选题做研究,并按照规定的格式和内容要求提交一份研究报告。
3实践教学的改革
3.1改革Matlab实验
在教材或实验指导书验证性实验的基础上,为学生提供必要工作环境和条件,增设设计性和综合型实验内容。例如,人体心电图在测量过程中间容易受到外界环境通信及电磁信号的干扰。实验给出一个心电图信号采样序列标本x(n),假设该信号中存在外界干扰信号,要求在实验中输入心电图序列x(n),滤除x(n)序列中的外界干扰信号,保留原始的有用信号。学生通过类似的综合性实验,可以实现信号的频谱分析、滤波和设计,完成简单的数字信号处理功能,从而锻炼了学生的综合运用能力,使其感觉有趣、有用,更能进一步增强其学习、科研的兴趣和能力。
3.2改革DSP实验
目前,我院利用现有的银杏科技公司的DES320PP-U数字信号处理仿真/教学实验系统集成了型号为XDS510仿真调试器,不需要外部JTAG仿真器即可完成DSP各个模块的实验;该实验系统全面支持TI公司的C2000,C5000,C6000等系列DSP,可开设出算术运算类、数字信号处理理论类、芯片原理类、DSP/BIOS、信号与系统类、控制类,以及硬件扩展设计实验等实验项目。为此,在现有的实验项目基础上,借助于试验箱及其CCS编程环境,学生可以在CCS图形窗口观察信号的时域和频域曲线,观察原始信号和滤波后信号的曲线。这样,可有机地将硬件和软件相结合进行实验,将数字信号处理理论与DSP控制器使用编程融为一体,真正地讲数字信号处理理论应用到实际工程中,达到理论与实践相统一的目的,学生在实验与编程环节中达到“知其然,更知其所以然”。
我院将全部实验室对外开放,学生可以主动联系实验室,可以在实验室无教学任务的情况下,自行练习教材或课堂上的程序,也可以自己提出要研究的课题,进行论证编程。通过实践实验环节的锻炼,达到从教学实验锻炼到工程实践的逐层深化和提高,从而有助于学生具有自助学习探究的态度,以及创新创业的精神,以适应当前多元化的社会对综合人才的需求[5]。
4结语
通过对数字信号处理的课程大纲、课堂教学、实践教学等方面的系列改革,在实际的教学中取得了令人满意的教学效果,不仅激发了学生的学习兴趣和积极性,让学生更为深刻地理解了信号处理的思想和基本理论,而且培养了学生思考与钻研能力。希望通过进一步地教学改革和尝试,带动应用型本科院校数字信号处理教学质量再上一个台阶。
参考文献
[1] 王秋生,袁海斌.“数字信号处理"教学方法的探索与实践[J].电气电子教学学报,2008,30(4):87-89.
[2] 王冬霞,李波,孙福明,等.应用型本科院校《数字信号处理》的教学改革与探索[J].辽宁工业大学学报(社会科学版),2010,12(6):30-31.
[3] 毛伊敏,钟文涛.数字信号处理课程研究型教学方法研究[J].中国电力教育,2008(11):79-80.
[4] 沈媛媛,刘益成.数字信号处理课程教学改革探讨[J].中国现代教育装备,2008(10):98-99.
信号与通信论文范文第5篇
关键词:随机信号分析 教学方法 教学内容
中图分类号:G642 文献标识码:A 文章编号:1673-9795(2013)06(a)-0126-01
随机信号分析是电子信息工程、信息与通信工程等专业的一门重要的专业基础课程,该课程主要讲授随机信号的基本理论和基本分析方法,内容上涉及随机信号的基础、随机过程、系统对随机信号的响应及窄带随机过程等。该课程的教学目的旨在使学生理解随机信号的特性,掌握随机信号分析及随机信号通过线性系统的基本理论及分析方法,进一步认识如何从实际问题出发,通过抽象建立信号与系统模型,经适当数学分析求解,对结果赋予物理意义的系统科学研究方法。培养学生思考问题的逻辑性、灵活性与广阔性,为进一步学习后续专业课程及从事电子信息技术相关的实际工作奠定理论基础。
随机信号分析是一门数学知识运用较多的专业课程,也是《信号与系统》的后续课程,《信号与系统》主要研究确定信号,而在该课程中主要研究随机信号。课程内容较抽象,涉及到大量的数学公式,因此,要求学生具有扎实的数学功底。为了使学生能较系统的掌握随机信号的概念及基本的分析方法,加深对概念的理解,培养独立分析问题和解决问题的能力,提高该课程的教学效果,需要在教学内容和教学方法上进行积极的探索和改革。
1 教学内容方面的设计
任何基础理论课的教学,首先,教材是基础,根据目前随机信号分析理论和技术的发展及各高校的教材使用情况,结合相关专业的培养目标,选择适合当前本科学生学习的教材。教材在内容编排上层次要清晰、不宜过深过难。比如哈尔滨工业大学出版社出版的《随机信号分析》、电子工业出版社出版的《随机信号分析》等优秀教材比较适合本科生的教学。
选定教材后,根据教材内容,反复研究和整理课程相关章节和知识点之间的联系,找出重点、难点,精心组织教学内容。本科生教学在内容上不亦过深,因此,可以将课程内容归纳成三个部分:随机信号的理论基础、随机过程的基础理论、随机过程的应用。第一部分主要是随机信号要点回顾、随机信号实用分布律、数字特征、函数变换。第二部分主要包括随机过程的基本概念、平稳随机过程和各态历经过程,平稳随机过程的自相关、互相关、功率谱和互功率谱、高斯过程与白噪声。第三部分包括随随机信号通过线性时不变系统、窄带随机信号。结合对白噪声通过线性时不变系统的分析掌握随机信号通过线性时不变系统的分析方法,随机信号通过非线性系统可作简要介绍;窄带随机信号中主要介绍窄带高斯随机信号、窄带高斯随机信号的包络和相位分布。授课时注重基础理论部分,打好基础,以便于进一步学习随机信号分析的新技术和新方法。
2 教学方法中应注意的几个问题
2.1 注意该课程与前续课程《信号与系统》的联系
信号与系统也是一门运用数学知识较多的专业课程,因此,学习随机信号分析在学习方法上与前者有相似性。而且在一些知识点,例如,随机信号的特征函数与概率密度的关系、平稳过程的功率谱与自相关函数的关系上,会用到傅立叶变换的知识,前者有类似傅立叶变换对的关系,后者就是一对傅立叶变换对。如果能事先对信号与系统中傅立叶变换的内容进行系统的复习,那么在讲授这一部分内容时,就可以直接利用傅立叶变换的性质和常用的傅立叶变换对等结论来分析问题,以便在学习时将重点放在相关知识点的理解和应用上,而不必进行大量的数学分析和推导。用这种方式介绍抽象的数学概念,学生易于接受,又不失数学上的严谨性。
2.2 适当组织讨论课
当前课堂教学强调“精讲多练”,不仅仅是学生课后独立练习,还包括在课堂上让学生参与到课堂教学中来,比如通过开展讨论课,让学生与老师之间、学生之间进行积极的交流和互动。这就要求课前做好充分准备、课堂上精心组织。具体实施时,可以将学生分组,每组就不同的相关内容查阅相关资料、深入学习,然后在课堂上让学生自己讲解。由于学生平时很少有这样的锻炼机会,只是被动接受知识,老师怎么讲,自己怎么听。通过学生自己讲解,一方面有了自我展示的机会,学习热情会较高;另一方面,老师可以根据讲解过程中出现的形形的问题,在讲解结束后给予点评和纠正,学生对这部分内容的印象会更深刻。在这个过程中,教师切勿喧宾夺主,只需要引导学生积极发言、积极思考。这个环节的主要目的是锻炼学生查阅资料的能力和独立思考问题的能力。
2.3 开展实践性教学
充分利用现有的信号分析辅助软件开展实践性教学,让学生迅速进入随机信号分析与处理的研究环境,亲身实践,培养其学习兴趣。实践性教学可以以仿真实验和小型的课题研究相结合,加深对随机信号概念的理解,提高学生结合工程实际进行理论分析的能力。其内容可以围绕随机信号的产生、随机信号的特征分析、随机信号通过线性系统等方面开展。在实践性教学环节中,不要以传统的灌输式的教学方式为主,要以学生为主体,充分发挥其主观能动性,学习方式从被动接受变为主动探索,教师则主要起引导作用。
3 结语
在随机信号分析课程的教学实践和教学改革过程中,为了适应随机信号理论的发展和对人才培养的要求,提高学生运用基本学科知识的能力和解决问题的能力,如何把传统的教师以教为主的教学模式逐渐转变为学生以学为主的教学模式,充分调动学生学习的积极性,是我们需要继续探讨的问题。
参考文献
[1] 赵淑清,郑薇.随机信号分析[M].哈尔滨工业大学出版社,1999.
[2] 罗鹏飞,张文明,刘忠.关于“随机信号分析”加强实践性教学的思考[J].高等教育研究学报,2001(24):38-39.
信号与通信论文范文第6篇
关键词:DRFM;纯信道化;带宽扩展
1 引言
伴随着雷达对抗干扰技术的发展,对电子干扰设备的性能提出了越来越高的要求,雷达信号瞬时带宽的提高也要求DRFM的带宽越来越高,传统的DRFM带宽扩展技术包括信道化带宽扩展和自适应带宽扩展方法,本文主要研究了基于纯信道化带宽扩展技术的DRFM带宽扩展方法。分析了纯信道化的DRFM带宽扩展技术的可行性,为其工程实现提供理论依据。
2 纯信道化带宽扩展DRFM系统结构
基于纯信道扩展技术的DRFM系统如图1所示,系统由6部分组成:功分器、下变频混频器、低通滤波器、DRFM子模块、上变频混频器、合路器。系统工作原理为:当模拟信号通过前端放大后由功分器分成多路信号,再将每一路信号分别与相应的本振信号进行混频,然后通过低通滤波之后取下边带,经过采用保持由相应的DRFM子模块进行采样进行存储或者回放。当要对数据进行回放时,每个DRFM子模块将存储的数据取出通过DA之后再此与相应的本振信号进行上变频,最后通过合路器将多路回放信号合成一路信号有天线发出去。
3 纯信道化带宽扩展技术数学模型
雷达干扰机接收到信号后,对信号进行放大,假设信号频段为~,在经过功分器之后在通过混频和滤波电路将信号频率平均分成n段,假设每一段信号的带宽均为B,则低n段信号频率为:
因此,在每个通道的信号经过滤波器之后的带宽都为B,假设功分器之前的信号为x(t),合路器输出为y(t),同时,假设整个带宽扩展系统的系统函数为h(t),则可得到:
为了便于讨论,我们采用复信号,针对第m个子通道,假设参与混频的本振信号的角频率为,设带通滤波器的系统函数为,输出信号的数学表达式为,则有
则可以得到,再假设本振信号的频率间隔也是B,也就是说h(t)在接收通带内全通,所以有y(t)=x(t)。
4 结论
论文分析了纯信道化带宽扩展DRFM系统结构,推导了纯信道化带宽扩展DRFM系统的数学模型,分析了纯信道化带宽扩展DRFM系统的可行性,为工程实现提供理论依据。
参考文献:
[1]杨小牛,楼才义,徐建良.软件无线电原理与应用.北京:电子出版社,2001。
[2]张明友.雷达系统.电子工业出版社,2008。
信号与通信论文范文第7篇
关键词:信号与系统 多媒体教学 学习心得
中图分类号:G42 文献标识码:A 文章编号:1007-0745(2013)06-0033-02
1、引言
信号与系统课程是电气工程及其自动化专业的一门重要的专业基础课,该课程无论是从教学内容,还是从教学目的来看,都是一门理论性与应用性并重的课程,以高等数学、复变函数、电路分析等课程为基础,同时又是数字信号处理、通信原理等课程的基础,在课程体系中有着承上启下的作用。[1]该课程的基本分析方法和原理广泛应用于通信、数字信号分析与处理、数字语音处理、数字图像处理等领域。如何有效地提高“信号与系统”课程教学质量和教学效果,如何培养学生在信号分析与处理等领域具有较强的获取知识、特别是应用知识的能力是我们进行课程改革的目的。[2]下面就几个方面探讨一下本人在信号与系统这门课程学习过程中的一些心得。
2、教师应在教学中引入多媒体辅助教学
将多媒体课件的形象生动、图文并茂、课堂信息量大等特点与传统教学中所采用的层层递进的逻辑推理、起伏有致的教学节奏以及灵活多变的课堂调控等方法有机地结合起来。信号与系统的基本理论和方法在现代科学技术领域应用非常广泛,这一点一般在绪论中都会强调。但在授课过程中,学生容易陷入繁琐的数学推导和运算,而对其应用认识不足。所以,结合学生专业特点,并结合教师科研课题,适当穿插讲解信号系统基本理论方法在通信、图像处理、生物医学、雷达信号处理等领域的应用,对提高学生学习兴趣,加深概念的理解和掌握有着显著效果。由于黑板表现手段单一,而且课时有限,这方面内容适合采用电子课件讲解,配以图片、仿真波形等,可以达到较好的效果。但必须注意,应该与学生专业和教师科研课题相结合,易具体,不易太泛,不易过多,以免占用过多的课堂时间,喧宾夺主。[3]
3、教师在教学中应该引入MATLAB软件
信号与系统课程数学要求较高,理论结果往往来源于复杂的数学运算及推导,这就导致学生将大量的时间用于手工数学运算(如微分、积分、方程求解、多项式求根等),而未真正理解该结果在信号处理中的实际运用。例如,对于信号分析的波形学生只能用手工绘制,信号频谱特性或系统频率响应只能表现为不易理解的数学表达式。因此,我们让学生将课程中的重点,难点及部分课后练习通过上机实验利用MATLAB进行形象、直观的可视化计算机模拟与仿真实现,利用MATLAB可以很方便的绘出h(t)和g(t)的图形,给学生一个形象的、直观的结果。一方面将学生从繁琐的数学运算中解脱出来,另一方面加深对信号与系统基本原理、方法及应用的理解,以培养学乍主动获取知识和独立解决问题的能力。
4、教师应该改革考核方式
在教学改革中,教师应该改革考核方式,采取开卷与闭卷相结合的方式,发挥考核的教育功能。[4]考虑到“信号与系统”是电气工程及其自动化专业的核心专业基础课程,课程基础理论性强、授课专业面宽、授课人数较多等特点,课程考核仍以适合大班基础教学的卷面考试为主,以利于促进学生专业基础理论的学习,为学生能力的形成和创造力的培养奠定坚实的基础。在卷面考试中,既有开卷又有闭卷。期终考试采取闭卷形式,侧重实现考核的管理功能。在课程实施的过程中组织的小测验选择开卷,重在指导教学活动,解决诊断教学过程中存在的问题,帮助教师和学生及时调整与完善教学活动,以弥补期终考试在发挥教育功能上的不足。开卷小测为阶段性考试,通常放在学生感觉理解困难,或者是与应用结合紧密的章节之后。
5、教师要重视实验讲解,学生要认真进行实验
作为一门理论和实践密切结合的课程,“信号与系统”开设实验是绝对必要的。在实验中提出问题、设计和安排思考题、综合题,让学生带着问题想,带着问题去观察,带着问题去实践。学生可以通过实验加强对理论知识的认识,培养分析、解决问题的能力,对增强学习热情有极大的好处。目前。新出版的大多数“信号与系统”教程都附带了MATLAB软件的相关程序,说明了长期的教学实践和计算机发展,教师普遍认识到了“信号与系统”的理论结合实践的蕈要性。在实验编排上。要注意结合“信号与系统”的特点和重点。实验应侧重于理论、概念的验证和综合,而非计算机程序设计。没有MATLAB软件基础的学生,仍然可以在合理的设计下,给出基础程序,介绍程序的大概结构,明确操作步骤,通过修改关键系数进行“信号与系统”的相关实验。如在傅立叶变换性质实验中,有意将门信号及抽样信号的时、频域图并行讨论,让学生感受傅里叶变换的对称性。将门信号的宽度修改倍数,让学生感受傅里叶变换的尺度变换性质。在抽样定理的实验中,让学生自己设定满足和不满足抽样定理的抽样频率进行实验,领会混叠失真问题。
6、教师可以进行信号与系统课程的网站建设
随着Internet的迅猛普及,通过网络来提高教学效果,已是教师和学生的共识。越来越来多的高校投入人力、物力建设课程网站。网站是我们师生之间的桥梁和窗口,我们可以充分利用现代网络的工具,随时随地地较好沟通。建设信号与系统课程网站,必须以服务于教师和学生为根本目的,从课程建设和实际教学情况出发,构建信号与系统课程网站,组织丰富的内容,以提高信号与系统课程的教学质量。并让信号与系统课程网站在教学活动中充分发挥交互平台,与课堂教学互相补充,成为联系教与学的一座桥梁。[5]信号与系统网站具有良好的交互性,通过网站平台让教师能及时的了解学生反馈的信息,组织网上答疑,调整教学进度,进行学与教的交流和互动;同时也能让教师方便的在网站上信息,更新内容。
7、结束语
通过对同学的调查表明,对于理论性强、难度高的“信号与系统”课程,单一的教学手段和方法,很难满足课程的教学要求。教师注重课堂教学艺术,精心编排实验内容,做到多方面很好地融合,才能起到良好的教学效果。同时,由于“信号与系统”理论涉及面广,学科领域的理论与实践研究发展迅速,分析方法不断更新,技术应用范围日益扩展。课程教师还应当与时俱进,根据教学体系的需要进行调整和授课,努力学习本领域的最新知识,投身到科研活动当中,不断充实自己的知识和水平。只有这样,才能更高效地完成教学任务,提高教学质量。
参考文献:
[1]陈爱萍,张可为,龙泳涛.信号与系统课程教学改革与实践[J].湖南工程学院学报,2010,20(4):100-102.
[2]李娜,夏道有.信号与系统课程的实验教学思考[J].价值工程,2012,(12):245-247.
[3]丹梅,陶华敏,刘忠.信号与系统课程多媒体辅助教学的实践与思考[J].高等教育研究学报,2009,32(1):71-73.
信号与通信论文范文第8篇
关键词 高阶统计;MPSK信号调制识别;测试设备
中图分类号:TN911 文献标识码:A 文章编号:1671-7597(2014)20-0063-04
随着通信技术的发展,无线通信环境日益复杂。通信信号在很宽的频带上采用不同调制参数的各种调制方式。对未知信号的调制方式的识别可提供信号的结构、信号源特性等有用信息,并可以为信号的解调提供相应的参数,从而为有效识别和监视这些信号提供依据。这些技术的研究和开发不仅在现代信息对抗系统中,通信对抗中可以得到重要应用,也在无委会电磁频谱管理中可以得到非常大的应用。因此根据物业委员会的频谱管理要求和信号侦查等技术要求,结合无线通信的信道特性,进行系统平台的原理设计和验证,基于C语言进行系统的构建和实现。
该平台拟软件无线电架构进行设计,可以将中频数字通信信号进行数字化处理、分析和参数估计,通过这一系列的参数估计和分析达到将通信的调制方式识别的目的,并实现信号的参数估计(带宽、载波频率、符号率等)与均衡,最终将数字通信信号解码还原成相应的信号星座中的数据。
1 调制方式识别的模型
调制信号的识别问题的实质是模式识别,其核心是特征参数的选取与分类器的设计。特征参数的选取是基于对信号的认识和分析,信号的时域频域分析是信号理论的基础,其时域频域特征也是调制识别的基本特征。基于判决树的分类方法逻辑简单,易于实现。一个基于判决理论方法的调制自动识别器一般由三个部分组成:预处理、特征提取和调制自动识别。原理框图如图1所示。
图1 调制方式识别的模型
预处理的主要功能是对信号进行中频处理得到用于识别的基带信号。预处理主要包括了载波估计,符号速率估计,下变频,符号同步等基本的解调模块。预处理之后的信号能够更好的用于信号调制方式的识别。
特征的提取是识别的主要部分。不同的调制方式在时域频域上有着不同的特征参数,利用这些参数可以识别出不同的调制方式。本文征的提取是基于不同调制方式的频域特征和高阶统计量的联合特征。判决识别模块的功能是通过提取到的特征与设置的阈值进行比较,从而判断出调制类型。
2 信号模型
对于该项技术的研究中,主要涉及到各种调制方式的识别和相应的参数估计,如用于识别的不同调制信号参数的估计、用于解调的参数估计,如带宽、载波和符号率等估计。下面以MPSK和16QAM调制方式的识别为例进行方法的阐述相应的信号模型。发射端的MPSK及16QAM信号可以用统一的信号模型来
表示:
(1)
其中,分别为信号的I路和Q路基带信号。是成型滤波器,一般情况下选用根升余弦滤波器,为符号持续时间,为信号的初始相位,为载波频率,是不同调制方式下的I,Q路符号集,且信号的功率,符号集对应的取值如表1所示。经过高斯白噪声信道之后的信号可以表示成为:
(2)
其中是信道中均值为0方差为的高斯白噪声。
在接收端,信号的载波频率以及符号速率都是未知的,需要对信号的载波频率和符号速率进行估计。本文中符号速率的估计是基于对信号包络的检测,载波频率的估计采用的是频率中心法,具体的过程在下文介绍。
在符号速率估计过程中,设引入的符号偏差为,则得到的存在符号偏差的离散数字信号为
(3)
其中,,是采样时间。
高阶统计量是指高阶矩,高阶累积量以及它们的谱,即高阶矩谱和高阶累积量谱这四种主要的统计量。对于复平稳信号,其高阶矩表示为:
(4)
高阶累量表示为:
(5)
其中表示求累量。设接收端的信号简记为:,其中为信号,为高斯噪声,由高阶累量不变性可以得到:
(6)
现代通信理论有零均值高斯白噪声的M(M>2)阶累量为零,所以
(7)
可以看出如果一非高斯信号是在与之独立的加性高斯噪声中被观测的话,那么观测过程的高阶累积量将与非高斯信号过程的高阶累积量相等。因而,使用高阶累积量作为分析工具,理论上可以完全抑制高斯噪声的影响。信号的各阶高阶累量取决于信号的调制类型,因此通过计算信号高阶累量理论上可以识别出不同的调制方式,这是本文调制方式自动识别的理论出发点。常用的高阶累量与高阶矩之间的关系表示如下:
(8)
(9)
(10)
(11)
(12)
(13)
(14)
文献[2]给出了MPSK信号以及16QAM信号在载波同步,符号同步的情况下常用的高阶累量的理论值如表1所示,表中的表示信号的功率。
表1 符号载波同步下的MPSK及16QAM信号的常用高阶累量值
高阶累
积量 C20 C21 C40 C41 C42 C60 C63
BPSK P P 2P2 2P2 2P2 16P3 13P3
QPSK 0 P P2 0 P2 0 4P3
8PSK 0 P 0 0 P2 0 4P3
16QAM 0 P 0.68P2 0 0.68P2 0 2.08P3
3 载波偏差对调制方式识别的影响
从表2的数据我们可以看到,不同的调制方式其各阶累量是不完全相同的,这就给我们提供了对这些调制方式识别的理论依据。但是这些值的计算是在载波,以及符号完全同步的情况下的到的,而工程应用中不可能完全做到载波和符号完全同步。载波估计模块也只是对信号的中心频率做了一个大概的估计,因此总是存在一定的频率和相位偏差。在有频率以及相位偏差的情况下表1中的值将会发生较大的变化,图2可以说明这一点:
图2 载波偏差为0.01时不同调制方式的值
从图2中可以看到当存在载波偏差的时候,的值与理论值相差较大,由于高阶统计量都与M20,M21有关,因此我们对这两个统计值做推导来说明载波偏差对高阶统计量的值的影响。引用式(11)得到存在载波偏差的基带信号为: (15)
取信号的二次方得:
(16)
对信号进行化简处理:
BPSK: (17)
QPSK: (18)
8PSK: (19)
16QAM:
(20)
计算得:
BPSK: (21)
QPSK:
(22)
同理,8PSK,16QAM信号M20=0。
工程中,一般用平均值作为统计平均值的估计即:当存在载波偏差的时候,= 0。因此,载波偏差会使BPSK信号的M20接近0,而由于QPSK,8PSK,16QAM信号的统计平均值本质上就为0,因此载波偏差不会对其M20造成影响。同理,M40理也会受到类似的影响,所以这类高阶统计量将不适合用来作存在载波偏差信号的特征值。
若对信号的二次方模值求均值可以得到:
(23)
从上式可见,对于任意的载波偏差,信号的模值与载波频差没有关系,因此,将不受载波偏差的影响。同理,类似M42等高阶统计量也不受载波偏差的影响,因此存在载波偏差的时候我们可以选择这一类统计量作为判断的特征值。
4 存在载波偏差的MPSK信号以及16QAM信号的识别
上一节的分析中我们可以看到当信号具有载波偏差的时候,文献[2]定义的部分判决特征值将不适用。本文中根据信号的特点选择参数,以及信号本身的频谱关系来自动识别信号的调制方式。
1)BPSK信号的识别。
当信号是BPSK信号的时候,。由此可见BPSK信号的二次方频谱存在一个单频,而其他形式的PSK或者16QAM都不具备这样的性质,不同调制方式的二次方频谱如图3所示。
a
b
c
d
图3 的频率谱,a:BPSK,b:QPSK,c:8PSK,d:16QAM.SNR=10dB,载波偏出为0.01
从图中可以看出,无论是否存在载波偏差,BPSK信号都会有一个单频分量(没有载波偏差的时候,单频=0Hz),其他几种调制方式的频谱不具备单频的性质,因此检测信号的频谱的单频性质可以识别出BPSK信号。
为了识别出存在载波偏差的16QAM信号,定义判决特征值:,则不同调制方式的F值如下表2所示。
表2 不同调制方式的值
高阶累积量 F
16QAM 2.08E3 0.68E2 13.7594
QPSK 4E3 E2 16
8PSK 4E3 E2 16
我们可以看出16QAM的与QPSK以及8PSK的都不一样,因此计算信号的值可以识别出16QAM信号,图4为不同信噪比下的QPSK,8PSK以及16QAM的的值,其中设定判断阈值为15。
图4 不同信噪比下QPSK,8PSK,16QAM的的值
由于QPSK信号的平方也应该具有BPSK信号的特征, QPSK信号的四次方为:
从上式中可以看出,QPSK信号的四次方频谱也具有BPSK信号二次方频谱的特点,即具有单频分量,而8PSK信号却不具有这样的特点,因此从频谱的关系中我们可以识别出8PSK信号以及QPSK信号。图5所示为QPSK,8PSK信号的四次方频谱。
a QPSK
b 8PSK
图5 的频率谱, (SNR=10dB,载波偏出为0.01)
对于含载波偏差的MPSK和16QAM的识别过程,从以上的分析中可以得出含载波偏差的MPSK和16QAM的识别框图如图6所示,其中th(F)表示对判决的门限值,本文中th(F)=15,具体的步骤为:
1)检测的频谱,若存在单频,则原信号是BPSK,转入步骤4),否则转2)。
2)计算的值,如果
3)检测的频谱,若存在单频,则原信号是QPSK,否则为8PSK,转入步骤4)。
4)返回检测结果。
图6 存在载波偏差的MPSK及16QAM的识别过程
5 仿真结果
本文中分别对100个MPSK及16QAM信号在不同的信噪比条件下进行仿真,并令th(F)=15,仿真时的参数设置如表3所示,仿真结果显示在表4和表5以及图7中。
表3 仿真参数
参数名称 参数值 备 注
符号个数 1000
符号速率fb
(MBoud/s) 3
采样频率fs(MHz) 48 符合带通采样定理
载波频率fc(MHz) 6
过采样因子U 8
符号速率偏差 估计的符号速率 存在偏差
载波偏差 估计的频率 估计的频率都不是精确值,存在载波偏差
根升余弦滚降因子 0.35 成型、匹配滤波
信道信噪比Eb/N0(dB) [0:1:19] AWGN信道
表4 SNR=0dB时自动识别的结果(识别概率%)
输出输入 BPSK QPSK 8PSK 16QAM
BPSK 100 0 0 0
QPSK 0 98 1 1
8PSK 1 0 99 0
16QAM 0 2 6 92
表5 SNR=5dB时自动识别的结果(识别概率%)
输出输入 BPSK QPSK 8PSK 16QAM
BPSK 100 0 0 0
QPSK 0 100 0 0
8PSK 0 0 100 0
16QAM 0 0 0 100
图7 不同信噪比下各调制方式的识别率
从表4以及表5可以看出,在信噪比较低的时候,识别率仍然可以达到较好的效果,尤其是BPSK信号的识别率在低信噪比下仍可达到100%,当信噪比高于5dB的时候,16QAM信号的识别率也可以达到100%。
6 结论
本文通过高阶累积量的方法进行MPSK信号的调制方式识别的研究,进行了相应的信号模型的建立,提出了相应的实现方法,仿真结果表明,该方法是可行的的,可以应用到相应的系统设备中。
参考文献
信号与通信论文范文第9篇
【关键词】2PSK;MATALB;仿真
1.引言
数字调制解调技术的发展不断更新,如今在现实中应用的数字调制系统大部分都是经过改进的,性能较好的系统,但是,作为理论发展最成熟的调制解调方式,对ASK,FSK,PSK的研究仍然具有非常大的意义,而且这样可以更容易将其仿真结果与成熟的理论进行比较,从而验证仿真的合理性。PSK系统干扰性能优于ASK和FSK,而且频带利用率较高,故在中、高带数字通信中应用广泛。
因此,本论文主要研究二进制相移键控(2PSK)调制解调系统的实现,仿真完成对数字信号的调制及解调。
2.二进制相移键控(2PSK)原理
相移键控是利用载波的相位变化来传递数字信息。在2PSK中通常用初始相位0和π分别表示二进制“0”和“1”。这种以载波的不同相位直接去表示相应二进制数字信号的调制方式,称为二进制绝对相移方式。
因此,2PSK信号的时域表达式为:
(1)
是表示第n个符号的绝对相位。因此,式子(1)可以改写为:
(2)
2PSK信号的调制原理框图如图1所示。在2ASK中f(t)是单极性的,而在2PSK中f(t)是双极性的基带信号。2PSK信号的解调通常采用相干解调法。
图1 2PSK信号的调制原理图
3.2PSK调制解调的仿真分析
(1)2PSK信号的调制解调仿真
产生十个随机数作为信号源,如图2所示;将信号源与载波相乘,实现对信号源的2PSK调制;模拟加入一个高斯白噪声,得到通过高斯白噪声信道后的调制信号;然后对调制信号进行解调,经过相乘器、低通滤波器、抽样判决器,得到接收信号。
图2 二进制序列
图3 2PSK的解调过程
图4 误码率曲线
2PSK的解调过程如图3所示。
分析:通过调制信号的时域波形图,可知原信号经过2PSK调制,再经过解调后的信号与原信号大体一致,这与理论相符合。
(2)误码率仿真分析
我们假设同一幅度的信号,分别经过2ASK相干解调、2ASK非相干解调、2FSK相干解调、2FSK非相干解调、2PSK解调后,比较信噪比和误码率的关系,如图4所示。
分析:随着信噪比的增大,各种方式的误码率都会减少。在误码率相同的情况下,所需要的信噪比2ASK最高,2FSK其次,2PSK最小;反过来,若信噪比一定时,2PSK系统的误码率比2FSK的小,2FSK系统误码率比2PSK的小。
4.结束语
信号调制解调的仿真可以实现对现实中信号进行调制解调,本论文设计运用了MATLAB实现了2PSK调制解调过程的仿真,在调制解调过程中观察了各个环节时域和频域的波形,并对比了2ASK、2FSK、2PSK三种误码率情况。由于误码率与信道信噪比之间的关系可以反映出调制系统的调制性能,根据误码率的分析,可以很好的反映出调制系统的调制性能。仿真结果的分析说明该2PSK仿真模型是成功的、符合理论的。
参考文献
[1]刘飞.数字中频调制解调系统的设计与实现[J].现代电子技术,2011.
信号与通信论文范文第10篇
由此可以看出,《信号与系统》这门专业基础课在BME本科教育的过程中起着举足轻重的作用。同时,《信号与系统》要求学生具备一定的数学基础和电路分析基础。因此,我们在制定教学计划时,应该针对不同基础的学生制定不同层次水平的教学计划,以课堂教学与实践并重,以由浅入深、由粗到细、重点突出为原则,建立在实践中发现问题,在课堂中探讨问题,再回到实践中解决问题的教学模式,以利于学生更好地掌握课程的知识要点,为他们今后的工作和研究打下良好的基础。
把握课程思想,创新教学方法
《信号与系统》既承接了先修课《电路分析》等课程,又为《数字信号处理》、《医学图像处理》等后续课程奠定了基础。主要讨论连续时间信号与系统,研究确定性信号经线性、时不变系统传输与处理的基本理论。此课程由《电路分析》中的微观电路过渡到宏观系统,以系统的观点来研究信号处理过程及结果。因此,如何创新教学方法,以培养学生的整体系统思维方法,让学生理解课程理论知识在实际中的应用,提高学生的学习兴趣,成为我们的课程重点。我校坚实的医学、生物学研究基础,为BME专业的本科生提供了大量的研究问题与数据。2011年,我校BME系与美国通用电气公司(GeneralElectricCompany,简称GE)建立联合培养基地,加强BME专业理论及技术交流。
我们通过邀请医学、生物学和GE公司的相关专家针对医学信号问题、显微镜下的生物图像问题以及CT、MRI等设备的图像处理系统问题做报告,让学生了解《信号与系统》的应用领域,以及在此领域中可以解决哪些具体问题、如何解决这些问题,让他们带着问题去学习。在讲授课程的过程中,教师除了讲解一些重要基础理论之外,还要强调课堂互动,以某一信号的处理为例,激发学生们的小组讨论热情,在无形之中培养他们的动脑解决问题的能力和动口表达交际的能力。除了课堂授课之外,我们也需要重视课下交流,鼓励同学们针对自己感兴趣的问题提出一些想法,也可以通过电子邮件、群讨论、博客、论坛等形式增强交流沟通,让课堂学习与实践应用相结合,促进同学们对此门课程学习的积极性和主动性。
丰富教学手段,重视专业术语
《信号与系统》课程的突出特点是数学公式多,利用数学工具解决生物医学问题。如何把枯燥的理论学习和公式推导转化成易于理解的形象思维过程是我们需要探索的方向。我们根据课程特点,重视课件制作,适当地利用声音、动画等手段,增加课件的生动性。另外,可以结合教学软件的应用,实时演示一些计算过程或理论,如信号的相乘、相加、分解等,加深同学们对课堂内容的理解。为了更好地发展BME这一新兴学科,积极应对经济全球化、教育国际化挑战,培养适应地方经济发展和社会进步要求和具有国际合作意识、国际交流与竞争能力的复合型、外向型人才,提高人才培养质量,我们需要尽快转变传统的教学思想和育人理念,融会中西方先进文化和科学成果。因此,在《信号与系统》的教学过程中,有意识地让学生掌握一些信号处理方面的英文专业术语,为他们今后的学习、研究和工作打下一个良好的基础,是十分必要的。一方面,教师可以在课件制作上下功夫,将教材中出现的与BME相关的专业名词以图像加文字的方式加以显示,有利于学生对专业词汇的理解和记忆。另一方面,由于本课程的课时限制,课堂上只能分配少量的时间来学习英文专业术语,教师可以鼓励学生在课外阅读英文原版教材AlanVOppenheim的《signals&systems》(第二版),并结合麻省理工学院《信号与系统》公开课,边学习边思考,培养学生的思维方式,也可以鼓励学生阅读外文文献或心电图机、B超等医疗仪器说明书的形式来进一步学习,使学生初步具备检索、阅读国外专业书籍和文献的能力,拓宽BME本科生的学习视野,为将来先进医疗仪器的研发储备知识。
挖掘应用实例,强调实践教学
《信号与系统》教学离不开医疗仪器实验室。我校各大附属医院拥有先进的医疗设备,为BME专业的学生提供了得天独厚的资源优势。通过“看”各种医疗仪器如何采集人体信号,经过哪些变换之后显示在电脑屏幕上,来了解信号的产生过程,以及信号在各个系统中的处理过程。通过“听”医生对各种医疗仪器原理、使用方法及需要改善的功能等问题的介绍,了解信号处理领域亟待解决的问题,并在学习课程的过程中,分析问题、解决问题,提高科学研究的素质和开拓创新的意识。通过动手“做”各种小仪器,如便携式生理信号检测仪等,将课堂所学的理论知识与实践应用相结合,提高自主解决问题的能力。在进行此类设计性、综合性实验时,一方面可以巩固《电路分析》、《模拟电子技术》等课程中的硬件设计知识,另一方面可以学习Matlab和Labview等仿真软件,以此构筑软硬结合的实验教学模式,与实际应用紧密联系,在夯实学生的理论知识的同时,增强他们的实践技能和创新能力。
结束语
信号与通信论文范文第11篇
摘要: 《信号与系统》是一门理论性和实践性很强的课程。在教学过程中,需要将二者有机地结合起来,使学生真正做到理论与实践相结合,以提高授课质量。本文对《信号与系统》课程的理论与实践环节的优化整合进行了研究,提出了一系列的优化方法和途径,来提高《信号与系统》课程的教学质量,使学生在信号处理与分析方面逐步具备主动获取知识和独立解决问题的能力。
关键词:信号与系统 理论与实践 优化整合
《信号与系统》无论是从教学内容还是从教学目的来看,都是一门理论性和实践性较强的课程【2】。教学效果的好坏在很大程度上取决于能否把理论和实践有机地结合起来。
一、《信号与系统》课程理论与实践环节优化整合的必要性
对理论性和实践性都较强的《信号与系统》课程来说,理论教学和实践环节就好比“一辆车的两个轮子”。理论教学培养学生的抽象思维能力,加强基础知识,提供分析问题和解决问题的方法和手段。就《信号与系统》课程而言,进行理论教学,可使学生对系统数学模型和分析方法有全面的了解和掌握,从而具备初步的系统分析和设计的能力。实践环节是对理论教学进行全面掌握和实施的过程,是一次再创造和深化的过程。通过实践可以提高学生的设计能力和实践认识能力,对彻底掌握《信号与系统》这门课程起着至关重要的作用。通过对《信号与系统》课程的理论与实践环节进行优化整合,教学过程中,把理论和实践有机地结合起来。不但能更有效地提高《信号与系统》课程的教学质量和效果,而且还能使学生在信号处理与分析方面具备较强的主动获取知识和独立解决问题的能力。
二、《信号与系统》课程理论与实践环节优化整合的方法和途径
1、板书与Flas的多媒体课件相结合教学
多媒体教学手段形象、生动、高效,但是完全采用多媒体教学手段,也存在着一些不足:信息滞留时间短,信息量过大,学生难以接受。因此,采用两者结合的方法较好,对于传统教学手段难于解决的某些知识点采用动画的形式展现,对于逻辑性较强的推导过程、例题的解答等内容则适合采用传统的板书方式。只有将两者有机的结合,才能收到事半功倍的教学效果。例如,抽样定理是该课程的一个重点,对于学生掌握也是一个难点。当一个带限信号的抽样频率慢慢变小,其频谱由不混叠到混叠的变化过程用Flas展现出来,学生就有一种恍然大悟的感觉,不但加深了印象,而且激发了兴趣,然后再用板书进行相关推导与例题的讲解。经过课堂应用,板书与Flas相结合的方法,获得了较好的教学效果。
2、工程应用教学,强化物理概念,淡化纯数学推导
在教学过程中要注意以工程为主线,强化物理概念,淡化纯数学的推导。在讲解时,要注意用物理语言解释数学语言,更要从简洁的数学语言中领会其背后的物理意义[4]。例如,在阐述脉冲展缩与频带关系的特性时,引入其在通信中的应用:为了提高信号的传输速度即每秒内传送的脉冲数,就要压缩信号脉冲的宽度,这样就会使信号的频带加宽[1];在讲述抽样定理时,可以电话通信的语音信号为例:语音信号通过滤波以后最高抽样,频率为3.4KHz,根据抽样定理抽样频率应满足fs6.8KHz,但实际采用的抽样频率是8KHz。在讲解的时候可先将应用数字系统处理模拟信号的总体框图给出,结合实际的语音进行举例,将失真以及取样定理的原理融入实际例子中,学生会理解的更透彻。
3、以启发式讲授法为主,辅以其他灵活多样的教学方法
与一般讲授法相比,在启发式讲授过程中,教师根据学生对理论的实际认识水平有目的性、有针对性的进行诱导、启发,刺激学生积极思考问题,让学生自己找到答案,这种“自觉内生”的知识一旦形成就不容易忘记。因此,任课教师在各方面条件允许的情况下,应尽量采用启发式的方法让学生多动脑、多思考。
4、重视实验教学,理论和实验相结合
在实验教学中,要达到理论与实验相结合,保证理论和实验进程同步,在学生学完知识点后马上验证所学知识的正确性,能加深学生对知识的理解。拿“信号的分解”来说,在讲“信号的分解”时,就是通过傅立叶级数把任何非正弦的周期信号分解成周期信号,书本上给出了分解的结果,可学生对于这样的分解内心无疑存在着困惑,实验中当学生在示波器上依次看到分解后的波形后,对书本上的理论理解进一步加深。
5、实验教学内容上,要验证性实验和创造性实验相结合
在实验教学内容上,要验证性实验和创造性实验相结合。按照“基础型、应用型、综合型、创造型”的分层次教学内容构建。一味的验证性实验会使学生对实验失去兴趣,在验证性实验过后增加一些创造性实验,能让学生通过自己已经掌握的知识点上进行一些扩展性实验,从而加强学生的创新能力。比如,尝试只给出实验题目和实验方法,给出一个简单的实验思路,不给出详细的实验步骤,剩下的具体实现由学生自己来完成。改进后的教学方法,提高了学生的学习兴趣和学习主动性,学生普遍反映良好,学生不但很好地掌握《信号与系统》的基本原理,而且理论知识应用能力都得到不同程度的提高。
三、结论
《信号与系统》这门课程是电子信息类专业的一门重要基础课程,教学质量的好坏,对学生课程的学习效果有重要影响。因此,本文从实际教学的角度出发,探讨了《信号与系统》课程理论与实践环节优化整合的必要性及其整合方法。采用板书+Flas的多媒体课件的教学手段,工程应用教学和启发式教学的方式和方法,提高课堂理论教学的效果和质量,并改变传统的实验教学手段,采用软硬结合的实验教学方式,来激发学生的学习兴趣、积极性、主动性,从而收到事半功倍之效。
参考文献:
[1]燕庆明.信号与系统[M].北京:高等教育出版社,2004.
[2]李香林.“信号与系统”课程教学改革的探讨[J].高教论坛,2005,(6):159-160.
信号与通信论文范文第12篇
【关键词】通信原理课程 SystemView
【中图分类号】G642 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089(2016)10-0251-01
1.引言
“通信原理” 是通信工程专业的主干课程, 该课程要求学生掌握通信系统的基本理论、 性能分析方法和设计思想。这门课在整个通信工程专业课程体系中起着承上启下的作用, 同时也是学习现代通信系统和技术的必备理论基础。这门课程的特点是理论性强,高度抽象[1]。由于该课程交叉和渗透各学科的基础理论,学生普遍感到对通信系统的基本理论、基本分析方法不能很好地理解与掌握。SystemView是一种较为常用的通信系统仿真软件,使用者无需与复杂的程序语言打交道,不用写代码就可以完成各种系统设计与仿真,非常适合初学者[2]。将SystemView仿真应用于通信原理课程,作为辅助理论教学的工具,能为学生提供具有可视化、互动性的通信仿真教学平台,帮助学生理解抽象的理论技术,理论联系实际,激发学生的学习兴趣,参与课程讨论,有效提高课堂及课后教学效果。
2.SystemView软件简介
SystemView 是美国ELANIX公司推出的,基于Windows环境的用于系统仿真的可视化软件工具[3]。它界面简洁,使用方便。SystemView仿真软件主要用于电路与通信系统的设计和仿真,能满足从数字信号处理、滤波器设计、直到复杂的通信系统等不同层次的设计、仿真要求。可以构造各种复杂的模拟和数字系统,还可以用于线性和非线性系统的设计和仿真。SystemView以模块化和交互式的界面,在大家熟悉的Windows窗口环境下,为用户提供一个嵌入式的分析引擎。使用SystemView只需要考虑项目的设计思想和过程,不必花费大量的时间和精力去编程来建立系统的仿真模型。用户只需要点击图标即可完成复杂系统的建模,设计,测试。
3.利用SystemView进行通信原理辅助教学的实例
本文以 FSK 系统的 SystemView 仿真为例, 详细阐述了SystemView仿真在通信原理课堂教学中的重要作用。
通信原理课程涉及大量原理方框图和波形图, 教学过程中采用课件进行讲述时,图形是静止的,而 SystemView仿真软件中都有现成的图符,只需用鼠标进行点击、 拖动和连线即可得到原理图,对系统和各图符设置好参数后,用波形观察窗口就可以观看系统各部分的波形图和频谱图,并能对各图形进行分析和计算。
图1给出了基于相干解调的2FSK通信系统。仿真过程中参数设置如下:仿真时间:5s;基带信号频率:20Hz;载波频率:50Hz,100Hz;已调信号幅值:1V;噪声标准差:0.5V;带通滤波器:30-70Hz,80-120Hz;低通滤波器:20Hz;信噪比3dB。
图2、图3和图4分别给出了2FSK调制信号的时域波形,2FSK调制信号的功率谱及叠加噪声后的2FSK传输信号。通过改变2FSK信号的调制频率,信号的时域波形和功率谱密度也会发生相应的变化,提高信道高斯白噪声的噪声方差,传输信噪比降低,其影响也会反应在最后的解调结果中,传输误码率增大。通过SystemView仿真可以看到,一方面,SystemView仿真能非常直观的给出信号的变换过程,使抽象的信号处理过程直观化;另一方面,2FSK信号功率谱密度的理论推导较为复杂,尤其在多进制FSK中,其数学推导相当繁琐超出了本科生的学识范围, 所以在通信原理教材中除个别作了不太严格的解释外, 其他的都直接给出公式[4],SystemView仿真可以弥补数学上的不足,直接给出信号的功率谱密度,让学生能有一个感性的认识。
4.总结
将SystemView仿真引入通信原理理论教学环节,增强课堂的互动性,使教学方式多样化,吸引学生的注意力,提高学生学习的积极性。同时在课外时间里,学生遇到问题时,也可以首先通过SystemView仿真研究问题,提出自己的见解和看法,然后与老师进行讨论。通过这种教与学的互动,帮助学生更好的掌握抽象的理论知识,将理论知识与实际相结合,使学生能更牢固的掌握和运用专业知识,从而为今后的工作与学习提供有力的支持。
参考文献:
[1]邹丹. SystemView在现代通信原理课程中的应用[J]. 华东交通大学学报2007年12期.
[2]吴怡, 陈俊. SystemView仿真软件在 《通信原理》 课程教学中的应用[J]. 2004年9期.
信号与通信论文范文第13篇
关键词:振动信号,故障诊断,LabVIEW,信号采集
0 引言
振动信号分析作为故障诊断的一种方法,以其不拆卸机体,不影响设备的正常工作,测量范围广等优点,广泛应用于各类工业和工程之中。随着计算机技术、信息技术以及虚拟仪器技术的发展,越来越多的人开始通过虚拟仪器对机械的振动信号进行采集与分析[1]。LabVIEW是美国NI公司开发的图形开发环境,它在研究、开发、生产、测试工作中得到广泛应用[2]。本文所设计的就是基于LabVIEW的机械振动信号采集与分析系统。
1 系统设计
本文所设计的信号采集分析系统包含振动数据采集和数据分析两个部分。采集部分包括基本参数的显示和振动信息的存储;分析部分包括时域、统计、时频分析和小波分析。,故障诊断。图形化软件一般包括初始化,悬置,运行,停止等状态。在本系统中,初始化是在程序启动时,清空相关输入控件和显示控件;悬置是程序等待用户输入相关参数或者点击相关按钮以改变程序状态;运行是程序进入数据采集和分析状态;停止状态时,程序关闭所有子程序。系统这四种运行状态在本程序中通过状态机实现 [3]。
2 系统实现
2.1 采集系统
采集程序所要实现的功能主要是在一定的采样频率下采集振动的全部信息,其采样所得的结果必须能够在分析时完全再现采集时的振动情况。具体的实现过程如下:
通过DAQmx来创建任务,并根据数据采集卡与传感器的连接情况来设置物理通道和虚拟通道;加入相关输入控件,设置系统参量;根据传感器设备设定采样率,以便于后续的频率分析;以TDMS存储大量采样数据;利用case循环和按钮来分别表示初始化、悬置和运行这3个状态。
2.2 分析系统
由于实时采集的数据只能做出简单的时、频分析,不能得到振动信号中更深层次的信息,因此必须对设备的振动信号进行更加深入细致的分析,这个就需要进行离线分析。,故障诊断。分析程序所要实现的主要功能是再现设备的振动信号,并能够从多个层次和方向上得出振动信号的特征参量,并将这些特征参量以输出控件的形式返还给用户,以供人们了解设备的工作状态,更深入地了解设备的振动机理,改善设备工况,优化监测系统[4]。
在本系统中,分析部分具有5个分析模块,分别是时域信号显示,统计数据显示,功率谱密度显示,时频特征显示,以及小波包分解。该系统的具体实现过程如下,读取信号采集系统中存储的TDMS文件中的数据,利用索引数组选择特定的信号通道,利用数字输入控件查看特定周期的数据;分析程序采用While循环,内部添加一个事件结构以控制程序的运行;而上述5个分析模块位于事件结构之内,并用Case循环和选项卡来选择分析内容[5,6]。
时域信号显示:它能显示采集时实际的时域图谱,在运行时可以很清晰地看出振幅与时间的关系,可以判断出故障发生时的时间,清晰直观。
统计信息显示:系统中所统计的数据包括算术平均值,均方差,标准方差,峰值,峰峰值,基频。,故障诊断。它们都能作为周期振动信号的特征值,在数值上描述振动特征。
功率谱密度:由于振动信号中存在大量噪声,所以通过功率谱密度来显示振动信号在各个频率段上的功率密度,减少由于噪声所带来的误差。
时频分析:由于频谱分析只能看到频域特征的能量关系,通过短时傅里叶变换可以很清晰地从图谱上看到频域、时域与能量3者间的关系,更利于对故障的分析。,故障诊断。
小波分析:通过小波包来分解特定的频段,以更高的分辨率查看故障频率的位置,也是一种越来越常用的信号分析方式。本系统中可以自动画出频率的分段关系,并能通过数据节点来查看指定节点的频域信号,更加清楚地描述故障频率段。
最后通过设置按钮和属性节点,将两个子程序放入事件驱动结构,使用按钮分别控制信号的采集和分析两个子程序,上述的两个子系统就整合为一个整体程序生成本系统。
3 系统应用
作者将该系统应用内燃机振动信号的采集和分析,并针对内燃机的特点对本系统进行了小幅修改,即完成了内燃机振动信号的采集和分析系统。具体的实施情况如下:
该内燃机实验机为单缸四冲程柴油机,缸套直径105mm,行程115mm。实验的目的是通过收集气缸盖与曲轴左滑动轴承振动信号来识别内燃机工况。在实验中采用电机倒拖法来模拟内燃机的工作,即通过电机带动皮带轮,皮带轮带动飞轮,飞轮带动内燃机。传感器为压电式加速度传感器,安装于主推力面上的缸盖表面和左滑动轴承的垂直方向及水平方向三个位置。
采用的为电机倒拖发动机,就会由于皮带轮打滑或者电机转速的波动等原因造成内燃机转速不稳,考虑到此特殊情况,程序中编写了一个求平均周期信号的部分,以准确的反应内燃机的工作周期。,故障诊断。通过Case和下拉菜单将其整合到数据采集分析程序中。
将转速从200r/min增加到300r/min,分别用本系统采集这两个工作状态的振动信号,然后通过本系统中的数据分析程序,得到的结果如图1,
图1 不同转速下振动信号的时频谱图
可以很明显看出,转速增加到300r/min时,在时频域的1200-2500Hz频段中,能量密度有显著增加;在时域图中,上、下止点出幅值明显增大,且信号中的噪声信号也明显增大。,故障诊断。这与理论情况是相符合的,说明该套振动监测系统可以很好地采集和分析振动数据,是一套简易可行可移植的监测分析系统。
4 总结
本系统可以灵活完整的存储设备的振动信号,CPU占用率低,在降低硬件设备要求的同时提高了信号采集与分析的能力。在将系统应用到不同设备上时,仅需要根据相应设备特殊性,添加部分子VI或者程序便可以应用,具有可移植性。
参考文献
[1]高书凯.基于虚拟仪器的内燃机振动测试分析系统[D].昆明理工大学硕士学位论文.2008.
[2]RobertH.Bishop.LabVIEW8实用教程[M].北京:电子工业出版社.2008:1-7.
[3]叶枫桦,郭智威,袁成清,等.基于LabVIEW队列状态机的数据采集系统设计[J].虚拟仪器与应用,2010,(4):204-207.
[4]秦萍华,春蓉.内燃机振动信号数据处理中一些技术问题的研究[J].精密制造与自动化,2003,(增刊):19-21.
[5]ChristophWagner,SergioArmenta,BernhardLendl.DevelopingautomatedanalyticalmethodsforscientificenvironmentsusingLabVIEW[J].Talanta.2010,(80):1081-1087.
[6]孔岩峰,张振山,程广涛.基于LabVIEW的发动机振动测试系统设计[J].仪器仪表用户,2009,(4):26-28.
信号与通信论文范文第14篇
关键词:光声信号,组织声速,测量
1 引言
声速的测量方法很多,在工程技术中用的比较多的是传播时间法、脉冲回鸣法和脉冲迭加法,这三种方法都是测量声速的有效方法[1]。科技论文。本文采用的是利用短脉冲激光激发宽频带的光声信号,采用一针状PVDF膜的宽带水听器接收光声信号,在水听器前面放上各种规则的组织,通过测量组织厚度和延时,可以很方便的测出各种组织的声速;通过采集测量信号的峰峰值,还可以得出光声信号对各种组织的反射与衰减情况。
2 理论分析
当用脉冲光源照射某种吸收体时,其局部的温度将发生瞬时的改变,导致体积膨胀而产生超声波,这种超声波称为光声信号 [2]。在空间某一位置接收到的光声压p(r,t)和光吸收系数的分布A(r)的关系可以表达为[3]
(1)
其中为等压膨胀系数,c0为光声信号在吸收体中的声速,cp为比热,I0为光强,r表示光声压的场点位置,表示光声源的位置,表示场点到源点的距离。
当纯水为某一温度时,超声在纯水中的声速为(比如水温为22℃,超声在纯水中的声速为1492.0m/s),在水听器的前面放上任一规则的组织,让激发的光声信号穿过,设组织的厚度为x,信号在组织中的声速为,通过测量光声信号在水中与组织中的传播时间差,可得出信号在组织中的传播速度,即可表示为:
即 (2)
3 实验结果与讨论
图1为吸收体和超声换能器都置于纯水中的实验装置图。科技论文。将脉冲激光(波长为1064nm,脉宽为8ns,脉冲重复频率为20Hz)均匀照射在样品上,产生光致超声。在水槽中通过移动、测量水听器(PrecisionAcoustics LTD,灵敏度为950nv/pa,接收面积直径为1mm)的位置,由示波器(TDS3032, Tektronix,最高采样率2.5G ,带宽 300MHz)、GPIB采集卡和计算机采集光声信号,记下光声信号的传播时间(实验中脉冲激光和示波器由同一触发源同时触发, 探测器接收到的光声信号相对触发信号的延迟时间就是光声信号从光声激发位置到探测器的传播时间),可以计算出光声信号在水中的传播速度,由实验测量得,当水温为22℃时,声速为1492m/s,再将水温降低或升高,可以得到水的声速随温度的变化关系[4,5]。科技论文。实验中示波器的采样率为250MHz。
图1 声速测量实验装置图
在水听器的前面放上一些规则的组织,让激发的光声信号穿过,通过测量光声信号在水中与组织中的传播时间差,如图2所示,可得出信号在组织中的传播速度,比如超声在鱼肉中的声速为1541.7m/s,具体各种组织声速如表1所示。
由图2可以看出,超声在纯水(13℃)中传播的延时最长,即传播的速度最慢,在瘦肉中传播的延时最短,即传播的速度最快;而且信号在纯水中的峰峰值最大,为310mv,在瘦肉中的峰峰值最小,为84mv,说明信号在组织之间声速不匹配时,有很强的反射,当然另一方面信号在组织中传播时也有衰减[6,7]。
图2 光声信号在各种组织中的延时
生物样品 厚度(cm) 信号峰峰值(mv) 信号延时之差(µs) 声速(m/s) 纯水(13℃)
信号与通信论文范文第15篇
关键词:光声信号,组织声速,测量
1 引言
声速的测量方法很多,在工程技术中用的比较多的是传播时间法、脉冲回鸣法和脉冲迭加法,这三种方法都是测量声速的有效方法[1]。科技论文。本文采用的是利用短脉冲激光激发宽频带的光声信号,采用一针状PVDF膜的宽带水听器接收光声信号,在水听器前面放上各种规则的组织,通过测量组织厚度和延时,可以很方便的测出各种组织的声速;通过采集测量信号的峰峰值,还可以得出光声信号对各种组织的反射与衰减情况。
2 理论分析
当用脉冲光源照射某种吸收体时,其局部的温度将发生瞬时的改变,导致体积膨胀而产生超声波,这种超声波称为光声信号 [2]。在空间某一位置接收到的光声压p(r,t)和光吸收系数的分布A(r)的关系可以表达为[3]
(1)
其中为等压膨胀系数,c0为光声信号在吸收体中的声速,cp为比热,I0为光强,r表示光声压的场点位置,表示光声源的位置,表示场点到源点的距离。
当纯水为某一温度时,超声在纯水中的声速为(比如水温为22℃,超声在纯水中的声速为1492.0m/s),在水听器的前面放上任一规则的组织,让激发的光声信号穿过,设组织的厚度为x,信号在组织中的声速为,通过测量光声信号在水中与组织中的传播时间差,可得出信号在组织中的传播速度,即可表示为:
即 (2)
3 实验结果与讨论
图1为吸收体和超声换能器都置于纯水中的实验装置图。科技论文。将脉冲激光(波长为1064nm,脉宽为8ns,脉冲重复频率为20Hz)均匀照射在样品上,产生光致超声。在水槽中通过移动、测量水听器(PrecisionAcoustics LTD,灵敏度为950nv/pa,接收面积直径为1mm)的位置,由示波器(TDS3032, Tektronix,最高采样率2.5G ,带宽 300MHz)、GPIB采集卡和计算机采集光声信号,记下光声信号的传播时间(实验中脉冲激光和示波器由同一触发源同时触发, 探测器接收到的光声信号相对触发信号的延迟时间就是光声信号从光声激发位置到探测器的传播时间),可以计算出光声信号在水中的传播速度,由实验测量得,当水温为22℃时,声速为1492m/s,再将水温降低或升高,可以得到水的声速随温度的变化关系[4,5]。科技论文。实验中示波器的采样率为250MHz。
图1 声速测量实验装置图
在水听器的前面放上一些规则的组织,让激发的光声信号穿过,通过测量光声信号在水中与组织中的传播时间差,如图2所示,可得出信号在组织中的传播速度,比如超声在鱼肉中的声速为1541.7m/s,具体各种组织声速如表1所示。
由图2可以看出,超声在纯水(13℃)中传播的延时最长,即传播的速度最慢,在瘦肉中传播的延时最短,即传播的速度最快;而且信号在纯水中的峰峰值最大,为310mv,在瘦肉中的峰峰值最小,为84mv,说明信号在组织之间声速不匹配时,有很强的反射,当然另一方面信号在组织中传播时也有衰减[6,7]。
图2 光声信号在各种组织中的延时