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基于FY-3E的星载GNSS-R海面高度反演模型
1
作者 张云 鹿麒 +3 位作者 张月维 秦甘尧 胡秀清 杨光林 《北京航空航天大学学报》 北大核心 2025年第10期3262-3272,共11页
海面高度(SSH)在海洋学和气象学等领域中具有重要意义。针对目前缺乏利用中国自主研发风云三号E星(FY-3E)的全球导航卫星掩星探测仪-Ⅱ型(GNOS-Ⅱ)特有的不均匀分布时延-多普勒(DDM)数据实现海面测高研究的问题,采用DDM海面高度反演技术... 海面高度(SSH)在海洋学和气象学等领域中具有重要意义。针对目前缺乏利用中国自主研发风云三号E星(FY-3E)的全球导航卫星掩星探测仪-Ⅱ型(GNOS-Ⅱ)特有的不均匀分布时延-多普勒(DDM)数据实现海面测高研究的问题,采用DDM海面高度反演技术,使用丹麦DTU18模型和海潮模型验证反演精度,综合传统物理模型和机器学习模型,分别对星载北斗导航卫星系统(BDS)和全球定位系统(GPS)反射信号的海面高度反演性能进行评估。结果显示,由于BDS B1Ⅰ信号的码片分辨率高于GPS,使用BDS的物理模型进行全球海面高度反演的最大平均绝对误差(MAE)约为3.0 m,明显优于GPS反演结果 (最大MAE约为5.0 m)。通过随机森林(RF)和卷积神经网络(CNN)模型,GPS和BDS均能实现较好的反演结果,最佳MAE均约为0.4 m。与英国TDS-1数据的反演结果相比,GPS反演精度在物理模型上提高约15%,验证了FY-3E GNOS-Ⅱ的全球导航卫星系统反射信号(GNSS-R)遥感数据的有效性。研究成果对于推广国产FY-3E的GNSS-R海面测高应用具有重要意义。 展开更多
关键词 全球导航卫星系统反射信号 风云三号E星 海面高度反演 机器学习 特征选择
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基于改进瞬态法的非饱和土持水特性测试
2
作者 李林 周志勇 +4 位作者 李洪旺 张瑞松 唐辉 宋天琪 穆青翼 《地球科学与环境学报》 北大核心 2025年第5期962-971,共10页
土壤水分特征曲线作为描述非饱和土水分运动的关键参数,对非饱和土力学研究及工程实践具有重要意义。聚焦于黄土、砂土及高岭土在不同干密度条件下的土壤水分特征曲线,采用稳态法、传统瞬态法以及改进瞬态法开展系统测试,特别探讨了基... 土壤水分特征曲线作为描述非饱和土水分运动的关键参数,对非饱和土力学研究及工程实践具有重要意义。聚焦于黄土、砂土及高岭土在不同干密度条件下的土壤水分特征曲线,采用稳态法、传统瞬态法以及改进瞬态法开展系统测试,特别探讨了基于非侵入式时域反射(TDR)技术的改进瞬态法在不同种类非饱和土持水特性测试中的适用性。结果表明:以稳态法测试结果为基准,改进瞬态法在测定不同种类非饱和土的土壤水分特征曲线时表现出色,其进气值和脱湿速率误差均控制在7%以内;相比之下,传统瞬态法因使用侵入式时域反射仪金属探头,测试过程中对土体结构造成破坏,导致内部产生细小裂缝,进而高估了不同种类非饱和土的持水特性,具体表现为进气值偏大,误差约为15%。在测试时长方面,稳态法由于需在每级吸力平衡后方可施加下一级吸力,测试周期较长(约350 h);传统瞬态法因试样尺寸较大,蒸发试验耗时较长,测试时长约2000 h;而改进瞬态法采用尺寸较小的环刀试样(直径为6.18 cm,高为2 cm),仅需50 h即可高效获取土壤水分特征曲线。 展开更多
关键词 非饱和土 土壤水分特征曲线 改进瞬态法 时域反射技术 稳态法 传统瞬态法 黄土
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面向器件状态辨识的时域反射信号方法研究
3
作者 成庶 游歆雨 +2 位作者 刘畅 袁炜钰 吕壮壮 《铁道科学与工程学报》 北大核心 2025年第6期2758-2768,共11页
为解决在进行电力电子器件故障状态辨识时因受原系统工作信号影响导致实时性、准确性和成本不理想的问题,提出一种基于扩展频谱时域反射法进行电力电子器件故障状态辨识的方法。由于电力电子器件在发生故障时其阻抗会发生变化,信号在遇... 为解决在进行电力电子器件故障状态辨识时因受原系统工作信号影响导致实时性、准确性和成本不理想的问题,提出一种基于扩展频谱时域反射法进行电力电子器件故障状态辨识的方法。由于电力电子器件在发生故障时其阻抗会发生变化,信号在遇到阻抗不匹配点时会发生反射,通过提取反射信号的特征可以对故障点的类型和位置进行分析。首先,根据反射信号传输特性构建基于扩展频谱时域反射法进行状态辨识的平台模型,并以IGBT为例,通过其阻抗特性和内部结构论证了利用该方法进行IGBT故障状态辨识的可行性。然后用Simulink搭建平台仿真模型,完成对器件的阻抗辨识,进而搭建硬件平台,包括高频信号的调制、发射电路和反射信号捕获电路,实现对反射特征的采集和预处理,对测试信号和反射信号进行相关运算,从相关波形中提取阻抗特征信息。平台实现了对电阻的阻抗值辨识,并对正常IGBT和短路IGBT进行测试,辨识出2种工况的IGBT在有触发信号和无触发信号状态时分别呈现出的阻抗特性。实验结果表明:相较于传统的基于侵入式信号的电力电子器件故障检测方法,该方法所采用的测试信号由于其高频的特性不会对原系统工作信号造成干扰,并且具有很强的抗干扰能力。研究结果可以为IGBT的健康状态评估和检修策略提供参考。 展开更多
关键词 绝缘栅双极性晶体管 扩展频谱时域反射法 相关运算分析 特征阻抗辨识 器件故障状态辨识
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双煤层重复采动下覆岩运移−裂隙演化的光频域反射响应机制研究
4
作者 程详 姜亚楠 +4 位作者 周江 赵光明 王坤 汪安宏 韩广辉 《工矿自动化》 北大核心 2025年第10期16-25,共10页
目前光频域反射(OFDR)技术在多煤层应力监测中取得一定进展,但针对双煤层重复采动场景,采用OFDR技术对覆岩裂隙动态演化的研究仍较少。以中煤新集能源股份有限公司新集一矿360608工作面为工程背景,通过布设水平与垂直光纤网络,结合OFDR... 目前光频域反射(OFDR)技术在多煤层应力监测中取得一定进展,但针对双煤层重复采动场景,采用OFDR技术对覆岩裂隙动态演化的研究仍较少。以中煤新集能源股份有限公司新集一矿360608工作面为工程背景,通过布设水平与垂直光纤网络,结合OFDR技术,分析6−1煤层在8煤层已采与未采区域的覆岩变形光纤响应差异,揭示上煤层已采区域与未采区域对下煤层回采覆岩破坏特征的作用机理。研究结果表明:①上行8煤层回采完毕覆岩裂隙呈“不规则梯形”状态,切眼侧垮落角为48°,终采线侧垮落角为36°,裂隙发育高度为32.5 cm。②8煤层未采区域,6−1煤层开采时覆岩呈典型“砌体梁”结构演化,裂隙发育高度为53 cm,光纤应变变化平缓(峰值≤55.5με)。③8煤层已采区域,重复采动导致覆岩结构弱化,裂隙发育高度增至76.25 cm(较未采区增加23.25 cm),光纤应变剧烈波动(峰值达9987με),关键层破断诱发“阶梯式”裂隙贯通,煤壁侧裂隙发育高度及应变增幅均显著大于切眼侧。④现场监测8煤层未采状态裂隙发育高度约53 m,与相似模拟结果一致。研究证实上煤层采空区通过应力转移与结构弱化,使下煤层裂隙发育高度提升43.9%,应变量级增大3~5倍,为多煤层安全开采及灾害防控提供理论依据。 展开更多
关键词 近距离双煤层下行开采 双煤层重复采动 光频域反射技术 覆岩运移 裂隙演化 上煤层已采区域 上煤层未采区域 下煤层回采
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基于反射系数的电缆故障定位及评估优化算法 被引量：2
5
作者 金琰 胡钰骁 +3 位作者 石超群 何光华 王昱力 徐阳 《高电压技术》 北大核心 2025年第5期2436-2446,共11页
频域反射法(frequency domain reflection,FDR)对阻抗变化微弱的缺陷或故障具有良好的检测与定位能力,在电缆故障诊断领域得到了广泛的应用,然而近年来现场经验表明该方法尚不能解决判断故障类型与严重程度的问题。针对以上问题,该文基... 频域反射法(frequency domain reflection,FDR)对阻抗变化微弱的缺陷或故障具有良好的检测与定位能力,在电缆故障诊断领域得到了广泛的应用,然而近年来现场经验表明该方法尚不能解决判断故障类型与严重程度的问题。针对以上问题,该文基于频域-空间域积分变换,提出了一种提升电缆故障定位能力,评估故障类型与严重程度的优化算法。首先利用光孤子在光纤通信等领域中的良好自维持性,向电缆频域反射信息中调制其频谱信息,其次定义衰减算子对频谱信息及积分核函数进行衰减补偿,设置Chebyshev窗函数削弱待测频谱低频成分。该方法在保证高检测灵敏度及定位精度的同时实现了电缆异常处阻抗不匹配类型的判别,根据定位曲线中反射信息的幅值进一步评估其故障严重程度。研究在10 kV电缆模拟线路中进行了不同失配程度的感性、容性故障及中间接头的仿真验证;分别对同轴电缆、10 kV电缆实验线路及已投运的5 km 110 kV电缆线路进行实测,结果表明其定位精度误差<2%,能够准确判断故障类型并评估其严重程度。 展开更多
关键词 电缆故障定位 频域反射 光孤子 衰减补偿 状态评估
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基于反射特征辨识的IGBT焊料层老化状态评估 被引量：1
6
作者 王为介 刘畅 +4 位作者 陈钰洁 成庶 向超群 袁炜钰 赵洪利 《铁道科学与工程学报》 北大核心 2025年第3期1383-1395,共13页
IGBT(insulated-gate bipolar transistor)作为电气化交通、新能源等领域的核心电气部件,在牵引传动、变流控制和辅助照明供电等系统中发挥着重要作用。焊料层老化是IGBT模块的典型退化形式,而作为老化状态评价指标的空洞、裂纹参数的... IGBT(insulated-gate bipolar transistor)作为电气化交通、新能源等领域的核心电气部件,在牵引传动、变流控制和辅助照明供电等系统中发挥着重要作用。焊料层老化是IGBT模块的典型退化形式,而作为老化状态评价指标的空洞、裂纹参数的获取却受限于模块的外部封装。为在保证监测对象完整性的前提下达到其状态评估的目的,基于传输线理论和拓展频谱时域反射(spread spectrum time domain reflectometry,SSTDR)法提出IGBT反射信号检测方案,并提出反射波解析拟合算法以实现对混叠采样信号的目标提取与特征辨识。然后在考虑焊料层退化机理的基础上构建模块芯片端等效阻抗解析模型,进而建立“信号−阻抗−焊料层”的映射关联,并以SKM50GB12T4型IGBT为例,通过开展功率循环加速老化实验,明确空洞率随焊料层老化状态的变化趋势。最后,基于信号传输和器件阻抗建模理论对各阶段老化样本开展反射信号特征辨识研究,分析信号特征参数随器件劣化进程的变化规律,为焊料层老化状态评估提供依据。研究结果表明:老化过程中检测端阻抗随空洞增长呈现出先缓慢减小(寄生电容主导),后快速增大的趋势(空洞、芯片主导),进而得到一致的反射信号特征参数变化趋势,与空洞变化规律的阻抗分析结果相符,故可基于特征参数增量属性将服役周期划分为健康、缓慢退化期、快速劣化期和故障损坏4个阶段。相较于空洞统计的评价方法,本方法借助信号反射特性间接刻画了焊料层空洞发展趋势,克服了内部参数监测方案的部分局限性。研究结果为IGBT焊料层老化状态的无损化检测与评估研究提供了新思路。 展开更多
关键词 芯片焊料层 空洞率 老化状态评估 拓展频谱时域反射 信号特征辨识
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基于混合调制的海底直流电缆故障定位方法 被引量：2
7
作者 白龙雷 范道平 +4 位作者 罗博 游江 马泽军 李靖德 邹亮 《中国电机工程学报》 北大核心 2025年第4期1623-1631,I0033,共10页
近年来,海底直流电缆因受海水侵蚀、船锚损伤等破坏而引发的长时间断电事故频繁发生,严重威胁到水下输电系统的安全稳定运行,快速准确定位故障源对提升电缆绝缘可靠性具有重要意义。而现有的扩展频谱时域反射法因其测距范围受到码元持... 近年来,海底直流电缆因受海水侵蚀、船锚损伤等破坏而引发的长时间断电事故频繁发生,严重威胁到水下输电系统的安全稳定运行,快速准确定位故障源对提升电缆绝缘可靠性具有重要意义。而现有的扩展频谱时域反射法因其测距范围受到码元持续时间限制,导致测试效率和准确度均偏低,为此,该文提出一种混合调制的方法,将码元持续时间不同的m序列进行相乘调制,通过正弦信号对其进行二进制相移键控调制,得到涵盖故障信息丰富的混频信号,既可实现宽范围测距,又能提高测试效率与精度。通过模型推导与实验验证,模拟海底电缆断线故障并进行定位研究。结果表明,m序列的周期与测距范围成正比,而码元持续时间则与测距盲区呈正相关关系。基于此,该文将码元持续时间为1和0.1μs的m序列进行调制实验,结果表明,测距范围分别从3141和314.1 m扩展至3235.23 m,测距盲区进一步减小。因此,利用所提出的混合调制方法,可有效克服现有方法的弊端,极大提高海底电缆故障定位效率和精度。 展开更多
关键词 混合调制 电缆故障检测 扩展频谱时域反射法 海底直流电缆
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星载GNSS反射信号台风检测及风眼位置估计
8
作者 甄佳欢 朱云龙 +2 位作者 杨东凯 张国栋 王峰 《北京航空航天大学学报》 北大核心 2025年第6期2106-2118,共13页
全球导航卫星系统(GNSS)反射信号主要利用时延-多普勒图(DDM)的奇异性对台风进行研究。但由于模糊函数的存在,会使得这一奇异特征被模糊从而影响检测性能。通过将DDM反卷积去除模糊函数的影响后再重构归一化散射系数(NBRCS)并将其映射... 全球导航卫星系统(GNSS)反射信号主要利用时延-多普勒图(DDM)的奇异性对台风进行研究。但由于模糊函数的存在,会使得这一奇异特征被模糊从而影响检测性能。通过将DDM反卷积去除模糊函数的影响后再重构归一化散射系数(NBRCS)并将其映射到空间域,对台风事件检测算法及风眼位置估计算法进行研究。根据台风场内的DDM时间序列重构得到空间域NBRCS分布序列,定义台风敏感特征观测量,并基于置信区间距离半径的滑动窗口异常检测方法来检测台风事件;提出一种台风眼位置估计算法,通过模型匹配算法将重构所得空间域散射系数与模型数据集匹配以得到风眼位置。结果表明:台风检测算法的检测性能对信噪比(SNR)敏感,信噪比越高检测性能越好,当SNR为8时,台风检测性能接收机操作特性(ROC)曲线的曲线下面积(AUC)为0.80;在4种SNR下风眼位置估计的平均误差不超过0.3°,均方根误差不超过0.6°。 展开更多
关键词 全球导航卫星系统反射测量技术 台风检测 台风中心 全球导航卫星系统 热带气旋
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低温对杨树活立木树干水分的影响
9
作者 郭旭辉 徐华东 +1 位作者 胡彦波 姚嘉南 《东北林业大学学报》 北大核心 2025年第3期19-23,共5页
通常低温环境下杨树活立木主干内水分会发生相变,由水相变成冰,液态水占总水分比例会逐渐降低。为了研究低温对杨树主干内水分相变的影响,采用时域反射法在春秋两季监测4种杨树(黑青杨(Populus euramericana‘N3016’×P.ussuriens... 通常低温环境下杨树活立木主干内水分会发生相变,由水相变成冰,液态水占总水分比例会逐渐降低。为了研究低温对杨树主干内水分相变的影响,采用时域反射法在春秋两季监测4种杨树(黑青杨(Populus euramericana‘N3016’×P.ussuriensis)、211杨(Populus euramericana‘Dn113’×simonii×P.nigra)、小黑14号杨(Populus simonii×Populus nigra)和龙丰2号杨(P.deltodides×P.simonii‘Lf’))活立木树干水分情况,估算树干含水率和含冰率,量化环境温度与树干含水率、含冰率之间的关系,比较杨树主干水分相变迟滞变化范围与平均绝对偏差的数值。结果表明:(1)环境温度是影响杨树活立木主干含水率变化的主导因素。当平均环境温度降低时,构建的环境温度与含水率之间的函数模型拟合程度升高;当平均环境温度低于15.93℃时,4种杨树树干含水率变化模型有着良好的拟合优度(R 2>0.8),杨树树干含水率与环境温度极显著相关(P<0.01)。(2)环境温度变化影响树干水分相变迟滞变化范围及平均绝对偏差数值;低温环境下,树干含水率与环境温度之间的水分相变迟滞由150~280 min(常温秋季,均温17.76℃)缩短至25~45 min(低温春季,均温1.69℃);水分相变迟滞绝对平均偏差由75.51下降至11.36。 展开更多
关键词 杨树 活立木 环境温度 时域反射法 含水率
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一种局部受激布里渊光时域反射系统最优探测距离自动识别方法 被引量：1
10
作者 陈奕 高波 +7 位作者 付林林 王笑微 朱海军 刘江涛 钟振涛 李拥政 郭林峰 徐小敏 《光子学报》 北大核心 2025年第3期43-56,共14页
工程使用中的分布式传感光缆的长度、种类和状态,以及布里渊光时域反射系统中光源器件的线宽、功率等参数都会影响受激布里渊散射阈值的大小,如何在各种不同的状态对应的受激阈值条件下,最大程度发挥系统检测性能,是紧凑型中低成本布里... 工程使用中的分布式传感光缆的长度、种类和状态,以及布里渊光时域反射系统中光源器件的线宽、功率等参数都会影响受激布里渊散射阈值的大小,如何在各种不同的状态对应的受激阈值条件下,最大程度发挥系统检测性能,是紧凑型中低成本布里渊光时域反射系统在工程应用中值得研究的问题。提出一种基于短时傅里叶变换的自动识别光纤沿线受激布里渊散射的光电路解调方案以及信号处理方法,以确定局部受激布里渊光时域反射系统最优传感距离。在实验中,对2000 m的光纤进行测量,设置脉冲宽度为20 ns,使用20 kHz的脉冲频率,识别到受激布里渊散射位置为1230.2 m,并通过布里渊频移实验数据验证了该方法的有效性。此外,还对不同脉冲宽度、频率和光纤长度进行了实验。通过实验研究进一步明确了紧凑型低成本局部受激布里渊光时域反射系统中传感光纤的有效受激区域和最佳传感使用距离,增强了布里渊光时域反射系统的工程实用性。 展开更多
关键词 分布式光纤传感 布里渊光时域反射 短时傅里叶变换 自发布里渊散射 受激布里渊反射
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GNSS-IR技术应用于临时验潮站设立原理及实践探索
11
作者 陈灵秋 柴洪洲 +2 位作者 王敏 向民志 张勇 《海洋测绘》 北大核心 2025年第1期1-5,共5页
为探讨GNSS干涉遥感技术建立临时验潮站的可行性,基于频谱分析法和逆向建模法反演水位变化原理,提出GNSS-IR临时验潮站建立方案,并在海南三亚开展水位监测实验,评估水位反演精度和准潮汐调和分析性能。结果表明,与便携压力式潮汐仪记录... 为探讨GNSS干涉遥感技术建立临时验潮站的可行性,基于频谱分析法和逆向建模法反演水位变化原理,提出GNSS-IR临时验潮站建立方案,并在海南三亚开展水位监测实验,评估水位反演精度和准潮汐调和分析性能。结果表明,与便携压力式潮汐仪记录水位对比,反演水位均方根误差可达5.11 cm,提取分潮振幅差值均在1 cm以内,迟角差值均在1°以内。GNSS-IR临时验潮站与便携压力式潮汐仪监测水位变化具有较好的一致性。 展开更多
关键词 水位控制 临时验潮站 GNSS干涉遥感技术 频谱分析法 逆向建模法
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地铁地下车站装配式结构施工受力特征监测分析
12
作者 洪成雨 林楷哲 +5 位作者 饶伟 陈湘生 邱桐 张斌 戴继 贾科 《隧道建设(中英文)》 北大核心 2025年第3期511-520,共10页
为解决地铁地下车站装配式结构质量与尺寸大、施工工况多,极易导致结构的变形和应力集中造成的损伤问题,基于高精度、高空间分辨率分布式OFDR技术,对地下装配式结构侧墙内部连续空间的应变进行监测,探索侧墙、顶板、相邻块的拼装,以及... 为解决地铁地下车站装配式结构质量与尺寸大、施工工况多,极易导致结构的变形和应力集中造成的损伤问题,基于高精度、高空间分辨率分布式OFDR技术,对地下装配式结构侧墙内部连续空间的应变进行监测,探索侧墙、顶板、相邻块的拼装,以及车站顶部回填土在多种施工工况下对侧墙内部变形特征的影响;量化分析不同施工工况对侧墙应变场与弯矩分布特征的影响规律,探究多种施工工况对侧墙结构中部与端部弯矩的贡献度,总结地铁地下车站装配式结构高风险点对应的施工工况。研究结果表明:1)侧墙在拼装与顶部回填土阶段呈现较明显的压弯效应,顶部回填土施工阶段为装配式侧墙结构的最不利工况。2)支撑倒换与侧壁回填工序会增大侧墙结构的弯矩,平均增幅分别为42.8%与19.3%;顶部土体回填期间,B1、B2侧墙最大弯矩分别较前一阶段增长510%、252%。3)侧墙两端与中部弯矩随拼装与回填土工况的进行而不断增大,产生明显弯曲效应。顶部回填土阶段对中部、顶部、底部的弯矩平均贡献度分别为70.4%、69.4%、55.1%;由于上部回填土对侧墙弯矩贡献度最大,回填土施工阶段需要关注上部回填土压力对拼装车站侧墙结构受力的影响。 展开更多
关键词 地铁 地下车站 装配式结构 光频域反射技术 施工工况 受力特征
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基于类内类间距离和AdaBoost-SCN的分类识别方法
13
作者 赵怀亮 杨润平 +4 位作者 赵少华 苏润梅 陈林毓 尚秋峰 姚国珍 《光通信技术》 北大核心 2025年第2期29-33,共5页
为提高输电线路覆冰监测的识别准确率和实时性,提出了一种基于类内类间距离与自适应增强随机配置网络(Ada Boost-SCN)的分类识别方法。首先,对相位敏感光时域反射仪相位信号进行类内距离和类间距离的联合评估,通过评分策略实现全特征向... 为提高输电线路覆冰监测的识别准确率和实时性,提出了一种基于类内类间距离与自适应增强随机配置网络(Ada Boost-SCN)的分类识别方法。首先,对相位敏感光时域反射仪相位信号进行类内距离和类间距离的联合评估,通过评分策略实现全特征向量的降维筛选,从而提取关键敏感特征;随后,采用Ada Boost-SCN算法进行覆冰等级分类,该算法以随机配置网络作为基分类器,通过迭代优化构建强分类模型。实验结果表明,该方法在测试集上的平均识别准确率达到94.7%,相比传统方法提高了2%~5%,计算用时从0.54 s降低至0.32 s。 展开更多
关键词 相位敏感光时域反射仪 光纤传感 特征选择
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时空二维Kalman解卷绕与Φ-OTDR协同的水声多目标探测(特邀)
14
作者 吴金懿 王照勇 +9 位作者 刘依凡 陈义赐 陈柏琦 宋菲菲 李璇 皮浩洋 叶青 高侃 蔡海文 瞿荣辉 《红外与激光工程》 北大核心 2025年第4期315-325,共11页
水下多类型目标探测在海洋安全、海上救援、海洋生态保护和渔业发展等方面具有重要意义。在这项工作中,将基于频率分集的相位敏感光时域反射计(Φ-OTDR)系统与悬浮布设的声敏缆相结合,检测和分析了多类型目标的水声信号。创新性地引入... 水下多类型目标探测在海洋安全、海上救援、海洋生态保护和渔业发展等方面具有重要意义。在这项工作中,将基于频率分集的相位敏感光时域反射计(Φ-OTDR)系统与悬浮布设的声敏缆相结合,检测和分析了多类型目标的水声信号。创新性地引入了时空二维Kalman算法,充分利用Φ-OTDR探测数据的时间域和空间域的二维连续性,突破了相位卷绕特性对动态范围与系统重复频率的限制,确保了多类型目标信息的高保真探测。进一步地,通过非消声水池实验验证了时空二维Kalman算法的可行性,并分析了遥控潜水器(ROV)、仿生鱼和模拟潜水员等多类型目标的频谱特性。实验结果表明,ROV为连续信号,频率范围为200~1700 Hz,频谱图中存在等频率间隔排列(24 Hz)的线谱;仿生鱼的信号间隔为0.5 s,对应仿生鱼的鱼尾摆动周期,频率范围为1500~1700 Hz;模拟潜水员信号间隔为0.25 s,对应氧气瓶气泡喷吐周期,频率范围为150~400 Hz。该技术为多类型水声目标探测和鉴别提供了重要技术手段,有望推动水下目标探测与海洋监测的发展,拓展Φ-OTDR的应用领域。 展开更多
关键词 相位敏感光时域反射计 水下多类型目标探测 时空二维Kalma n算法 相位卷绕特性
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基于OFDR的带式输送机全域智能精准测温系统设计
15
作者 任保将 唐民 +4 位作者 杜锋 富佳兴 高贵恒 崔明 王志浩 《工矿自动化》 北大核心 2025年第8期15-24,共10页
带式输送机沿线温度快速精准测定在煤矿外因火灾预防中起核心作用。基于光时域反射(OTDR)的分布式光纤测温是目前主流的带式输送机沿线测温技术,但存在测温精度不足、定位误差较大等问题。针对该问题,提出了一种基于光频域反射(OFDR)的... 带式输送机沿线温度快速精准测定在煤矿外因火灾预防中起核心作用。基于光时域反射(OTDR)的分布式光纤测温是目前主流的带式输送机沿线测温技术,但存在测温精度不足、定位误差较大等问题。针对该问题,提出了一种基于光频域反射(OFDR)的带式输送机全域智能精准测温系统,通过分析系统技术路线和架构,确定以拉曼散射为理论基础、快速傅里叶变换为信号处理算法,选择可调谐半导体激光器,设计了4层复合结构的OFDR光缆,直径为4 mm,较传统OTDR光缆减小50%,最大拉伸强度提高33%,最大抗压强度提升233%。在山西高和能源有限公司南翼一部带式输送机沿线开展工业性试验,结果表明,该系统在1 a内运行稳定,系统巡检周期为12.5 s,测温准确度为0.5℃,定位准确度为0.25 m,均满足NB/T 10183—2019《矿用分布式光纤测温装置》要求且优于目前行业较高水平,同时能够可靠实现温度超限、温升速率、温差报警功能。 展开更多
关键词 带式输送机 输送带沿线测温 光纤测温 光时域反射 光频域反射 OFDR OTDR
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基于G-S混合编码的分布式单模光纤测温方法研究
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作者 李昭旭 王宇 +3 位作者 郭欣明 刘昕 白清 靳宝全 《电子测量与仪器学报》 北大核心 2025年第1期244-252,共9页
为了减少分布式单模光纤温度传感系统的测温误差,文中提出了一种基于Golay-Simplex混合编码的单模光纤温度测量方法。首先将4路G码进行S码变换实现了12路G-S混合编码调制,再依次对12路编码输出信号进行S码解码处理与G码解码处理,并采用... 为了减少分布式单模光纤温度传感系统的测温误差,文中提出了一种基于Golay-Simplex混合编码的单模光纤温度测量方法。首先将4路G码进行S码变换实现了12路G-S混合编码调制,再依次对12路编码输出信号进行S码解码处理与G码解码处理,并采用累加平均与小波变换进行了测温曲线降噪,验证了G-S混合编码的编码增益为G码与S码的编码增益乘积。对比实验结果表明,在30 km单模光纤长度、50 ns脉宽与64 bit编码长度的条件下,G-S混合编码测温系统的反斯托克斯信号幅值曲线波动范围较小,且在整个光纤长度内信噪比较大,信噪比高于Golay码编码测温系统和单脉冲测温系统。G-S混合编码的稳态测温误差可从单脉冲系统的±7.3℃优化至±2.5℃,优于Golay编码分布式拉曼光纤测温系统的测温误差±3.9℃。而空间分辨率可保持为5 m,证明了G-S混合编码在长距离单模光纤测温方面的有效性,有望为水利大坝渗漏温变等基础设施状态的融合感知提供有效的技术解决方案。 展开更多
关键词 光纤温度传感 拉曼光时域反射 脉冲编码 G-S混合编码 测温误差
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Ф-OTD R系统中的衰落效应抑制研究进展(特邀)
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作者 雷艳阳 陈金博 +2 位作者 刘帅旗 李天夫 董永康 《红外与激光工程》 北大核心 2025年第4期18-33,共16页
相位敏感光时域反射计(Phase-sensitive OTDR,Ф-OTDR)技术通过实时解调背向瑞利散射光信号的相位信息演变过程实现对传感光纤沿线振动/声音信号的定量测量与分析,具有响应速度快、探测灵敏度高等独特优势,在周界安防、油气管线监测、... 相位敏感光时域反射计(Phase-sensitive OTDR,Ф-OTDR)技术通过实时解调背向瑞利散射光信号的相位信息演变过程实现对传感光纤沿线振动/声音信号的定量测量与分析,具有响应速度快、探测灵敏度高等独特优势,在周界安防、油气管线监测、海洋监测等领域具有广阔的应用前景。但由于Ф-OTD R系统受相干衰落效应和偏振衰落效应的影响,散射信号低信噪比位置将形成传感“死区”,导致相位信息解调失真。Ф-OTD R系统结构包括自相干探测和本振外差探测两大类,常见的解调方式包括I Q相位解调、Hilbert变换解调、PGC相位解调和3×3耦合解调。现有的Ф-OTD R系统偏振衰落抑制方案主要包括全保偏系统结构、脉冲光偏振控制及偏振分集,相干衰落抑制方案主要包括波长/频率/相位分集方案、特殊传感单元方案、算法改善方案。现有的偏振、相干衰落抑制方案均有效改善了Ф-OTD R系统中传感“死区”导致的相位解调失真,实现了对振动信号的高保真定量测量。随着Ф-OTD R系统应用领域的不断拓展,高解调速率、多参量融合感知将是未来Ф-OTDR技术的研究趋势。 展开更多
关键词 相位敏感光时域反射计技术 相干衰落效应 偏振衰落效应 瑞利散射
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光纤耦合器精细结构的热激励表征及缺陷分析(特邀)
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作者 张登峰 温坤华 《红外与激光工程》 北大核心 2025年第4期287-293,共7页
光纤耦合器广泛应用于光通信、光传感、航空航天、能源、交通、医疗等领域中,其性能与可靠性直接决定了各类光纤系统的性能。提出了一种光纤耦合器内部精细结构测试与缺陷分析方法。通过对光纤耦合器加载较宽范围的温度激励,将器件内部... 光纤耦合器广泛应用于光通信、光传感、航空航天、能源、交通、医疗等领域中,其性能与可靠性直接决定了各类光纤系统的性能。提出了一种光纤耦合器内部精细结构测试与缺陷分析方法。通过对光纤耦合器加载较宽范围的温度激励,将器件内部不可见的精细结构转换为光纤所受的热应变分布;再使用光频域反射计以毫米级的超高空间分辨率观测光纤沿线应变,进而反演光纤耦合器内部结构,并进一步通过应变分布畸变特征识别胶层缺陷,实现器件缺陷分析与质量评价。该方法具有高精度、无损的优势,且能够广泛适用于光纤耦合器、波分复用器等众多无源器件,为其缺陷成因分析、失效机理研究提供了有效测试手段,可以支撑其器件性能与可靠性的进一步提升。 展开更多
关键词 光无源器件 光频域反射计 精细结构测量 无损检测
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IQ解调低通滤波器截止频率变化对Φ-OTDR系统性能的影响
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作者 张振鹤 刘丰年 +5 位作者 张国敬 赖榕 张竣凯 黄逸轩 钟晴 龙晟 《光通信技术》 北大核心 2025年第2期34-39,共6页
为了优化相位敏感光时域反射仪(Φ-OTDR)系统的信号解调质量、空间分辨率及振动定位性能,基于外差相干探测的Φ-OTDR系统通过欠采样和同相正交(IQ)解调技术,研究了低通滤波器(LPF)截止频率对系统性能的影响。实验中采用窄线宽激光器、... 为了优化相位敏感光时域反射仪(Φ-OTDR)系统的信号解调质量、空间分辨率及振动定位性能,基于外差相干探测的Φ-OTDR系统通过欠采样和同相正交(IQ)解调技术,研究了低通滤波器(LPF)截止频率对系统性能的影响。实验中采用窄线宽激光器、声光调制器、平衡探测器等搭建系统,并设置5种不同截止频率(12.5、10、7.5、5、2.5 MHz)的LPF进行对比分析。实验结果表明:当LPF截止频率为7.5 MHz时,解调信号的信噪比(SNR)达到最高值(40 d B),且不同采样点间的信号质量更稳定;同时,LPF截止频率对系统空间分辨率无显著影响,但对振动定位存在一定误差(约2~5 m)。 展开更多
关键词 相位敏感光时域反射仪 同相正交解调 低通滤波器
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频域反射法在海缆局部缺陷诊断中的应用评述
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作者 王昊月 祝一一 +3 位作者 李猛 王励 张佳宝 和敬涵 《高电压技术》 北大核心 2025年第10期4900-4912,共13页
频域反射法(frequency domain reflectometry, FDR)在长距离海底电缆诊断定位领域具有重要应用前景。FDR法主要有首端输入阻抗谱和反射系数谱两种技术手段,该文针对长距离传输海底电缆缺陷诊断的适应性,从原理、诊断效果以及海底电缆的... 频域反射法(frequency domain reflectometry, FDR)在长距离海底电缆诊断定位领域具有重要应用前景。FDR法主要有首端输入阻抗谱和反射系数谱两种技术手段,该文针对长距离传输海底电缆缺陷诊断的适应性,从原理、诊断效果以及海底电缆的适应性3个维度对这2种技术进行了系统综述,比较了它们在电缆缺陷诊断中的差异。首先,从原理上,首端输入阻抗频谱图依赖于与完好电缆数据的对比来识别缺陷,反射系数谱则直接反映信号的反射强度,且二者在核心变量和数学变换上有所不同。此外,在诊断效果方面,总结分析了当前研究进展,通过仿真复刻不同位置、不同范围和类型的电缆缺陷,比较了两种技术在缺陷诊断中的效果,发现反射系数谱在定位感性缺陷方面更具优势,而输入阻抗谱对电缆后段缺陷的诊断更为精确。最后,结合海底电缆诊断的实际特点,分析了两种技术的适应性,输入阻抗谱法因其较强的抗噪能力,在长距离传输和高噪声环境下的定位准确性更高。通过对比分析,该文为不同应用场景下选择合适的FDR技术提供了理论依据,并为海缆的维护和故障诊断提供了新的视角。 展开更多
关键词 频域反射法 电缆缺陷定位 首端输入阻抗谱 反射系数谱 海底电缆
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