时间：2022-06-22 03:15:36
（1）ATS自动监控模式：一般情况下，该运行模式对在线列车的运行进行自动监控，并向列车自动发出进路指令，列车在安全保护下司机按照规定的运行时刻表驾驶列车。
（2）调度员人工介入模式：调度员在工作站下达相关的列车运行指令，并人工干预全线列车的运行。介入的内容主要包括对列车进行“扣车”、“终止”、改变行车路线、列车增减等。
（3）列车出入车场调度模式：列车调度员在当天列车运行时刻表的指导下编制列车的运营计划及场内行车计划，并上传至控制中心。车场信息值班工作人员根据运营计划调整相应的进路信息，以满足列车的行车需求。
（4）车站现地控制模式：一般情况下只有设备集中站参与到列车运营控制，车站联锁及车站ATS系统结合实现对车站及中央二级控制权的调整。经中央ATS设备故障后车站值班工作人员的申请后，并经调度员同意后，可改由车站现地控制。
（5）车场控制模式：场地值班人员根据用车计划对列车的出入场及场内的作业安排进路排列。
2项目管理及生命周期
项目管理，作为管理学中最为重要的分支学科，一般是指在项目活动过程中，应用专门的知识、技能、工具及方法，并在项目可利用的有限项目资源条件下，实现或超过预期的需求及期望的活动过程。项目管理，主要是对成功实现系列目标相关的活动进行整体的检测及管控，包括策略、进度计划即维护项目活动的进展。一般而言，项目管理内容主要包括对项目范围、项目时间、项目成本、项目质量、项目人力资源、项目沟通及项目风险等内容的管理。项目管理主要经历项目需求调研、项目分析、项目设计、项目实施、项目上线及项目运维跟踪等生命周期。
3轨道交通信号系统项目管理模式
3.1城市轨道交通信号系统项目特点
与其他的项目相比，城市轨道交通信息系统拥有独特的建设特性及建设目标，主要体现在以下方面：首先、需按照地铁业主的时间要求，保质保量地完成轨道建设，确保顺利开通运营。其次、需完成相关设备的安装调试、以确保设备的正常运转。
3.2城市轨道交通信号系统项目管理模式
项目管理生命周期中不同的阶段有相应的管理任务，需使用到多种技术与工具，信号管理项目管理需完成以下的实践过程：
3.2.1信号系统项目集的定义
项目集定义阶段，主要包括对项目期望收益的定义，对关键成功要素的确定及对项目集所需的资源进行估算，并进行论证商业过程。而城市轨道交通信号系统，在项目集定义阶段主要有两方面的内容：第一、掌握用户运营层面的需求，熟悉城市轨道交通建设的标准流程，以满足信号系统的国产化率达到70%的目标。第二、努力成为信号系统供应商，掌握信号系统领域的核心科技，并提供信号系统领域的完整解决方案，以实现自主化发展目标。而信号系统项目集资源管理，主要是估算人力、财力及物力。而商业论证的任务，主要在于对项目集进行合理性方面的论证，这是信号系统成功的关键因素所在。
3.2.2信号系统项目集的启动
启动阶段，一般包括项目经理指派、项目章程制定、收益分解结构分解、项目资源预算编制、项目路线图制定等方面的内容。信号系统项目集经理需同时与多个项目经理或者职能经理打交道，因此指派的项目经理需在沟通和协调方面拥有较强的能力，并具备较强的说服能力。而项目章程的制定，需从信号系统项目集的愿景、核心目标及期望收益等方面出发。对于信号系统项目集而言，路线图就是项目的进度计划，一般是由里程碑构成。而商业论证是启动阶段最为重要的成功之一，等待规划阶段的审批。
3.2.3信号系统项目集的规划
（1）明确项目的发展方向，主要包括项目愿景、任务和战略目标。
（2）为项目成功构建必要的组织，主要包括政策、流程、角色与职责的定义，并解决项目进展中的各种争端。
（3）控制、监控、评估及审批项目变更，以确保实现项目目标和收益。
3.3信号系统项目集的实施与监控
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
关键字 信息时代；网络通信；三值光纤；通信原理
【中图分类号】TN929.11文献标识码：B文章编号：1673-8500（2013）01-0025-02
对于三值光纤通信是现代通信技术中一中新的通信技术，其主要是采用了线偏光的两个互相垂直的稳定的偏振趋向和零光强来完成光的三值编码调制出三值码元进行网络信息传输，这项新的技术进一步的提高了传统光纤的通信容量，同时这项技术实现了先偏光等通信手段的实用化，进一步加强了光纤的通信能力，极大的发展了通信技术，而且光的多值码元的编码还能提高光数字网络的信息传输率和频带的利用率。
1线偏振光的波动理论和在光纤中的传输原理
1.1三值光纤通信是一种新的通信技术，其理论基础主要是线偏振光在光纤中的波动理论。光纤通信中采用了电磁波频谱近红外光区的1300nm和1500nm两个低损耗的波段，但在光纤的通信中一般都是用经典的电磁波理论作为光纤通信的理论基础。光波属于横波，是由垂直于传播方向的，也是由其中相互正交的电场矢量和磁场矢量的简谐振动交替变换而产生的一种矢量波。当光波在物质间相互作用时，电场对物质的电场力要远大于磁场对电子的作用力，所以一般使用电场强度的振动来作为光波的振动，同时用电场强度的矢量端点在空间中的运动轨迹来表示光波的偏振状态，由于矢量的振动方向在空间中的取向是不对称性的，这样就使光波具有了偏振性。
1.2在研究线偏振光的波动中，光束中的光线的偏振状态在时间和空间中的变化是相同的，所以光束都完全是偏振光。同时光波的偏振形态一般分为完全偏振光、非偏振光、部分偏振光、有线偏振光、圆偏振光、椭圆偏振光、有自然光、有部分线偏振光、部分圆偏振光、部分椭圆偏振光等七种，由于是在不同的媒质中对光波进行形态的描述，因此我们可以采用米勒矩阵法、复平面法、琼斯矩阵法等表述方法对光波在传输过程中的偏振形态进行表示。
1.3在光纤的波动理论中，一般采用Maxwell的方程作为理论基础来研究电磁波在光纤波动中光纤的波动，来解释光纤理论和波动原理。同时由于存在不同的光纤材料和某些环境的因素对光波的线偏振态的产生了一定程度的影响，使光纤的纤芯在光纤的横截面上的折射率的分布造成了影响，致使折射率发生了一定程度的变化，使其变成沿轴向不均匀的分布，对光波的偏振形态造成了影响。
2三值光纤通信原理
2.1三值光纤通信是采用了束线偏振光承载信息的方式，利用水平线偏振态、垂直线偏振态和零光强来表示不同的信息值，形成了三值的光信号，通过有关的通信元器件，来完成信息的加工和三值光纤通信，一起组合成了完整的三值光纤通信技术。由于存在光纤的材料、通信元器件和外界环境等因素，光信号的线偏振态在传输过程中会受到这些因素的影响而发生变化，需要使用偏振控制器才能获得稳定的光信号，所以三值光纤实现了可以直接利用卫星激光进行通信，同时还能提高通信容量。
2.2对于三值光纤通信的系统原理，其主要是由三值光信号编码器、光信号解码器、偏振补偿器、电信号转换电路等组成。（如图1所示）。
图中所表示的是在发射端输入电信号输入变换器，转换成控制信号通过控制三值光纤信号编码器，其中在光源处再输出线偏光调制成三值光脉冲序列，配合前面的步骤就输出三值光信号进入光纤网络传输到接收端口，然后利用偏置电压控制器来控制偏振补偿器对接收的三值光信号进行有关调整，再传输进入三值光信号解码器输出有关的电信号来反馈一定的信号传输进入偏置电压控制器，偏置电压控制器就会根据电信号进行相应的调整来再次对偏振补偿器进行相应的调整，当得到稳定的电信号后传入电信号输出变化器中，最后接收电信号。其中三值光信号的编码器是在电信号的控制下，利用旋光器中电控旋光效应等来调整光源所发出的线偏光来获取三值光脉冲序列。而三值光信号解码器是把接收的三值光信号使用偏振分光棱镜，沿两个不同的光路对光信号进行解码并传输。同时偏振补偿器是接收的三值光的同步码序列，分两个不同的线路的固定的相位差来补偿电信号，通过识别同步码的信号，是否启动偏振补偿器，并不断地调整偏置电压控制器，促使零光强脉冲宽度达到设计的标准宽度，通过控制接收的光信号来使输出光时设计的偏振光。
2.3在三值光纤通信过程中会使用到到光学元器件（包括偏振分光镜、旋光器和偏振片等），其中旋光器是利用SLM通过对线偏振光的振动面旋转90°来获得互相垂直的线偏振光。而三值光缆的通信系统的主要是由三值光发送机、三值光接收器和再生器等组成，其中基本上是通过对两值光缆网对三值光纤通信进行纵向编码来实现三值光纤通信的信息传输量和频带的利用率。同时三值光信号的发送机原理是通过直接调制或间接调制三值光发送机，来使机器不间断的输入光信号，以达到对三值光信号的发送。其次是三值光信号的接收机是通过直接检波的原理来完成对三值光信号的接收工作。在整个三值光纤通信过程中，衔接的都比较紧密，而且每个环节都需要严格按照规范的操作进行，这样才能保证获取稳定的三值光信号，以保证整个三值光信号的传输通信。
总结：本文主要对三值光纤通信原理进行了浅要地论述和探讨，进一步研究和了解了三值光纤的通信技术。在对进行网络通信技术的研究过程中，我们需要掌握过硬的专业知识，并结合国内外先进的光纤通信技术，进一步对光电子信息技术、计算机科技和光纤通信技术等进行研究，认真分析研究三值光纤的通信原理，加强对三值光纤的利用，使我国在光电子信息技术能够得到长足的发展和进步。
参考文献
[1]徐坤，谢世钟.《高速光纤通信中的偏振模色散及其补偿技术》[J]，半导体光电，2000年01期
[2]金翊.《三值光计算机原理和结构》[D]，西北工业大学，2002年
[3]张华清.《通信网时钟同步方案》[J]，北京广播学院学报（自然科学版），1999年02期
关键词：FSK，调制，解调，VHDL
频移键控（FSK）是用不同频率的载波来传送数字信号，并用数字基带信号控制载波信号的频率。具有抗噪声性能好、传输距离远、误码率低等优点[1]。在中低速数据传输中，特别是在衰落信道中传输数据时，有着广泛的应用。但传统的用硬件实现FSK的方法，特别是相干解调需要提取载波，设备相对比较复杂,成本比较高。本文基于 FPGA 芯片，采用 VHDL语言提出了一种 FSK调制解调器的实现方法。
1 . FSK调制
FSK调制的核心部分包括分频器、二选一选通开关等。图1[2]中的两个分频器分别产生两路数字载波信号；二选一选通开关的作用是：以基带信号作为控制信号，当基带信号为“0”，选通载波f1；当基带信号为“1”时，选通载波f2。从选通开关输出的信号就是数字FSK信号，调制信号为数字信号。
图1 FSK调制方框图
FSK调制VHDL程序仿真图如图2所示，载波f1和f2分别是通过对clk的12分频和2分频得到的。
图2 FSK调制VHDL程序仿真图
2.FSK解调
在解调器的设计中,已调信号是连续的波形，有两个不同的频率，在 FPGA实验平台上，已调信号可以通过矩形脉冲来代替，在一定的时间内，通过检测时钟上升沿来确定输入信号的频率，从而判断出基带信号。在本设计中，先设计一个同步信号，即当同步信号start为高电平时开始解调。论文格式。
图3 FSK解调方框图
图4是依照图3[2]编写VHDL语言解调程序得到的时序仿真图，在仿真图中，clk是输入的时钟信号，start信号为高电平，编辑输入调制信号x，通过时序仿真得出结果。论文格式。从图中可以看出，输出信号 y有延迟。计数器q计数时钟信号clk的上升沿，m计数输入调制信号的上升沿，计数器q计数到11时清零，若计数器q为10时，m计数小于等于3则判基带信号为“0”，否则判为“1”。论文格式。
图4 FSK解调VHDL程序仿真图
3.结论
整个设计使用VHDL语言编写，以EP1K30144-3为下载的目标芯片，在MAX+PLUSⅡ软件平台上进行布局布线后进行波形仿真，得到了正确的波形。结果正确无误，经验证满足预期的设计指标要求，且其整个工作过程可通过软件波形仿真，或是实际硬件电路通过示波器来直观、清晰观察。传统的FSK调制解调方式都是采用硬件电路实现，电路复杂、调试不便，采用VHDL语言用FPGA来实现的调制解调方式，设计灵活、修改方便，有效地缩小了系统的体积，增加了可靠性，具有良好的可移植性及产品升级的系统性。
参考文献
[1] 陈华鸿.频移键控(FSK)及其最新应用[J ].现代计算机,2000(9) :36-39.
[2] 段吉海，黄智伟. 基于CPLD/FPGA的数字通信系统建模与设计[M]. 北京:电子工业出版社，2004.
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.
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
关键词：小波变换，非整数次谐波，谐波检测
1 引言
近年来，随着电力电子技术的迅速发展，各种变频器、变流器、开关电源和电抗器等非线性设备的应用日益增多，产生了大量的高次谐波，造成电力系统电压、电流严重畸变，引发了一系列问题。
传统的快速傅氏变换以求和替代积分，以降低精度为代价来提取实时性，可以得出各次谐波的幅值相位。
瞬时无功功率理论自20世纪80年代提出后，突破了传统的平均值为基础的功率定义，具有较好的实时性，抗干扰能力强。
神经网络方法其特点是算法基于误差曲面上的梯度下降，权调数量与输入量一致，并保持与误差的负梯度方向一致，因此能保证网络的收敛性。
小波变换理论适合于对局部频域进行精确分析，它提供了一个自适应的可调采样窗口，具有更强的实时性。而且小波变换理论分析时频问题的良好特性使得它在检测非整数次谐波方面优于其他理论。本文采用连续小波变换分析系统中的整数次与非整数次谐波，并通过Matlab仿真得到了较好的分析结果，表明了小波变换具有检测电力系统中各种谐波的良好功能。
2 谐波检测原理
小波变换公式：。论文格式。
其中，为小波基函数，a为伸缩因子，为平移因子，x(t)为待分析信号。
由上式可知，小波变换实质上是信号x(t)与小波母函数的卷积，是对信号满足一定附加条件的滤波。而滤波的范围则是由参数α, 来决定，反映在小波母函数和小波因子的选择上。可见，小波变换是按频带而不是按频点的方式处理频域，因此信号频率的微小波动不会对处理产生很大影响，且不要求对信号进行整周期采样；其次，由小波变换的时间局部性可知，在信号局部发生波动时，它不会像傅立叶变换那样把影响扩散到整个频谱，而只改变当时一小段时间的频谱分布，这使其可以跟踪时变信号和暂态信号。
由于小波变换具有良好的时频局部化特征，使得小波变换应用于电力系统的谐波检测有着很好的理论基础，可以根据不同尺度的小波变换系数的幅值来测量谐波的频率。由连续小波变换公式可见，信号的连续小波变换相当于信号通过有限长的带通滤波器不同的尺度因子α决定带通滤波器的带通特性。如果能够使不同频率的谐波位于不同的频带中，就能够把包括整数次非整数次的不同频率的谐波分离出来。因此，利用小波变换可以实现整数次和非整数次的谐波含量的测量。
本文中采用Daubechies小波对函数进行小波变换。论文格式。一般将其简写为dbN，N是小波的阶数。dbN没有明确的表达式（除了N=1外），但转换函数h的平方模是很明确的。
令，其中为二项式的系数，则有：
式中，。
3 仿真结果分析
对本文提出的检测方法进行数字仿真，其中3.1是对于含有基波、2、3.4次谐波检测信号的仿真，3.2是对含噪的的谐波信号检测的仿真。论文格式。
3.1 含有基波、2、3.4次谐波检测信号的仿真
由于非线性元件和电力电子器件的广泛应用，使电力系统中存在着大量的整数次与非整数次谐波。采样一个周期，而系统中分别有基波、2、3.4次谐波时，采用db3小波对信号进行5层分解。
图1 线形组合后的信号
图2 小波分解后各层的逼近信号
图3 小波分解后各层的细节信号
当信号中含有基波、2次、3.4次谐波时，其线形组合后的信号如图1所示，对组合信号进行5层db3分解后的逼近信号如图2所示，细节信号如图3所示。从图2可以看出，逼近信号a1显示了3.4次谐波，逼近信号a2显示了基波，二次谐波则出现在细节信号d2中。由此可知，对于常规傅立叶变换不能检测非整数次谐波的问题，可以利用小波变换分析系统中存在的非整次谐波。通过分析小波变换对谐波检测的特点，选用了db3小波变换并分析了含有非整次谐波的系统，证明了小波变换对于解决含有非整次谐波的检测和分析具有良好的特性。
3.2对含噪的谐波信号的仿真
在电网电压中，由于各种现代电力电子设备的干扰，不但存在谐波信号，而且有着广泛的噪声信号。采样一个周期，而系统中分别含有3.7次谐波和噪声信号时，采用db3小波对信号进行5层分解。
图4 含噪声信号线形组合后的信号
图5 含噪声信号小波分解后各层的逼近信号
图6 含噪声信号小波分解后各层的细节信号
当信号中含有3.7次谐波和噪声信号时，其线形组合后的信号如图4所示，对组合信号进行5层db3分解后的逼近信号如图5所示，细节信号如图6所示。从图6可以看出，3.7次谐波体现在逼近信号部分，而白噪声体现在细节信号部分。由此可知，小波变换不但具有良好的非整次谐波的检测能力还具有良好的噪声分辨能力。
4 结论
小波变换是针对快速傅立叶变换在分析非稳态信号方面的局限性形成和发展起来的一种十分有效的时频分析工具，它克服了快速傅立叶变换的缺点，采用不同尺度的分析方法，能在信号的不同部位得到最佳的时域分辨率和频域分辨率，为非稳态信号的分析提供了一条新的途径，通过本文的仿真可知，它对于含有整数次、非整数次谐波和含噪谐波的检测有着很大的优越性。
参考文献
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（渤海大学工学院，辽宁锦州121000）
摘要：根据通信原理实验课程的特点，分析现存硬件实验方法的不足，提出借助Matlab/Simulink虚拟仿真实验环境对传统实验方法进行补充和改革的方案；以最终构建典型通信系统为目的，结合理论授课重点，通过多个小实验的设计仿真和综合设计仿真，巩固学生理论知识，培养分析解决实际问题的能力。通过典型实例的设计和分析说明基于Matlab/Simulink的通信原理虚拟仿真实验方法有效可行，是实验教学改革进程中的有益尝试。
关键词 ：通信原理；实验教学；虚拟仿真；Matlab
中图分类号：TN911?34 文献标识码：A 文章编号：1004?373X（2015）14?0028?04
收稿日期：2015?02?17
基金项目：2013 年渤海大学教学改革研究项目（JG13QN007）；
国家自然科学基金资助项目（61304149；51277011）
通信原理是电子信息和通信工程类专业重要的专业基础课，也是此类专业研究生入学考试的必要科目之一。通信原理课程理论性和实践性都很强，学习中公式推导多、新概念多，学生不易理解。学生不仅应该掌握通信系统的基本原理和基本方法，还应熟记重要结论并灵活运用。实验教学作为理论教学的重要组成部分，对夯实理论基础和培养学生的动手能力、分析解决问题的能力、正确的思维方法及严谨的工作作风等方面起着不可替代的作用[1]。
1 通信原理实验教学改革的必要性
传统的通信原理实验为单一的硬件验证性实验，通过多年的教学观察，这种实验方式存在以下几个方面的问题[2?5]：
（1）实验方式机械，实验台上的模块已经固化，绝大多数参数已设定好，学生按照讲义上的步骤一步一步接线，用示波器观察实验台上已预留好的指定测试点的波形，记录数据波形，即可完成实验；整个实验过程学生不用动脑分析实验原理，也不用弄明白实验电路的工作原理，只要实验箱完好，并接线正确，就可以在示波器上得到实验结果。
（2）实验内容不丰富，受实验台设备局限，实验内容均为验证性实验，学生对实验的感受不深，对设备的运行原理、运行情况了解不深，不利于培养学生的综合思维能力和创新能力。
（3）硬件实验室建设、维护成本高，通信工程实验室的建设中需要投入较大的人力和物力，由于硬件设备容易受损，加上个别学生的误操作，致使每学期实验课过后，完好的实验台逐渐减少，每年学校都要投入大量资金进行设备维护。
（4）实验缺乏系统性，以往通信原理的实验内容主要是AM调制与解调、数字基带信号、数字调制与解调、PCM 脉冲编译码等几个典型的验证性实验，各个实验相对独立，不利于学生基于所学理论知识去系统化地了解整个通信的过程。
虚拟仿真实验系统是借助于图形图像、仿真和虚拟现实等技术在计算机上所营造的可辅助、甚至替代传统实验各操作环节的相关软硬件操作环境。它是现代实验教学的发展模式，有效地补充和完善了传统实验，缓解实验方式机械、内容不丰富、实验设备不足和滞后等问题，其优势在于允许出现误操作，获得“零”维护保障，便于开展设备易损性、综合性、设计性实验[6?7]。
Matlab作为当前国际最流行的面向工程、数值和科学计算的高级语言，是通信系统虚拟仿真中最常用的语言之一，Matlab 环境下的Simulink 拥有丰富的系统建模、仿真和分析的动态仿真集成环境工具箱，而Matlab中的GUI提供了可视化的快速开发环境，使用者通过鼠标就能迅速产生各种GUI控件，从而帮助用户方便地设计出各种符合要求的图形用户界面。利用Matlab的上述功能完全可以实现在物理设备上所要完成的通信理论实验，不仅可将抽象理论知识运用图形、文字、数据等多种形式展现，更为实验教学提供一个界面友好、操作简便的虚拟环境[8?10]。
2 通信原理虚拟仿真实验教学方法
通信原理理论课在本科教学中，需要学生重点掌握的内容主要涵盖了模拟通信系统、数字通信系统和模拟信号数字化3大部分。传统的实验内容各自独立，缺乏系统性。在通信原理课程实验教学改革中，以典型通信系统为应用背景，按照理论授课的重点内容，将系统分解为多个部分，随着各部分实验内容的完成，典型的通信系统也就应运而生，使学生不但深刻理解了各实验部分的原理，而且激发了学生对枯燥专业理论的兴趣。
虚拟仿真实验系统在Matlab环境下，利用Simulink功能模块、调用M 函数或编写S函数等，根据实验大纲要求开发通信原理仿真实验虚拟仪器库，然后将开放完成的虚拟仪器按照实验设计要求连接构建成通信系统。具体实施方法步骤为：
（1）按照理论内容系统化设计实验系统，根据教学大纲的要求，通信原理实验应该包括模拟通信系统、数字通信系统以及模拟信号数字化多路复用通信系统3 大系统。
（2）根据所需实验，做整体系统设计，确定仿真选用的虚拟仪器及连接框图，汇总虚拟仪器功能，比如信号发生器应包含余弦信号、直流信号和单矩形脉冲信号等、滤波器应包含低通滤波器和带通滤波器等。
（3）利用Simulink 功能模块或Matlab 语言实现虚拟仪器功能，封装相应模块，按照通信系统的一般模型可包括：信源模块、滤波器模块、调制器模块、噪声模块、解调器模块、PCM编/解码模块和信号分析模块等。
（4）由虚拟仪器连接构成虚拟实验通信系统，设置仿真参数，如仿真时间、步长等。
（5）运行仿真模型并合理选择测量点，设计信号分析模块，分析仿真结果并与理想结果比较。
其中信号分析模块是对测量信号成分的分析，包括输出信噪比的计算、输出信号频谱分析；与物理硬件实验相比，利用物理硬件系统得到的观测值，计算系统指标中参杂了硬件噪声和读数误差的影响，并且有些参数无法读出，如噪声功率和信号频率，导致系统性能分析的不准确或无法计算，而利用Matlab实现的软件系统可直接精确提取系统运行参数，在Matlab软件平台中附加指标计算公式，用于方便比较和评价通信系统的性能。
通信原理虚拟仿真实验系统开发只要一台PC 机，安装Matlab软件即可。由于Matlab在通信仿真领域的应用广泛，开发技术相关资料也很容易搜集；虚拟仿真实验系统开发完成后，投入实验课程中所需硬件条件为一台PC机，要求安装Matlab软件和虚拟仪器库，理论条件为学生掌握Matlab软件。在我校通信工程专业的培养方案中，第三学期开设了“Matlab程序设计”课程，第四学期开设“通信原理”理论课，第五学期开设“通信原理实验”课程；因此本课程实验的教学改革从开发到使用都具有较强可行性。我校通信原理课程配8个验证性实验，以最终构建典型通信系统为目的，结合理论授课重点，通过多个小实验的设计仿真和综合设计仿真，使学生不但巩固了理论知识，培养了分析解决实际问题的能力，同时也使学生能够从系统化的角度进一步理解通信系统的概念。
3 典型实验举例
AM 调制解调通信系统是通信原理中最基本的一种模拟通信系统，文中该实验涉及到载波调制、相干解调、包络检波等基本通信理论。
3.1 AM调制原理简介
假设调制信号为m(t) ，直流偏量为A0 ，载波为cos ωc t ，则可得AM调制信号表达式为：
由理论分析可知，当μ ? 1 时，可采用包络检波和相干解调两种解调法恢复出原始信号；而μ > 1 时将出现过调幅现象，只能采用想干解调法恢复原始信号。
3.2 基于Matlab/Simulink的AM调制解调实验设计如图1所示，AM 调制解调系统包括AM 调制模块、AM解调模块和信噪比计算模块。通过该实验的设计，要求学生掌握乘法器的基本工作原理，由乘法器构成的振幅调制和载波调制电路的工作原理和特点，掌握包络检波和想干解调的工作原理和特点，了解不同调制系数μ 对系统的影响。
AM 调制器的结构如图2所示，其中通过加法器实现了调制信号m(t) 与直流偏量A0 的加和，输入端In3为载波信号，最终，通过乘法器形成了AM 调制信号sAM (t) ，从端口Out1 输出。在Matlab/Simulink 环境下将模块封装，则构成了图1中的AM调制器。
包络检波器的结构如图3所示，本实例中的包络检波器可直接采用Saturation模块来模拟具有单向导通性能的检波二极管，Saturation模块的上、下门限分别设置inf和0，检波后通过低通滤波器。该模块封装后，构成了图1中的包络检波器。
相干解调器的结构如图4所示，相干解调采用的载波由端口In2 输入，与调制载波同频同相，可以直接从发送端载波引入，解调后通过低通滤波。该模块封装后，构成了图1中的相干解调器。
实验过程中，首先要求学生实现AM 调制器、包络检波器和相干解调器3个模块，掌握系统的核心原理，然后将这3个关键模块连接，接入信号源、噪声、示波器和信噪比计算模块构成整体的AM 调制解调通信系统。由于信噪比计算模块比较复杂，可直接由教师构造模块，讲解功能后由学生选用，方便进一步分析系统。
3.3 AM调制解调实验结果
本实例中，假设载波为cos(106 × t) ，直流偏量为A0 = 1 ，调制信号为m(t) = 0.3 cos(103 × t) 。调制信号m(t)与m(t) + A0 分别如图5上、下两波形所示。
由式（2）计算可得，本例中调制系数μ = 0.3 ，则该系统可采用包络检波和相干解调两种解调方法。理论上，在大信噪比条件下，包络检波器的性能接近相干解调器性能，但随着输入信噪比逐渐降低，包络检波器将出现门限效应。实验中，可使学生通过修改噪声参数观察门限效应现象，通过修改调制信号幅度和直流偏量值观察不同调制系数下包络检波和相干解调的性能，加深对理论知识的理解。
当噪声方差为0.3时，解调器前端信号如图6所示，其中上部信号为无噪声信号，下部信号为方差为0.3的有噪信号。
噪声方差为0.3时，解调器输出波形如图7所示，其中上部信号为包络检波器输出，下部信号为相干解调器输出信号。由图可见此时包络检波器和相干解调器均可正常解调信号。
当噪声方差为1时，解调器输出波形如图8所示，从图中可观察到，此时包络检波器已经出现门限效应，而相干解调器可以正常工作。
4 结语
在“通信原理”实验课程中利用Matlab构建虚拟仿真实验系统，使得通信系统的仿真用计算机模拟实现，免去构建硬件实验系统的不便和开销，而且操作十分简便。通过这种实验方式不仅帮助学生深入理解课堂所学理论，而且为学生今后使用Matlab进行通信系统的分析和设计打下基础，有利于培养学生应用计算机辅助分析和设计控制系统的综合能力。
参考文献
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关键词 低压电力线；载波通信技术；应用领域；研究论述
中图分类号TN91 文献标识码A 文章编号1674-6708（2015） 153-0024-02
低压电力线载波PLC通信技术，就是切实通过低压配电线作为信息资源传输技术的实现媒介，来切实进行数据或语音信息传输实现目标的通信技术形态。电力线网络，是现有技术发展阶段条件下，全世界范围内分布最为广泛网络技术，并且在今后的一段历史发展时期之内，必将稳定保持其稳定性的潜在运用价值。近年以来，低压电力线载波通信技术的稳定有序发展，以及日渐普及化的实际应用，给全世界范围内通信事业的繁荣发展创造了极其充分的推动力量，有鉴于此，本文针对低压电力线载波通信技术的基本理论以及应用展开简要的分析论述，预期为相关领域的研究人员提供借鉴意义。
1 低压电力线载波通信技术的基本分析
1.1 低压电力线通信网络信息传输渠道的基本特性分析
低压电力线本身是一种具备非均匀性分布特征的数据信息传输材料，这种材料在设计研发的过程中，只是单纯地用于电力能源输送行为的，因此相较常见通信信号传输介质而言，比如双绞线、同轴电缆、以及光导纤维等，其实际在完成通信信号传输功能中，具备着一系列都有的技术特征，相较国外现代通信事业的发展状况而言，我国低压电力线载波通信技术在实际的建设发展过程中，有产生了一系列的特有现象，值得相关领域的一线技术人员关注，其具体现为以下几个方面。
第一，这套通信技术系统是典型的时变系统，并且存在着较为明显的多径效应现象。缘于信息资源传输通道的时变特征，信息传输通道的描述函数受时间变量的影响而不断处于动态变化状态之中，将会直接引致信息对象接收端口的信息通道出现频率弥散性，以及时间选择性衰落现象。并且在径效应的影响下，会进一步出现时间弥散性，以及频率选择性衰落现象。
第二，存在形式各样的信号干扰以及噪声现象。并且实际出现的噪声干扰现象实际存在多种类型。
第三，电力线路的本身具备中较小的阻抗，但是线路的实际运行过程中所表现的阻抗强度随着信号频率数值以及传输时间的改变而呈现出动态变化特征，这种技术状态使得实际的载波信号强度遭受了较为严重的减弱现象。
第四，通信信号衰减的强度与信号的频率以及传输距离具备着密切联系，并且能够模糊确定信号衰减程度与信号的频率以及传输距离之间的正相关关系。
1.2 常见低压电力线载波通信技术形态分析
第一，直接序列扩频通信技术（DSSS），这种通信技术能够运用具备较高速率特征的扩频序列，在通信信号的发射端技术点位完成对信号频谱的扩展，并且在通信信号的接受端技术点位通过与发射端一致的扩频码序列实施解扩技术操作，进而将实际传输的通信信号实现还原，并以此完成特定的通信技术任务。
第二，OFDM通信技术，这种技术能够将处于高速传输状态之中的串行数据流，运用专有化的技术结构转化形成具备较低速率特征的并行数据流，并在这一转化过程的基础上，将转化形成的低速并行数据流加载到处于相互正交技术形态的子载波上，并在此技术上实现并行数据技术传输目标，在数据对象的接收端口，应当对接收到的数据流实施于发射端相逆向出技术操作过程，并以此实现通信技术目标。
第三，多载波码分复用通信技术（MC-CDMA），这是将OFDM通信技复合加载到CDMA技术形态之上而形成的技术类型，在这种技术形态的运用过程中，应当将待传输的通信信息符号首先实施扩频操作，之后再将经过信号扩频环节而获取的chip结构，直接调制到某个任意的子载波上，之后通过专门化的信息流传输通道实现信息流对象的传输工作实践目标，最后在接收端技术点位，通过与之前相反的技术操作实现对待传输信号对象的再次获取。
2 低压电力线载波通信技术的基本应用领域分析
对于低压电力线载波通信技术形态而言，其建设过程中实现了对广泛覆盖开放技术空间的电力能源供应与传输系统的充分运用，并通过对电力能源输送技术网络的运用，切实实现了对数据通信网络技术体系的建设目标。在现有的技术发展阶段条件下，低压电力线载波通信技术在我国公民的基本社会生活实践过程中，获取了日渐广泛的应用领域发展趋势，本文将选取部分技术应用实例展开简要的论述。
2.1 家居生活环境的智能化建设
随着我国经济社会建设事业的不断发展进步，国人迫切需要建构一个具备充分职能化发展特征的家居生活技术网络。这里可以切实通过对分布在国人住宅使用空间之内的各式各样的微控制器、家用电器设备，以及PC机的技术连接操作。充分实现对家庭化技术网络实现体系的建设目标，并基于这一技术网络对家庭技术空间之内各种身边，以及技术控制终端的调动和使用，实现国人家居生活环境的智能化，以及自动化的管理应用实务目标。
要切实基于低压电力线载波通信技术形态附属的电力能源输送技术网络，给国民家庭生活空间之内的每一个电器身边接入点位赋予实现互联网技术连接的实用技术功能，要切实通过遍布国人居住生活空间之内的插座技术构建，以及电器设备插头之间的相互连接，实现基于现代互联网信息船传输与处理技术的电器设备智能化控制与使用系统的建设目标。通过输电线路帮助居民家庭中的家用电器设备实现网络信号接入技术目标能够有效减少对信号线材料的布设技术环节，并以此有效降低家居生活环境的智能化建设技术过程中的成本消耗规模。
2.2 电能表自动抄表技术系统
在低压电力线载波通信技术的应用实务背景之下，电能表设备的自动抄表系统主要由终端水表（或电表、气表等）、终端数据采集器、数据集中器，以及中央主控计算机组成等基本技术构件共同组成。
终端数据采集器构件，可以通过数据采集器构件，是实时对特定用户对象的电能消耗状态信息实现采集目标。之后通过必要的信息信号传输准备处理过程，将处理结束之后的数据信号通过直接化序列扩频通信技术，或者是OFDM调制通信技术形态，实现在低压电力线载波技术系统背景之下的信号传输工作实践目标。
在远程抄表技术实践系统的接收端技术点位，通过对实际接收到的数据信号对象展开与发射端相反方向的技术处理行为，将能够实现对特定目标用户实时电能消耗数据的有效获取，进而也就实现了基于低压电力线载波通信技术形态之上的远程化电能表自动抄表技术系统的建设以及实际运用目标。
关键词：压缩感知；图像快速重建；稀疏表示；小波分解；正交匹配追踪
中图分类号：TP391.41 文献标识码：A 文章编号：1007-9599 （2013） 01-0065-02
1 压缩感知概述
1.1 压缩感知理论
美国工程师奈奎斯特于1928年提出，又由信息论创始人香农于1948年将压缩感知理论加以说明并将其以定理形式进行引用。奈奎斯特理论认为，在转换模拟/数字信号时，如果采样频率2倍于信号最高频率时，那么采样后的数字信号就能够对原始信号的信息进行完整保留。在这种背景之下，近年来，美国科学家在此基础上提出了新的信息获取理论，也就是压缩感知。压缩感知理论认为，如果利用远低于奈奎斯特标准的方法实现对可压缩信号的数据采样，仍然可以将原始信号进行精确恢复。压缩感知理论一经提出，便解决了一系列发展与应用瓶颈，使其在各个领域都得到了巨大发展。
1.2 压缩感知原理
（1）基本原理。压缩传感信号x?Rn*1测量过程的公式为y=Ax?RM*1，M??N式中A表示测量矩阵，y表示所获取的信号测量矢量。而信号重建公式则表示为min||x||0，s.t.y=Ax式中||·||0表示x中非零值元素，即信号的稀疏度。信号重建公式属于组合优化问题，压缩感知理论的提出者认为，能够使用11范数的最小化对矩阵测量进行求解，其公式为min||x||1，s.t.y=Ax。
（2）组成部分。信号恢复算法，即以M个观测值对N长度的原始信号进行无失真恢复、矩阵测量，即保证当原始信号在维数降低时，维持在最小的信息损失量、信号稀疏表示这三部分组成了压缩感知的理论。
1）信号恢复算法。与奈奎斯特理论中线性感知特点不同，压缩感知理论中要复原信号，就要将非线性优化问题进行求解。目前压缩感知重建算法有三种，一是贪婪算法，它的特点是精度低且测量数据多，二是凸优化算法，其特点是精度高且测量数据少，三是统计优化算法，这种算法介于其他两种算法。2）测量矩阵。当信号x为长度N时，其在M??N个测量中进行重建，如果非零系数位置为已知，只要K?M，那么这个公式就有解。目前在采样方式上，较为常见的有JITTER采样、随机采样以及均匀采样等，而在测量波形上，则包括正交函数、随机波形以及高期随机波形等。3）信号稀疏表示。在可压缩信号的基础上，压缩感知可通过两步骤实现，即先设计不相关于变换基的测量矩阵并对其实施观测，得到测量向量后，从维度测量向量进行信号的重建。
2 基于压缩感知的图像快速重建方法设计
通过设计一种基于观测矩阵与多稀疏变换基的组合并利用正交匹配追踪计算法来重建图像，同时通过实验使用一级小波分解图像，将相似的分子量图像进行提取，而后应用于压缩感知技术实现对其的恢复操作，最终借助小波逆变换得到图像的快速重建效果。
2.1 观测矩阵、稀疏变换基与算法
在本实验中选取了不相同的稀疏变换基5种，分别是离散傅里叶、离散余弦以及三种各不相同的小波变换基。而观测矩阵则包括非常稀疏投影、局部哈达玛、非相关测量、BERNOULLI随机以及高斯随机矩阵5种。所采取的恢复算法则是贪婪算法中的正交匹配追踪算法。
从表1的数据结果显示，基于观测次数相同的条件下，本文提出的方法与直接将压缩感知重建技术应用于整幅图像相比，显著提升了其运行的时间与效率，另外对于重建图像的也有了相当明显的改善效果。
3 结语
将压缩感知理论应用于重建二维图像上，已获得较好的重建图像质量，本文在此基础上，利用观测矩阵、稀疏变换基的相关算法，并引入小波变换，设计了一种经改进后的图像快速重建方法，在获得同等重建质量的图像同时，还能够将程序运行时间明显缩短，使得图像快速重建的效率得到大幅度提升，因此具备一定的推广应用前景。
参考文献：
[1]王天荆，郑宝玉，杨震.基于自适应冗余字典的语音信号稀疏表示算法[J].电子与信息学报.2011，33（10）.
[关键词]声发射；时延估计；端点检测；HHT
[DOI]10.13939/ki.zgsc.2015.45.164
1 引 言
声发射（Acoustic Emission，AE）是指结构内部损伤源迅速释放能量而产生瞬间弹性波的物理现象[1]，绝大多数材料在发生断裂或形变等结构损伤时都伴随着声发射现象的产生。声发射检测技术主要包括对声发射源进行定性、定量、定位等多方面的检测与判断，声发射源定位是其中的关键环节和难点之一。
在众多定位方法中，基于时延估计的定位方法由于简单易行，计算量小而被广泛应用。传统的时延估计方法往往是对两个传感器接收到的信号进行处理来求得二者之间的时间差，如金留念等人[2]在基本互相关的基础上对基于二次相关的时延估计方法进行了研究；栾风虎[3]等人提出了基于高阶累计量的时延估计方法；王江[4]提出了基于遗传算法的自适应时延估计。
然而，这些传统的时延估计方法涉及两路传感器信号，无法避免由传感器之间的特性差异而造成的时延估计及定位结果误差。针对这一问题，文献[5]初步提出了将语音信号端点检测技术用以测定每一路传感器信号的到达时间，进而求得两路信号之间的时间差，并就短时能量法进行了实验验证，证明了该方法的可行性。
本文将在文献[5]的基础上，运用希尔伯特-黄变换（HHT）对语音信号和声发射信号进行分析处理，从瞬时幅值、瞬时频率等多个角度验证二者的相似性，从而为将端点检测技术运用于声发射信号到达时间测定提供理论依据。
2 几种常用端点检测原理
端点检测技术是语音信号处理中的一种基本技术，用于从一段包含语音的信号中确定语音的起始点和结束点，其最终目的可以归结为区分信号中的语音和噪声。常见的端点检测方法主要从语音信号的短时能量、短时过零率、倒谱特征和熵等方面入手，下面对这几点分别进行介绍。
2.1 短时能量
在一段语音信号中，语音段的能量是噪声能量和有用语音信号能量叠加之和，因此语音段和噪声段在能量大小上有着明显的差别。通过计算输入信号的短时能量可以有效区分信号的语音段和噪声段，从而实现语音信号的端点检测。
2.2 短时平均过零率
对于连续的声发射信号来说，过零意味着时域上的波形穿过时间轴；而对于离散的波形信号来说，则是指其相邻的采样值的符号的改变。短时过零率就是样本采样值改变符号的次数。
信号x（n）的短时平均过零率定义为：
2.3 倒谱距离和熵
信号倒谱可以定义为信号的能量谱密度函数的对数的傅里叶反变换，基于倒谱距离的端点检测是将倒谱距离代替短时能量来作为特征参数，该方法与基于能量的端点检测方法类似。
由于语音信号中语音段的幅度相对于噪声段的幅度动态范围大，可以认为语音段在信号范围中的随机事件大，即熵值大，而噪声的幅度小、分布相对集中，因而熵值小。常用的信息熵和谱熵分别从时域和频域来计算熵值。
通过上述对几种常用端点检测方法的阐述和分析，可以看出这几种方法都可以归结为是从语音信号的语音段和噪声段在能量或频率上的较大差异出发进行端点检测的。因此，要验证语音信号和声发射信号的相似性，从而将端点检测技术运用于声发射信号的时延估计，可以通过证明声发射信号的有用信号段和噪声段在能量和频率上也存在和语音信号一样的差异来实现。
3 声发射信号和语音信号相似性论证
非平稳信号是指分布参数或者分布律随时间发生变化的信号。非平稳随机信号的统计特征是时间的函数。与平稳随机信号的统计描述相似，传统上使用概率与数字特征来描述，工程上多用相关函数与时变功率谱来描述，近年来还发展了用时变参数信号模拟描述的方法。此外，还需根据问题的具体特征规定一些描述方法。目前，非平稳随机信号还很难有统一而完整的描述方法。
声发射信号和语音信号均属于非平稳、非线性信号，其频率结构随时间发生变化，Fourier变换是将信号分解成多个固定频率和固定幅值的正弦信号的加权和，用于分析频率不随时间变化的平稳信号有较好的效果。因此，Fourier变换对此种信号不再适用。
3.1 瞬时幅值和瞬时频率
HHT是1998年提出的一种适用于非线性、非平稳信号的分析方法[6]。根据该方法，可以求得信号的瞬时幅值和瞬时频率，具体过程如下。
设u（t）为实信号，其希尔伯特变换为：
3.2 两种信号的相似性论证
按照上文所述，为了验证语音信号和声发射信号的相似性，可以通过证明这两种信号的噪声段和有用信号段在频率和能量（或幅值）上都有着明显的区别。根据上述方法分别对语音信号和声发射信号的瞬时幅值和瞬时频率进行求解，结果如图1和图2所示。
从图1和图2中可以看出，通过求解声发射信号和语音信号的瞬时幅值和瞬时频率，二者的噪声段和有用信号段在幅值和频率上均发生了突变，存在较大的差异。根据上文分析，常用的端点检测方法正是从这种差异性入手来实现的，因此可以将端点检测技术运用于声发射信号达到时间的测定。
4 结 论
声发射信号时延估计，即计算出两路声发射信号到达不同传感器的时间差。信号到达传感器的时间的测定就是有用信号的起始点，可以看成是区分声发射信号中的噪声段和有用信号段。因此语音信号的端点检测和声发射信号到达传感器时间的测定在本质上都是为了区分有用信号和噪声。本文通过运用HHT求得两种信号的瞬时幅值和瞬时频率，从能量（或幅值）两个角度证明了二者的相似性，从而为将语音信号端点检测技术应用于声发射信号时延估计提供了理论依据。
参考文献：
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[4]王江.基于遗传算法的自适应时延估计[J].火力与指挥控制，2012，37（8）：50-53.
关键词：《信号与系统》；课群建设；实践
引言
《信号与系统》是电气信息类专业本科生必修的专业基础课程，目前许多重点高等院校将它作为相关专业硕士研究生入学考试的课程。《信号与系统》这门课程体现了事物本质在物理概念、数学概念、工程概念三者相结合的产物。该课程以高等数学、复变函数、电路原理、概率论与数理统计课程为基础，是学生在学习后继专业课程如数字信号处理、DSP原理及开发应用、现代信号处理、通信原理、自动控制原理等课程的先修课程，所以《信号与系统》这门课程在教学环节中起着承上启下的重要作用，其教学质量不仅直接影响到学生对后续课程重要概念的理解和分析解决工程问题的能力，也对通信、雷达、测试、控制、生物医学工程等众多学科和工程领域起着不可低估的作用。有必要建立《信号与系统》的课程群。
1 针对高校信号与系统课群建设亟待解决的问题
《信号与系统》和《数字信号处理》作为我院电子信息工程专业的专业基础平台课，目前授课对象仅为电子信息工程专业，专业涉及面窄，与其自身的强大功能不相符；其次信号与系统作为学科基础课和数字信号处理作为专业主干课在课程开设时，为求自身体系的完整性，存在有内容重复，衔接不合理、内容综合不够、理论与实践严重脱钩等问题；再次随着信息技术的快速发展，正面临着“教什么，如何教；学什么，如何学”的严峻挑战和实现从知识型人才转变为应用型、综合型、创新性人才培养模式的思考，如何实现《信号与系统》和《数字信号处理》的授课内容与学科的发展同步及如何有效利用科学技术的发展实现理论与实践的统一是急待解决的问题。
2 课群建设的实施
2.1 课群建设的总体思路
2.1.1 教学课程的改革与整合：系统的分析《信号与系统》和《数字信号处理》两门课程自身的特点，进行有机的整合，信号与系统与数字信号处理两门课程的教学内容有着密不可分的内在联系，其中心是通过对各种不同信号的分析，实现信号的处理，达到所希望得到的信号，注重学生综合应用知识能力和自主学习能力的培养；同时针对信息技术的发展，介绍其在新兴学科和领域中的应用，进一步激发学生的学习兴趣。2.1.2 教学方法的改革：针对《信号与系统》和《数字信号处理》两门课程计算公式多、概念多、变换多等特点，注重能力培养与和学科互动，充分利用计算机技术、多媒体技术和各类仿真软件的最新成果，采用灵活的教学手段，既能展现课程的重点难点问题，又能实现师生互动，突出基本原理中所蕴含的数学概念、物理概念和工程概念，实现学生能力的提升。2.1.3 实验手段的改革：实验课时的安排是提高学生学习兴趣和学习能力的重要环节，是实现理论与实践有机结合的重要保证，因此针对两门课程的特点，分别安排借助Matlab编程知识进行验证性实验和综合设计性试验，解决理论与实践，强化学生的自我学习能力，理论上与分别于《信号与系统》和《数字信号处理》两门课程应用并行。2.1.4 课程体系的改革：针对信息处理技术的发展，在两门课程的基础上，增加Matlab应用、EDA技术和DSP技术等，形成完善的课群体系，在教材上以“易教易学和强化培养学生的工程能力和创新能力”为出发点，精选内容、加强基础、例题典型、重点突出；在文字上力求简洁明了、易教易学。
2.2 课群内各课程之间的优化整合关系
2.2.1 优化信号与系统和数字信号处理两门课程的学习内容。信号与系统主要讲授两大信号（连续时间信号与离散时间信号）的时域与变换域、两种系统（连续时间和离散时间系统）、三大变换（傅里叶、拉普拉斯、Z变换）的具体知识点需要重点讲授，系统的状态变量分析只做一般讲解。数字信号处理主要讲述离散时间信号的时域和变换域分析、离散傅里叶变换（DFT）利用时域抽样定理和频域抽样定理实现时域到频域的映射关系、基于时间和频率抽选奇偶分解的快速傅里叶变换（FFT），接着讲述无限和有限冲激数字滤波器对信号的具体实现，完成信号滤波处理的功能。2.2.2 基于MATLAB的仿真实验在课程群建设的重要性。MATLAB仿真的应用中数字信号处理工具箱的运用使得系统分析、信号的谱分析、数字滤波器的设计方面应用更为普及和广泛，应用MATLAB可以很容易地进行信号与系统的傅立叶分析、卷积运算、滤波器设计、信号滤波等工作，在信号系统的课程中安排验证性实验偏重于理论与实验的统一，在数字信号处理课程中安排综合性实验偏重于创新能力的培养。MATLAB基础及应用的理论与实践教学能够有效提高学生对数字信号进行处理的应用能力，对于分析问题、解决问题、创新能力的培养有很大的积极作用。2.2.3 EDA课程设计在课程群建设中的主导性。EDA课程设计，主要通过应用两个工具软件-Protel2004和MATLAB7.0，完成电子线路的制版和线路仿真工作，图文并茂、易学易懂，在课程设计的选题方面学生自主性选题、集思广益的探讨方案，教师以启发为主、指导为辅。学生能够有效地完成信号与系统的整机软硬件联调工作，提高自身的学习能力。课程设计的题目难度适中，展示课群的实践性和实用性，激发学生真正体会到成就感。
建立《信号与系统》课程群，使理论课与实验课相互补充，加之课程设计做为实战性的锻炼，学生的学习更加系统化、体系化。课群建设前后的课程对比如表1所示。
2.3 课群的主要教学方法
2.3.1 调整课程教学内容，加强基础，更新内容，拓展知识面，及时与学生沟通，了解教学效果，及时修正教学内容和课时安排。2.3.2 配合教学内容，具有直观教学效果的板书结合具有立体演示效果强特点的CAI多媒体课件，理论联系实践实现互动式教学。达到最佳的教学效果。2.3.3 加强实践环节，提高学生动手能力，通过举行“信号与系统及Matlab应用知识竞赛”等，通过自己动手完成系统的设计和仿真，拓展传统实验的广度和深度，激发学生学习兴趣，提高软硬件联调能力，完成综合素质的培养。2.3.4 在网络平台上提供多媒体电子教案、CAI课件、网络视频等，将全部的授课内容扩展上网，实现网络与实际教学的同步更新，并开设奖励机制、网上问答机制等。
结束语
随着电子科学和与计算机技术的发展，本文对于信号与系统课群的建设从研究目标、研究内容、教学方法提出了大胆的尝试，课群的建设“以学生为根本，培养能力为核心”笔者通过在教学实践中不断地摸索与实践，对于学生学习的主动性与创新性已经取得了阶段性的成果，但还需配合教学体制的多方面协调才能取得最佳效果，为适应时代科学技术的飞速发展与大量的应用性人才培养做出自己的贡献。
参考文献
[1]张谨，赫兹辉.“信号与系统”.北京：人民邮电出版社，1985.
[2]郑海峰.独立学院数字信号处理教学改革思路[J].科技资讯，2010，20：184.
