1.课题综述第一章中我们主要学习了信号、测试、测控、信号分析处理的概念、测试技术的应用情况、测试技术的发展动态及主要信号测试仪器生产厂商。

信号是指那些代表一定意义的现象，比如声音、动作、旗语、标志、光线等，它们可以用来传递人们想表达的事情。

从广泛意义上来说，信号是指事物运动变化的表现形式，它代表事物运动变化的特征。

信号采集测量系统由传感器、中间变换装置和显示记录装置三部分组成，如今传感器技术越来越趋向于新型化和智能化。

在工程领域，科学实验、产品开发、生产监督、质量控制等，都离不开测试技术。

测试技术应用涉及到航天、机械、电力、石化和海洋运输等每一个工程领域。

第二章我们主要学习了信号分类方法、信号时域波形分析方法、信号时差域相关分析方法、信号频域频谱分析方法及其它信号分析方法。

首先学习了信号的分类，其主要是依据信号波形特征来划分的，从信号描述上分可分为确定性信号与非确定性信号；从信号的幅值和能量上分可分为能量信号与功率信号；从分析域上分可分为时域与频域；从连续性上分可分为连续时间信号与离散时间信号；从可实现性上分可分为物理可实现信号与物理不可实现信号。

信号的时域波形分析，信号的时域波形分析是最常用的信号分析手段，用示波器、万用表等普通仪器直接显示信号波形，读取特征参数。

可以求得信号的均值、均方值、方差以及概率密度函数等参数。

信号的时差域相关分析，用相关函数来描述与时间有关的变量τ、x(t)和y(t)，三者之间的函数关系，相关函数表征了x、y之间的关联程度。

信号频域分析是采用傅立叶变换将时域信号x(t)变换为频域信号X(f)，频域分析能明确揭示信号的频率组成和各频率分量大小。

第三章我们主要学习了传感器的分类、常用传感器测量原理及传感器测量电路。

传感器是借助检测元件将一种形式的信息转换成另一种信息的装置。

传感器由敏感器件与辅助器件组成。

敏感器件的作用是感受被测物理量，并对信号进行转换输出。

辅助器件则是对敏感器件输出的电信号进行放大、阻抗匹配，以便于后续仪表接入。

主要有电阻式、电容式、电感式、磁电式、压电式传感器，磁敏、热敏和气敏元件传感器，以及超声波、光电及半导体敏感元件传感器，光纤传感器等。

第四章我们主要学习了自动化工程机械分类、工程机械控制器及发展趋势、施工过程的机群智能化控制及智能化模型、采矿铲土运输机群动态管理系统、工程机械常用传感器及各种传感器的原理。

第五章我们主要学习了测试系统的概念、测试系统特性对测量结果的影响及测试系统特性的测量方法。

测试系统是执行测试任务的传感器、仪器和设备的总称。

测试系统的特性有静态响应特性和动态响应特性。

如果测量时，测试装置的输入、输出信号不随时间而变化，则称为静态测量。

静态测量时，测试装置表现出的响应特性称为静态响应特性。

静态响应特性指标有：灵敏度、非线性度、回程误差、精度、分辨力、测量范围、稳定性和可靠性。

测试系统的动态特性反映其测量动态系统的能力，其不仅取决于测试系统的结构参数，而且与输入信号有关。

描述测试系统动态特性的数学模型有微分方程、传递函数、频率响应函数以及脉冲响应函数和阶跃响应函数。

测试系统的动态特性在复频域可用传递函数来描述，在频域可用频率响应函数来描述，在时域可用微分方程、脉冲响应函数、阶跃响应函数等来描述。

第六章我们主要学习了信号模数转换和数模转换原理、信号采样定理、数字信号处理中信号截断、能量泄露、栅栏效应等现象及常用的数字信号处理方法。

数字信号处理主要研究用数字序列来表示测试信号，并用数学公式和运算来对这些数字序列进行处理。

内容包括数字波形分析、幅值分析、频谱分析和数字滤波，步骤如下：A/D转换过程有采样、量化和编码。

为保证采样后信号能真实地保留原始模拟信号信息，信号采样频率必须至少为原信号中最高频率成分的2倍。

这是采样的基本法则，称为采样定理。

工程实际中采样频率通常大于信号中最高频率成分的3到5倍。

此外，还了解了信号的截断与能量泄漏、离散傅立叶变换和快速傅立叶变换，栅栏效应与窗函数等。

第七章我们主要学习了三大类误差的特征、性质以及减小各类误差对测量精度影响的措施、等精度测量的数据处理方法、不等精度测量的数据处理方法。

随机误差具有抵偿性，这是它最本质的特性，算术均值和标准差是表示测量结果的两个主要统计量；系统误差则违背抵偿性，因而会影响算术均值，变化的系统误差还影响标准差；粗大误差则存在于个别的可疑数据中，也会影响算术均值和标准差。

随机误差服从统计规律，是无法消除的，但通过适当增加测量次数可提高测量精度；系统误差则是有确定性规律，在掌握这个规律后，可以采取适当的措施消除或减小它；粗大误差既违背统计规律，又违背确定性规律，可用物理或统计的方法判断后剔除。

为处理一组测量数据，往往先找出个别可疑数据，经统计判断确认无粗大误差后，再用适当的方法检验数据中是否含有明显的系统误差，如确认已无系统误差，最后处理随机误差，统计算术平均值、标准差及极限误差，以正确的表达方式给出测量结果。

第八章我们主要学习了滤波器原理、应用及选择。

滤波器分为模拟滤波器和数字滤波器。

根据系统的要求选择测试系统和数字信号处理系统，根据结构、阶数、运算量、相位、稳定性、误差、延迟等来进一步选择数字滤波器。

2.傅里叶变换2.1 傅里叶变换的定义x(t)是t 的函数，如果t 满足狄里赫莱条件：具有有限个间断点；具有有限个极值点；绝对可积。

则有下式①成立。

称为积分运算X( ω)的傅立叶变换，②式的积分运算叫做X （ω）的傅立叶逆变换。

X （ω）叫做x(t ）的像函数，x(t ）叫做X （ω）的像原函数。

X （ω）是x(t ）的像。

x(t ）是X （ω）原像。

dt e t x w X jwt -+∞∞-⎰=)(）（ ①dw e t X t x jwt ⎰+∞∞-=)(21)(π ②2.2傅里叶变换的性质（1）线性叠加性若 )()(),()(2211w X t x w X t x ⇔⇔则对应两个任意常数a1和a2，有)()()()(22112211w X a w X a t x a t x a +⇔+上式表明时域信号增大a 时，则其频域信号的频谱函数也增大a 倍；几时域信号合成后的频谱函数，等于各个信号频谱函数之和。

（2）对称性若 )()(w X t x ⇔，则 )(2)(t x t X π⇔对称性表明，若偶函数 )(t x 的频谱函数为 )(w X ，则与 )(w X 波形相同的时域函数 )(t X 的频谱密度函数与原信号 )(t x 有相似的波形。

（3）时移特性若 )()(w X t x ⇔ ，则 0)()(0jwt e w X t t x -⇔-时移特性表明：时域信号沿时间轴平移（延迟）时间0t ，则在频域中需乘以因子0e jwt -，即幅频特性不变，相频谱中相角的改变与频率成正比。

（4）频移特性若 )()(w X t x ⇔ ，则 )()(00w w X e t x t jw -⇔+频移特性表明：若时域信号乘以因子 t jw 0e + ，则对应的频谱)(w X 将沿 着频率轴偏移 0w ，频谱形状无变化。

（5）时间尺度特性若 )()(w X t x ⇔ ， 则)(1)(aw X a at x ⇔时间尺度特性表明：信号在时域中沿时间轴压缩a 倍（a >1）, 在频域中频谱函数的频带加宽a 倍，而幅值压缩1/a 倍。

（6）积分和微分特性若 )()(w X t x ⇔ ，则 ()w X jw dt t x d n n n )()(⇔ （微分特性）)(1)(t X jw dt t x t⇔⎰∞- （积分特性） （7）卷积特性若 )()(),()(2211w X t x w X t x ⇔⇔则 )()()(*)(2121w X w X t x t x ⇔ （时域卷积特性） )(*)(21)()(21w X w X t x t x π⇔ （频域卷积特性） 时域和频域卷积特性表明：时域中两个信号卷积的频谱等于两个信号频谱的乘积；时域中两个信号乘积的频谱等于各自频谱进行卷积。

2.3傅里叶变换在工程领域中的应用2.3.1傅里叶变换在chirp 信号时频分析中的应用提出了一种新的基于分数阶傅里叶变换的伪维格纳分布(PWD),用于单分量或多分量chirp 信号的分析。

首先通过搜索二阶分数阶傅里叶变换矩的极值点,寻找最佳变换域,然后利用旋转的短时傅里叶变换,在分数阶傅里叶变换域中实现各分量chirp 信号间的分离,以抑制交叉项及噪声项的干扰。

在已知信号模型的前提下,还给出了分数阶傅里叶变换最佳旋转角度的经验计算公式,以辅助信号分析。

仿真实验表明,通过对时频平面的旋转,所提出的方法能够在分数阶傅里叶变换域中,很好地抑制多分量信号间的交叉项干扰,更好地提取信号的时频信息。

2.3.2傅里叶变换域大尺度图像配准算法研究图像配准将不同条件下得到的位于不同坐标系下同一场景的两幅或多幅图像进行对准叠加,该技术已广泛应用于计算机视觉、医学图像处理等许多领域。

基于傅里叶变换域的配准方法以其运算量小、抗噪性能强、易于实现等优点得到广泛关注。

传统傅里叶变换域配准算法首先计算笛卡尔网格上点的离散傅里叶变换,然后通过插值逼近对数极坐标网格点上的离散傅里叶变换,尽管该算法计算量小但却有较大插值误差。

现有的改进算法,尽管可在一定程度上减少这种误差,但仍无法实现较大尺度变化图像配准。

基于此,本文将利用离对数极坐标网格更近点上的离散傅里叶变换,实现图像配准,以减少插值误差。

本文主要有如下两方面工作：(1)提出一种准极傅里叶变换来逼近对数极坐标傅里叶变换。

构造了准极坐标网格,所构造网格是等角度的,仅需在极径方向上插值即可实现图像配准,实验也表明所提算法优于传统傅里叶配准算法。

(2)提出一种多层伪极傅里叶变换法,结合多层坐标网格和伪极坐标网格,构建了多层伪极坐标网格,该网格低频密集而高频疏松,理论与实验均表明这种网格比现有方法更接近对数极坐标网格。

配准实验也表明,利用这种网格上的多层伪极傅里叶变换进行配准对大尺度变换图像有较好的配准效果。

2.3.3傅里叶变换与小波变换在信号去噪中的应用对于高频信号和高频噪声干扰相混叠的信号,采用小波变换去除噪声可以避免用傅里叶变换去噪带来的信号折损。

对于噪声频率固定的平稳信号,在对信号进行傅里叶变换后使用滤波器滤除噪声。

对高频含噪信号则采用正交小波函数sym4对信号分解到第4层,利用极大极小值原则选择合适的阈值进行软阈值处理,最后利用处理后的小波系数进行重构。

实验结果表明,对于高频含噪信号傅里叶去噪会出现严重的信号丢失现象,使用极大极小值原则选择阈值进行小波去噪可以有效地保留高频部分的有用信号。

2.3.4分数傅里叶变换在数字图像处理中的应用研究将分数傅里叶变换(FRFT,Fractional Fourier Transform)用于数字图像处理领域中是图像技术发展的一个新方向。