【摘要】：火炮等武器發(fā)射產(chǎn)生的沖擊波會(huì)對(duì)操作人員和周圍設(shè)備產(chǎn)生不利影響,因此準(zhǔn)確采集沖擊波信號(hào)可為評(píng)估物體毀傷,評(píng)價(jià)武器性能提供定量的可靠數(shù)據(jù)。沖擊波信號(hào)高頻信息持續(xù)時(shí)間短且具有突發(fā)特性,為保證火炮沖擊波瞬態(tài)信息的完整,需要傳感網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)維持高采樣率對(duì)其進(jìn)行捕獲。持續(xù)的高采樣率將造成冗余數(shù)據(jù)過(guò)多,給傳感器節(jié)點(diǎn)存儲(chǔ)空間和傳感網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸性能帶來(lái)壓力。沖擊波信號(hào)具有能量集中特點(diǎn),符合壓縮感知技術(shù)對(duì)被測(cè)信號(hào)的稀疏性要求。為了解決沖擊波測(cè)試中冗余數(shù)據(jù)和有限網(wǎng)絡(luò)資源之間的矛盾,本文將壓縮感知應(yīng)用于沖擊波傳感網(wǎng)絡(luò)中。主要研究?jī)?nèi)容如下:為減輕冗余數(shù)據(jù)對(duì)傳感網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)存儲(chǔ)空間帶來(lái)的壓力,在沖擊波信號(hào)稀疏方式上做出改進(jìn),提出針對(duì)沖擊波信號(hào)特點(diǎn)的字典構(gòu)造方法。將沖擊波信號(hào)分為瞬態(tài)和非瞬態(tài)部分,提取每一部分的主要信息,調(diào)整相應(yīng)樣本集元素,通過(guò)K-SVD方式針對(duì)不同特征字典進(jìn)行迭代學(xué)習(xí),使稀疏向量收斂于局部特性,避免了傳統(tǒng)冗余字典為照顧信號(hào)全局信息造成的字典稀疏性能下降、能量分散等現(xiàn)象。仿真結(jié)果表明,對(duì)5psi和50psi傳感器采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行壓縮,改進(jìn)算法的壓縮率較基于K-SVD傳統(tǒng)字典構(gòu)造算法分別提高了25%和16.7%。當(dāng)以信號(hào)稀疏誤差為限定條件進(jìn)行字典構(gòu)造時(shí),改進(jìn)算法稀疏誤差收斂速度優(yōu)于傳統(tǒng)方式。為提高傳感網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸性能,降低網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)的能量損耗,通過(guò)壓縮感知與路由算法結(jié)合的方式,優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)能耗。在稀疏隨機(jī)投影理論的基礎(chǔ)上,提出基于壓縮感知的改進(jìn)式隨機(jī)行走路由算法。通過(guò)加入距離權(quán)重因子限定隨機(jī)行走路由的節(jié)點(diǎn)選擇策略和行走趨勢(shì),減少數(shù)據(jù)傳輸相對(duì)距離,以此提高網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸?shù)哪芰啃�。�?shí)驗(yàn)結(jié)果表明,改進(jìn)算法在優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)能耗上較基于壓縮感知的傳統(tǒng)隨機(jī)行走路由算法提升了23.75%。通過(guò)上述方法,解決了沖擊波信號(hào)無(wú)線傳輸系統(tǒng)現(xiàn)有的部分問(wèn)題,降低了節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)壓力,優(yōu)化了沖擊波無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)的能量效率。
【圖文】：

的上升時(shí)間小于 2ns，但是由于傳感器的性能限制，通常上升時(shí)間在 1μ作用階段的信號(hào)持續(xù)時(shí)間也為毫秒級(jí)。因此，為了確保沖擊波信號(hào)的完集到?jīng)_擊波信號(hào)的上升過(guò)程，最大值以及正壓過(guò)程，要求測(cè)量系統(tǒng)采a/s�？梢�(jiàn)傳統(tǒng)采樣理論中將采集大量非瞬態(tài)部分的冗余數(shù)據(jù)，對(duì)測(cè)試系處理造成不必要的壓力。綜上所述，沖擊波信號(hào)具有上升時(shí)間短，不易被采集的特點(diǎn)，故在傳統(tǒng)求結(jié)合較高的采樣率以保證信號(hào)完整。較高的采樣速率將導(dǎo)致單次沖擊有效數(shù)據(jù)少，冗余數(shù)據(jù)多。通過(guò)分析可知，沖擊波瞬態(tài)信息集中，具有勢(shì)，符合信號(hào)稀疏理論。因此可以將 CS 理論應(yīng)用于沖擊波信號(hào)采集系沖擊波信號(hào)時(shí)域特性的分析，信號(hào)的不同階段都有其獨(dú)特的稀疏特性。在沖擊波信號(hào)的稀疏特性和信號(hào)階段性特點(diǎn)，提出更適用于沖擊波信號(hào)的典構(gòu)造方法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行壓縮。并在第 4 章，將 CS 理論應(yīng)用于沖擊波 W進(jìn)式 RW 算法結(jié)合，在保證信號(hào)重構(gòu)精度的基礎(chǔ)上提升 WSN 中數(shù)據(jù)傳率。 壓縮感知理論分析

圖 3.4 5psi 數(shù)據(jù)稀疏性能(a) 改進(jìn)式 K-SVD 方法信號(hào)稀疏效果 (b)稀疏系數(shù)降冪排列圖 3.5，3.6 顯示了 5psi 傳感器數(shù)據(jù)通過(guò)兩種稀疏算法稀疏后，信號(hào)重構(gòu)時(shí)的重構(gòu)現(xiàn)象和信號(hào)經(jīng)過(guò)兩種算法稀疏后的重構(gòu)誤差。圖 3.7，3.8 顯示了 50psi 傳感器數(shù)據(jù)信號(hào)通過(guò)兩種稀疏算法稀疏后，，信號(hào)重構(gòu)時(shí)的重構(gòu)現(xiàn)象和信號(hào)經(jīng)過(guò)兩種方法稀疏后的重構(gòu)誤差。在對(duì)冗余字典進(jìn)行迭代學(xué)習(xí)時(shí)，由于本文將信號(hào)稀疏誤差作為字典構(gòu)造參考標(biāo)準(zhǔn)，因此在一定迭代次數(shù)下，兩種算法的對(duì)于信號(hào)的重構(gòu)性能趨近于一致。
【學(xué)位授予單位】：長(zhǎng)春理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TJ06;TP212.9;TN929.5

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2603938