信号结构

信号结构（通用9篇）

信号结构 篇1

引言

连续油管 (coiled tubing, 简称CT) 作业机在石油装备行业被称之为“万能作业机”。自60年代初被引入油田后, 便以其高效、经济、实用的特点受到用户的青睐。相对于常规作业技术, 连续油管作业技术具有提高作业速度、节约时间、减少底层伤害、降低作业成本和提高施工安全等诸多优点[1]。

连续油管作业机在进行各项作业任务时, 需要对连续油管的入井深度进行精确测量, 并以此作为各项作业任务的依据。而连续油管作业技术自引入之初, 在现场应用过程中就存在深度位置指示不准确、误差较大的问题[2]。连续油管设备一般采用机械滚轮计数器计量深度, 该方法计量误差较大, 且工作稳定性较差。这样的条件对排液等不需要精确定位的施工基本可以满足要求, 但是对一些需要精确定位的施工, 如多薄层压裂等, 往往不能满足。目前, 所采用的机械滚轮计数器的误差大且不稳定, 有可能会导致施工层位的变化, 甚至造成钻头等井下设备在上提过程中与注入头、防喷器、防喷管等发生碰撞, 造成设备损坏, 增加作业成本, 甚至引发事故。因此, 连续油管入井深度的精确测量技术已经成为国内连续油管特殊作业发展的技术瓶颈之一。

综上所述, 连续油管滚筒高精度计数器, 设计结构简单可靠, 精度更高, 符合当下连续油管作业机的发展趋势, 在油田的现场应用方面也具有很大的实际意义。而本文提出一种基于信号处理以提高测量精度的测量方式, 即双信号互补式连续油管计数器。该计数器采用双计数轮—编码器总成, 测量时双计数轮同时与连续油管接触, 双编码器同步测量, 从而产生双信号, 输入至控制器后, 由控制器对双信号进行互补处理, 通过处理后的信号解析计算油管入井深度。

1计数器结构设计

为提高计数器的测量精度, 减小测量值与连续油管实际入井深度之间的误差, 尤其是在连续油管下井或出井过程中, 因与计数轮发生相对滑动造成的误差, 本设计作如下改进, 双信号互补式连续油管计数系统总概如图1所示。

本改进设计中, 连续油管计数系统的主要组成结构包括上计数总成、下计数总成、导管器总成和支撑杆。换言之, 在原先计数器机械结构的基础上, 增设1组计数轮—编码器总成, 即下计数总成。下计数总成与导管器总成为铰连接, 且与上计数总成之间还有弹簧拉紧 (上计数总成和下计数总成在相应位置有弹簧拉环孔) 。由于上计数总成和下计数总成之间弹簧力的存在, 使下计数总成内的第二计数轮在工作过程中能够与上计数总成内的第一计数轮一起, 在连续油管的上下方面上对其形成夹持并具有一定的压紧力, 从而为本设计中采用信号处理的方式提高测量精度的测量方法提供基础。

下计数总成中有1条计数路线, 与上计数总成中的脉冲信号计数路线相同。其路线是直接从安装于第二计数轮轮轴的第二计数轮开始。因安装于编码器安装位的第二编码器与第二计数轮轮轴同轴安装, 故将连续油管的直线运动通过第二计数轮的旋转运动转化为编码器的角位移, 从第二编码器获得的计数脉冲作为下一步信号处理工作的第二测量信号。

2计数器计数原理初步设计

测量过程中, 第一编码器和第二编码器分别且同步计数。假设用控制器计量第一测量信号, 设控制器计量第一测量信号50个 (暂定) 完整脉冲信号的时间t (时间A至时间B) 作为固定的单位时间, 同时计量该单位时间内第二编码器脉冲信号中的上升沿或下降沿数量N, 然后进行比较后计数。

信号处理的比较和计数过程如下:

使用控制器将第一编码器和第二编码器分别且同步获得第一测量信号和第二测量信号, 然后同时输入至控制器进行处理。处理过程为, 以控制器计量第一测量信号50个 (此数值也要根据现场误差要求进行确定, 若精度要求高, 则此数选择较小为好, 但相应计数成本增加) 完整脉冲数作为时间单位t, 同时计量第二测量信号在该时间单位内脉冲信号的上升沿或下降沿数量N。然后, 在控制器内部进行比较过程 (具体的分类讨论情况如上文所述) 。当N≤50, 该则单位时间t内, 连续油管入井深度的改变量 (增量或减量) 为50个脉冲所代表的连续油管长度;当N>50, 该则单位时间t内, 连续油管入井深度的改变量 (增量或减量) 为N个脉冲所代表的连续油管长度。

在完成一个时间单位t的比较后, 进入下一个时间单位t (第一测量信号上一个时间单位t之后的50个完整脉冲数或单位时间t) , 如此将比较和计数过程持续下去, 从而持续进行测量过程。同时, 对之前的各个时间单位内得到的脉冲数进行累加 (50或者N) 。然后, 通过控制器内部的运算单位, 累加各个时间单位t内连续油管入井深度的改变量 (增量或减量) 的脉冲代表数值50或N, 从而获得连续时间内的总脉冲数T, 并实时解析获得此时连续油管的入井深度L。其中, 此处以M为例, 即编码器旋转一周, 输出信号为M个脉冲数, 计数轮周长为0.5m, 则此时单个脉冲所代表的连续油管长度为0.5/M米。

L=总脉冲数T×0.5/M (m)

此时可通过可视化模块连接显示器, 将显示器安装于控制室内, 可使工作人员直观了解此时的连续油管入井深度。

3结束语

本设计的出发点与目的均是为了提高连续油管作业机在工作过程中能够更好地完成工作任务, 减小事故发生的风险, 从而避免因事故导致的人员伤亡和财产损失。本设计的结构能够很好地为信号处理部分提供必要支撑, 而信号处理部分在理论上也能够较好地完成减小测量过程中因滑动摩擦导致的误差, 故本设计具有一定的创新性与可行性。

摘要：连续油管计数器是连续油管作业机滚筒上的一个部件, 用于测量连续油管的入井深度, 为油田施工提供重要依据。然而, 目前连续油管计数器误差大, 对现场施工造成一定影响, 而误差的主要来源于连续油管与计数轮之间的相对滑动。为减少该部分误差, 本论文提出一种基于信号处理以提高测量精度的测量方式。基本方案是采用双计数轮—编码器总成, 然后进行信号补偿, 以获得更准确的连续油管入井深度。

关键词：连续油管,计数器,误差,信号补偿

参考文献

[1]李宗田.连续油管技术手册[M].北京:石油工业出版社, 2003.

[2]张嗣伟, 王优强.对我国连续油管作业技术应用现状的思考[J].石油矿场机械, 1999, (1) :4-6.

信号结构 篇2

小波包分解方法在基于响应信号的结构损伤检测中被证明对损伤程度高度敏感,得到广泛的应用.在小波包分解中采用的是完全二进制分叉树型分解,而实际上在分解过程中部分子信号仅含有很少的信息量,对其再进一步分解是不必要的.通过引入熵的概念,可以对分解过程中的各层子信号进行选择,仅对含有足够丰富信息的子信号进行更进一步的分解.这样做可以有效减少最终所得子信号数目,在保持灵敏度的同时降低损伤指标的维数,有助于缩减损伤识别中神经网络的`规模,对于大型复杂结构的损伤检测工作具有一定的意义.

作 者：余龙 姜节胜 闫云聚 YU Long JIANG JieSheng YAN YunJu  作者单位：西北工业大学,力学与土木建筑学院,西安,710072 刊 名：机械强度  ISTIC PKU英文刊名：JOURNAL OF MECHANICAL STRENGTH 年，卷(期)：2007 29(6) 分类号：O329 关键词：小波包分解   损伤检测   最优分解  

★ 检测中

★ 独立主格：With的复合结构作独立主格

★ 杆系结构非线性损伤随机演化分析

★ 波音如何处理787研制过程中的结构损伤

★ 篮球运动中常见膝关节损伤的探讨

★ 手持GPS和罗盘仪在涉案林地面积测量中的精度分析

★ 工程测量中高斯论文

★ 重力式挡土墙结构优化设计的复合形法

★ 智能桁架结构局部力和速度复合反馈振动控制研究

信号结构 篇3

关键词 通信工程；基站；结构；信号保护

中图分类号 TN 文献标识码 A 文章编号 1673-9671-(2012)021-0112-01

基站作为通信系统的站点结构，其负责把接收到的信号进行放大处理，以保持移动通信系统的高效运行。但从结构形式来看，基站连接了固定部分与无线部分，中间的信号传输也会受到外界因素的干扰，这就要求企业在规划通信工程时充分考虑信号传输的安全性及稳定性。

1 通信工程基站结构的构成

基站即公用移动通信基站是无线电台站的一种形式，是指在一定的无线电覆盖区中，通过移动通信交换中心，与移动电话终端之间进行信息传递的无线电收发信电台。一个基站的选择，需从性能、配套、兼容性及使用要求等各方面综合考虑，其中特别注意的是基站设备必须与移动交换中心相兼容或配套，这样才能取得较好的通信效果。基站子系统主要包括两类设备：基站收发台（BTS）和基站控制器（BSC）。

1）基站收发台。一个完整的基站收发台包括无线发射/接收设备、天线和所有无线接口特有的信号处理部分。基站收发台可看作一个无线调制解调器，负责移动信号的接收、发送处理。基站收发台不能覆盖的地区也就是手机信号的盲区。所以基站收发台发射和接收信号的范围直接关系到网络信号的好坏以及手机是否能在这个区域内正常使用。

2）基站控制器。基站控制器包括无线收发信机、天线和有关的信号处理电路等，是基站子系统的控制部分。主要包括四个部件：小区控制器（CSC）、话音信道控制器（VCC）、信令信道控制器（SCC）和用于扩充的多路端接口（EMPI）。一个基站控制器通常控制几个基站收发台，通过收发台和移动台的远端命令，基站控制器负责所有的移动通信接口管理，主要是无线信道的分配、释放和管理。当你使用移动电话时，它负责为你打开一个信号通道，通话结束时它又把这个信道关闭，留给其他人使用。除此之外，还对本控制区内移动台的越区切换进行控制。如你在使用手机时跨入另一个基站的信号收发范围时，控制器又负责在另一个基站之间相互切换，并保持始终与移动交换中心的连接。

2 基站信号保护的先进技术

早期受到行业技术的限制，国内建立的一批基站工程质量未能完全满足社会通信的需求。市场经济快速发展促进了人们物质生活水平的提高，各种通信设施在数据传输过程中发挥了不同的作用。在行业技术的推动下，基站的信号保护方式逐渐趋于多样化，基于计算机平台的信号保护模块得到了广泛的运用。其保护功能体现在以下几方面。

1）自动检测。计算机平台在数据生成前后会实施自动检测，对等待传输的信号进行系统性的检查审核。自动检测环节可及时发现通信信号的异常情况，以提醒操作人员调整基站设备的运行状态，保证数据信号发动之后能正常接收。

2）自动传输。基站在通信工程中是连接固定部分与无线部分的基础设施，其不仅充当了扩大信号的转换设备，也是传递信号的一个重要平台。利用计算机可以为基站建立自动化传输平台，维持数据信号的稳定性及安全性。

3）自动告警。保护基站信号还要配备相应的自动告警系统，从而适应高传输量信号运行的要求。自动告警系统的重点在于融合了收集、检测、报警等多项功能，对通信基站的日常运行与维护提供了有效的参考依据。

3 基站的日常维护方式

目前，小灵通用户的主要感知从原先的对覆盖范围的要求转移到对信号稳定的要求。在从2007年第一季度的PHS信号类申告图（如图1所示）中可以看出，除需优化部分占5%以外，其余95%主要是由于设备故障尤其是小灵通基站故障而引发的用户感知下降。

1）完善设备。加强并完善基站基础维护，从维护周期和维护项目上做到分等级基站维护的针对性和差异性，尽可能排除基站故障隐患；创新维护办法改善生产力，提高基站故障处理效率，有效降低因基站故障造成的用户感知的比例。

2）故障处理。目前各地对于基站故障处理及时率始终停留在一般的“现场看、现场查”的水平，对故障基站的必备相关参数知之甚少（如是否要带梯子、和谁联系上楼等等），不能做到“先了解、后查修”，造成故障基站查修时间过长；对于同时多发基站故障，不能够采用集中资源优先处理、针对性处理等措施来保障话务高的基站恢复运营，造成该重要基站维修时间较长而影响了该基站覆盖区域下的很多用户的感知。

3）综合维护。对于基站基础维护工作周期、项目一概而论、不分等级，无差异化、针对性的维护，造成重要基站的巡检周期过长、巡检内容过于简单，为重要基站日后出现告警而影响大批客户埋下了故障隐患。按照《中华人民共和国无线电管理条例》、《中华人民共和国电信条例》的规定，任何组织和个人不得阻挠经营者依法从事基站的设置和维护，违反规定损害基站设施或者妨害移动通信畅通的，应当恢复原状或者予以修复，并赔偿由此造成的经济损失。

4 基站基础设施安装质量的控制

钢结构是基站设施改造的核心构成，其安装质量关系着基站传递信号能力的发挥。基站构件的安装要根据不同钢构件的特点，采取针对性的安装方法，确保构件使用后性能达到预期的效果。重点吊装的结构包括：钢柱、吊车梁、钢屋架等，安装结束后要进行全面检查，以免安装中出现失误。

1）钢柱吊装。通信工程的生产规模较大，基站结构钢柱的吊装要利用大型动力机械设备，起重机是吊装时必须要有的机械设备。一般情况下，基站钢柱的吊装选择双机抬吊的方式，用2台起重机在钢柱两边同时吊起，以增强钢柱上升过程中的稳定性。此操作由主机单独完成吊装作业，把钢柱准确插入锚固结构后固定处理。

2）吊车梁吊装。吊车梁具有跨度大、承载重等特点，相对应的安装工艺也比较复杂。如：从重力荷载角度考虑，吊车梁涉及到轻、中、重型等不同的性能等级，这就要求安装人员根据基站使用的要求确定吊装方法。总体上来说，吊车梁安装多数选用最简单的组合形式，以保证基站设备功能的正常发挥。

3）钢屋架吊装。目前，大部分基站已经建立了工业厂房用于放置通信设备。考虑到钢屋架的侧向刚度薄弱，加固处理时要设置几道螺栓构件加固。吊装过程中要重点检查钢屋架的垂直度以及杆件的水平状态，若发现杆件结构与图纸规定的标准不一致，则需重新定位放置。

总之，基站是通信工程结构的主要构成之一，基站设施性能的发挥决定了通信系统的运行效率。工程单位在规划基站建设过程中要注重基站结构的安装调整，并设计综合性的信号保护方案。此外，对于基站建筑物采用的钢结构体系，也要选择合适的安装方式。

参考文献

[1]胡玉梅,戚昌.全球电子信息产业发展趋势及其对策[J].科技进步与对策,2011,10(2):33-34.

[2]别秀梅，李玉文.我国通信产业结构优化调整的现状[J].工业技术经济，2005,122-123.

[3]娄勤俭,苟仲文.通信工程基站结构的组成形式与功能特点[J].北京新华出版社,2011,40(25):433-445.

[4]郭启全.基于计算机操作平台的基站信号保护[J].中国人民公安大学学报，2011,32(11):152-154.

信号结构 篇4

一、独立审计市场结构

(一) 市场结构的界定

市场结构、市场行为和市场绩效是经典产业组织理论基本组成部分。市场结构是买卖双方之间及各自内部由供需、产品、数量等构成的混沌状态, 反映产业组织的基本特征, 并间接反映行业竞争程度。罗宾逊把市场结构分成完全竞争、完全垄断、垄断竞争和寡头垄断 (寡占) 四种基本类型。在对独立审计行业进行市场结构分析前, 首先要确定市场结构的衡量标准, 理论界和实务界普遍运用集中度指标。王文华和朱磊 (2004) 认为, 审计服务行业的市场结构是指不同规模的企业所占的市场份额及其在行业中的相对地位 (市场集中程度) , 由于审计市场的研究者没有途径获取审计公费收入数据, 因而一般以客户的营业收入在整个行业中所占比例来衡量市场份额。市场份额也可由销售收入、生产规模、资产总量、员工人数等表示。在审计市场结构分析中我们主要使用事务所年度总收入这一关键财务指标。

(二) 集中度的衡量

笔者采用“绝对集中度” (简称CR) 作为市场结构的衡量指标, 它反映审计行业微观主体之间竞争程度。其计算公式为:

其中:CRn代表民间审计行业中, 规模最大的前n位会计师事务所的行业集中度;Xi代表行业中第i位事务所年总收入;N代表企业总数。一般而言, n的取值往往较小, 以4或8居多。我们在研究我国会计师事务所集中度时, 选取了年度业务收入前50位的事务所。之所以n的取值较大, 原因是样本总量只占2007年底事务所总量的0.72%, 对这一比例的数据进行分析, 可以形成可信的结论;传统的市场结构分析以商业、制造业为研究对象, 而注册会计师审计行业属于知识密集型服务行业;相对于其他行业, 会计师事务所的进入门槛比较低, 我国目前规定五名注册会计师就可以成立会计师事务所, 而在深圳正试点个人独资会计师事务所, 这从某种程度上降低了行业壁垒, 提高了行业扩张能力;经济发展也是事务所数量增加的催化剂;事务所专业化方向的发展, 在一定程度上扩充了全国事务所数量规模。

通过 (表1) 可以看到, 我国前四大和前五十强会计师事务所的绝对集中度逐年提高, 从业务收入角度来衡量, 市场份额不断增加。2007年我国前五十强事务所占全国事务所比例不到1%, 但业务收入却占据了半壁江山。这反映了我国大型会计师事务所的垄断势力和地区势力。尽管CR4这个指标反映了前四强会计师事务所, 但是从2002年至2007年, 这四强一直被国际“四大”所占据。“四大”会计师事务所在中国市场的CR值已接近20%, 行业龙头地位难以撼动。通过CR指数可以从一定程度上观察出独立审计行业的竞争程度和集中度。由于国度的不同及样本的差异, 不同的学者对垄断程度分类也有差异。贝恩以美国产业背景对市场结构作了划分, 从寡占I到寡占IV和竞争型, 确定了不同的CR4和CR8指数对应的市场结构, 这是符合美国国情的市场结构。谢佩德 (Shepherd) 也以美国的行业数据为样本, 在大量实证研究的基础上, 把美国的市场结构分成了六类, 分别是纯粹垄断、主导企业、紧密垄断、松散垄断、垄断竞争和纯粹竞争。但这些分类方法都是对西方高度发达的产业所进行的分类, 而我国的政治体制、经济体制、社会制度和西方有较大差距, 国情的不同决定了我们不能用西方学者的分类方法分析我国产业的垄断程度。我国学者在市场结构方面的研究逐年增加, 但形成较权威的分类方法仍需进行大量实证研究, 其中时间序列的分析需要较长时间跨度的产业数据。对市场结构分类方法比较多, 笔者认为日本著名产业经济学家植草益对日本产业市场结构的分类 (表2) 较适合中国现状。按该分类, 我国的CR4指标还处于低集中和分散竞争之间徘徊, 但逐渐向低集中竞争型迈进。若考虑CR50指标, 五十强会计师事务所已形成了“高、中寡占型”的审计市场结构。但对比美国独立审计市场集中度指标, 中美两国的差别比较明显。美国审计市场1988年、1997年、2002年CR8指标分别为98%、99%、99%。造成差异的原因主要是:美国会计师事务所发展历史悠久, 经过多年的分立、合并, 形成现今四大垄断的局面;美国资本市场发达, 跨国公司众多, 为大型会计师事务所的形成提供了土壤;美国对会计师事务所需求量的大, 而其能够提供的服务也多, 造成了大小事务所的错位竞争和专业化发展;美国的联邦和各州的法律体系为也促使了独立审计行业的快速发展。而中国独立审计行业正式起步晚, 有些事务所形成了一定的“地方割据”局面, 这是我国集中度不高的原因之一;此外, 事务所的专业化、进入门槛、品牌效应、社会认知等因素都是我国会计师事务所竞争程度高于美国的原因。

注:文中计算市场结构的数据来自中国注册会计师协会和中国会计视野, “-”表示缺少公开、可靠数据;“*”表示前50家会计师事务所与当年年底全国事务所总数的百分比;“**”该百分比中全国事务所总数是2004年7月12日的统计数

(三) 赫芬达尔-赫希曼指数

绝对集中度指标也有缺陷, 它只反映规模位于前列会计师事务所的集中度状况、忽视了样本内部的规模分布, 如果参与计算CR指标的会计师事务所之间规模差异很大, 则绝对集中度就难以全面反映整个产业的市场结构。对此, 笔者采用统计中常用的另一种衡量市场结构的指标——赫芬达尔-赫希曼指数 (Herfindahl-Hirschman Index) , 它是用某特定市场上所有企业的市场份额的平方和来表示, 其公式为:

式中:X代表独立审计市场总规模;Xi代表第i个企业的规模;n代表样本数。从公式中可以看出, 产业内企业的规模越是接近, 且企业数越多, HHI指数就越接近于0。因此, 该指数可以在一定程度上反映市场结构状况。并且HHI对规模最大企业的市场份额的变化反映敏感, 能够比较真实地反映市场中企业之间规模的差距。实务中习惯将求出的HHI指数乘以10000以显直观。理论上应该选取行业中所有事务所的业务收入进行计算, 但是排名百强之后的事务所业务收入难以获取, 而且小所占据市场份额相对较低。由于公式中含有平方项, 因此, 小所对HHI值的影响比较低, 笔者选取了我国独立审计行业中业务收入排名前八位的会计师事务所, 作了市场结构衡量。

从 (表3) 中可以看出, 我国会计师事务所的市场结构趋向集中, 大型会计师事物所的市场份额、行业龙头地位逐渐显现。我国还没有以HHI值为基础提出的权威市场结构分类数据, 笔者借鉴了美国的分类方法。美国司法部和联邦贸易委员会颁布的合并指南 (Merger Guidelines) 中, 对企业合并所产生的市场垄断作出了定性判断, 该指南采用HHI值对市场集中度进行测试, 通过该指南可以判断企业合并是否会造成行业垄断。根据指南, 在市场的HHI不足1000的情况下, 该市场是一个没有集中的市场;HHI为1000至1800, 为中度集中的市场;HHI超过1800为高度集中的市场;在独家企业垄断市场的情况下, 该企业的市场份额为100%, HHI值就等于10000。由此可以看出, 我国独立审计市场并不被个别企业所垄断, 市场集中度远没有欧美市场高。正如前述, 由于HHI是计算平方和, 测算出来的指数对于各企业市场份额的非均等分布非常敏感。这也间接导致了通过CR指数反映的事务所集中度高, 而HHI反映了独立审计市场仍以竞争态势为主。但通过观察中注协公布的历年会计师事务所综合评价前百家信息后, 我们也发现国际“四大”和本土前四大事务所差距较大, 而且这种差距有逐年拉大的趋势。通过对绝对集中度 (CR) 和相对集中度 (HHI) 的计算, 对我国独立审计行业的市场结构有了一定的了解。集中度不是单一的指标, 它的数据来源可以是综合的, 而且其反映的信息能对市场产生作用。

二、独立审计市场结构信号机制

(一) 信号理论的起源

阿克尔洛夫曾提出柠檬市场 (即旧货市场) 理论, 并认为买者对卖者发出的要约信号难以判断, 而这种信息不对称会使买者压低价格以避免风险损失, 最终演变为“劣币驱逐良币”, 导致旧货市场萎缩。独立审计行业也面临着这一风险。尽管政府的监管、行业准则是维护行业健康发展的首要屏障, 但会计师事务所的本身的信号机制也有利于完善审计市场的有效性。独立审计市场结构不仅是竞争程度的反映, 也蕴含着信息价值, 会计师事务所应该利用逐年提升的市场地位, 释放信息, 减轻事务所与其利益相关者之间的信息不对称程度。就信号理论而言, 国外学者对于资本市场中的信号机制早有研究, 罗斯 (1979) 认为即使没有政府管制, 企业依旧会自愿向社会公布高质量的报告。这就是企业与局外人之间信息不对称而产生机制选择。而且这种企业财务信号的放送机制是存在的, 业绩优良的企业通过信号传递往往能得到投资者的信赖, 而且对竞争对手产生压力, 起到一箭双雕的效果。瓦茨、齐默尔曼、Holthausen等人进行了大量实证研究, 证实了信号机制的存在。从美国资本市场上的案例来看, 美国证券交易委员会 (SEC) 强调的信息披露要求并没有显著提高IPO的质量 (Stigler, 1971) 。Benston (1973) 的研究表明, 美国企业自愿披露的年报质量优于经过SEC规范后的年报。但资本市场信号传递理论运用到会计师事务所与其利益相关方中, 还需修改和扩充。会计师事务所在独立审计市场中是强大的信号释放者和接收者。资本市场中存在的经济信息内涵和信号机制在独立审计行业中依旧有效。笔者认为有种扩充的信号传递理论解释了会计师事务所市场结构这个指标, 也能为事务所的发展建设提供指导。所谓扩充, 既是借鉴传统信号传递理论的基本内容, 又将审计市场看作一个充满多方博弈的资本市场。掷入资本市场的信号影响范围可以很广, 审计市场亦是如此。会计师事务所自身各种信息的披露 (如社会责任、收入、CPA人数、分所数、客户满意度等) , 会产生很强的社会效应和经济效应。中国注册会计师协会于1999年颁布过中国会计师事务所百强榜, 随即产生强烈的社会反应。经过一段时间的暂停发布, 中国注册会计师协会又于2002年开始每年发布全国会计师事务所前百强信息。在审计市场中信号越多、越充分, 越有助于减轻涉及独立审计各方的信息不对称程度。值得关注的是, 会计师事务所信息传递的渠道并不唯一。笔者认为多方信号主体的参与影响着集中度, 而集中度又影响了各方的行为。

(二) 独立审计市场结构信号机制

(1) 政府信号。通过对我国独立审计行业市场结构分析后发现, 排名靠前的会计师事务所市场集中度不断提高, 行业领导地位逐渐显现。而计划经济向市场经济的转型是推动我国审计行业发展的直接要素。在经济起飞的初期, 资本市场不完善、不发达, 会计师事务所实力的提升必然需要政府的推动。中国注册会计师协会于2007年发布了《关于推动会计师事务所做大做强的意见》。这些政策可以推动会计师事务所合并, 加快事务所国际化进程, 为实施知识密集型行业走出去战略提供基础。这是国家层面的信号传递, 通过国家的产业支持, 提高其影响、提升其实力、扩大其规模、建立其优势。2007年中国注册会计师协会率领团访问了南非、苏丹两国的会计职业界, 就两国的注册会计师行业发展和管理情况进行全面了解, 并就双方的合作事宜进行了广泛而深入地交流与磋商。会计师事务所做大做强一方面要靠自身的建设, 包括执业水平、企业质量管理、企业文化、社会责任、企业规模等。因此, 通过行业集中度CR指数的计算, 向潜在客户传递了自身价值的讯息。政府在协助事务所放送企业信号中, 在弥补被审计单位和会计师事务所之间信号不对称之间起了很大作用。 (2) 客户信号。我国各地都有会计师事务所占据较大的省内市场份额, 但其在外地业务收入就十分逊色。而四大在中国涉足广、分所多、历史悠久、社会影响大, 因此地方性事务所的发展需要利用被审计单位的跨域经营, 寻求客户信号的释放。按照我国《注册会计师职业道德规范指导意见》的规定, 会计师事务所不得进行广告、业务招揽和宣传活动。这是从注册会计师行业健康、稳定发展的角度出发所作出的规定。不过, 信号传递方向是无穷的, 法规限制了会计师事务所从某种角度释放信号, 但会计师事务所可以利用其客户传递信号。在之前的研究中说我们看到大所的竞争优势, 集中度相对较高。纵观排名靠前的事务所, 其收入来源并不单一, 2007年业务收入排名第一的普华永道中天会计师事务所审计的沪深两市上市数为47家, 而且不乏粤电力、华能国际、民生银行等大型企业。大型会计师公司优秀业绩和良好的行业前景的间接释放了事务所具备强大实力这一信号。吴粒等人 (2007) 的研究表明, 我国独立审计市场绩效是其市场集中度的倒“U”函数。大型会计师事务所在实务工作中有丰富的经验、科学质量控制措施、经过检验的估价模型等核心竞争要素。因此, 较高的集中度会使客户资源流向大型事务所, 从而提高行业整体的审计质量。刘明辉等人 (2003) 发现, 审计质量和客户资产规模成正向关系, 并提出建立“寡占型”的独立审计市场结构, 发展大型会计师事务所。信息传递具有辐射性和迅速性, 大型会计师事务所提高集中度与审计质量之间是相辅相成的。审计质量的提高是向市场释放的信号, 协助事务所吸引更多客户;集中度的提高是事务所能力的体现。尽管我国资本市场发展程度不高, 但中国审计市场集中度提高能间接提高对投资者保护程度, 反过来促进资本市场发展。审计是对管理层的外部监督, 上市公司管理者良好地履行了受托责任, 也有信号传递能力。 (3) 内部信号。尽管职业道德准则禁止事务所进行业务宣传活动, 但其还可从内部入手, 加强自身建设, 实现内部信号的外部释放。市场集中度不仅仅能反映事务所的市场竞争能力, 更是一个综合指标, 集中度的形成和提高是会计师事务所综合实力的体现。会计师事务所的执业水平、社会影响、企业规模、社会责任等信息等都能在市场中被捕捉到。所以, 所谓的内部信号的释放, 既是企业彰显实力的手段, 也是增加审计人员信息, 弥补审计市场信息失衡的手段之一。按照扩充的信号传递理论, 企业会自愿披露揭示企业资源的重要信息, 因此, 如何把握企业内部优势资源, 并让社会认可这类信号, 是事务所发展中必须关注的事项。目前, 大型会计师事务所在非审计服务领域的收入不断提高。2005年, 我国前八大事务所审计业务收入占全年收入比例达81.38%, 如今这一比例开始下降。在管理咨询、税务咨询、资产评估、法律服务、工程造价咨询等领域都开始形成固定的收入份额。专业化是种可持续的竞争优势, 它可以导致规模经济优势, 进而提高集中度。因此, 可以构建事务所信号释放多元函数:Y=f (S, T, I, R……) , 其中:y为因变量, 代表事务所向社会释放的正面信号的强度;S、T、I、R等分别代表规模、技能、收入、责任等重要指标, 这些都是解释变量。按照扩充的信号传递理论, 企业会自愿披露揭示企业资源的重要信息, 因此, 因变量和解释变量之间存在较强的正相关性。所以, 如何把握企业内部优势资源, 并让社会认可这类信号, 就是事务所发展中必须关注的事项。会计师事务所对公共事务的参与程度也能影响正面信号的内容和价值。企业社会责任就是这种信号的一项典型内容。毕马威设立了企业社会责任总监一职;德勤每年制定企业社会责任目标;更多的会计师事务所通过社会捐助、公益服务等活动承担其社会责任。正如集中度的价值是缓慢扩散的一样, 不能用短视的眼光看待事务所所承受的社会责任, 具有奉献精神、责任意识的事务所更能凝聚力量、提高内部信号的管理水平。根据中注协的《会计师事务所综合评价办法 (试行) 》, 事务所百强排行是收入、惩戒、培训完成率、行业领军人才数等指标综合得出的。行业主管机构的信号也迫使会计师事务所加强内部建设, 增强事务所的透明度, 尽量降低独立审计市场中各方信息不对称程度。

三、总结

通过对市场集中度的研究, 有些学者认为我国应该建立“寡占型”的独立审计市场, 欧美市场中大型会计师事务所的市场集中度都很高。寡头垄断的市场有很多优势:大所的审计质量、审计可信度比较高;有助于破除个别所在地方的垄断, 这种垄断有时会受制于政府的干预和利益集团的干涉, 进而影响审计质量;执业水平较高的会计师事务所之间的竞争, 会形成审计行业的“马太效应”, 好的会计师事务所水平更高、客户更多、更优质。但是大型会计师事务所的建立不是一朝一夕的事, 国际“四大”是经历几十年的发展而产生的。政府部门的监管必须完善, 法律法规必须健全, 资本市场必须成熟。据美国商务部的统计, 截止1999年底, 美国有45000家会计师事务所, 而1999年四大的市场集中度已达到99%。小所的市场地位和竞争程度可见一斑。因此, 我国在发展大型会计师事务所的同时还应为小型会计师事务所提供发展平台。小所在设置服务项目, 寻求目标客户是, 应该释放其专业化、个性化服务的信号, 形成大所、小所错位竞争, 良性发展的格局。

参考文献

[1]王俊豪:《现代产业经济学》, 浙江人民出版社2003年版。

[2]吴粒等:《中国独立审计市场结构与市场绩效的实证分析》, 《沈阳工业大学学报》2007年第1期。

信号结构 篇5

全数字定时同步方案可分为反馈式和前馈式两种。反馈方案具有较好的跟踪性能但是需要相对较长的捕获时间;而前馈方案因为捕获时间短, 适合于在较短的符号内实现定时同步。针对窄带突发信号, 特别是在短波信道下的长突发信号, 既要求定时同步算法有最短的捕获时间, 同时也要求定时同步算法具有跟踪能力。本文将前馈估计和反馈环路相结合, 设计一种针对短波突发信号的定时同步结构。

本文主要研究非数据辅助的定时同步算法。非数据辅助的前馈式定时同步算法采用基于最大似然 (ML) [1]的算法, 该算法估计精度高, 对载波相位偏差不敏感、实现简单。非数据辅助的反馈式算法采用Gardner算法[2], 该算法需要的数据量小, 对载波相位偏差不敏感。但对于带限基带数字信号, Gardner算法存在自噪声, 因此要在定时误差检测之前进行预滤波, 使信号在码元转换点处的值为零。卡尔曼滤波器是基于状态空间模型的线性最优滤波器, 对检测出的定时误差进行卡尔曼滤波, 从而得到定时误差的最佳估计。

1 前馈式ML算法

假设输入信号x (kTs) , 关于延时μ的最大似然函数为[1]:

$\Lambda (r|\tilde{\mu })\approx {\displaystyle \sum _{k{}_1=0}^{{\rm N}L{}_0-1}}{\displaystyle \sum _{k{}_2=0}^{{\rm N}L{}_0-1}x}(k{}_1{\rm T}{}_s)x(k{}_2{\rm T}{}_s)F(k{}_1,k{}_2,\tilde{\mu })$ (1)

其中$F(k{}_1,k{}_2,\tilde{\mu })\triangleq {\displaystyle \sum _{i}g}(k{}_1{\rm T}{}_s-i{\rm T}-\tilde{\mu })g(k{}_2{\rm T}{}_s-i{\rm T}-\tilde{\mu })$, 是关于$\tilde{\mu }$的以T为周期的周期函数:

$\begin{array}{l}F(k{}_1,k{}_2,\tilde{\mu }-{\rm T})={\displaystyle \sum _{i}g}(k{}_1{\rm T}{}_s-(i-1){\rm T}-\tilde{\mu })g(k{}_2{\rm T}{}_s-(i-1){\rm T}-\tilde{\mu })\\ =F(k{}_1,k{}_2,\tilde{\mu })(2)\end{array}$

将F傅氏展开:

$F(k{}_1,k{}_2,\tilde{\mu })\triangleq {\displaystyle \sum _{m}F}{}_m(k{}_1,k{}_2)e{}^{j2\pi m\tilde{\mu }/{\rm T}}$ (3)

其中$F{}_m(k{}_1,k{}_2)=\frac{1}{{\rm T}}{\displaystyle \underset{0}{\overset{{\rm T}}{\int }}F}(k{}_1,k{}_2,\tilde{\mu })e{}^{-j2\pi m\tilde{\mu }/{\rm T}}d\tilde{\mu }$, 且满足F-m (k1, k2) =F${}_m^{*}$ (k1, k2) 。

当基带信号的频带限制在±1/T之内时, 文献[1]中证明$F{}_m(k{}_1,k{}_2)=0,\left|m\right|\ge 2$, 因此:

因为$F{}_1(k{}_1,k{}_2)=\frac{1}{{\rm T}}q[(k{}_1-k{}_2){\rm T}{}_s]e{}^{-j\pi (k{}_1+k{}_2)/{\rm N}}$, 以及q (t) 的傅立叶变换形式:

$Q(f)=G(f-\frac{1}{2{\rm T}})G{}^{*}(f+\frac{1}{2{\rm T}})$ (7)

所以有:

图1所示为前馈式ML算法的处理流程。g (k) 为根升余弦滚降滤波器, Ts为采样间隔, T为符号间隔, L0为前向估计符号数, N为每符号的采样数, D为延迟的符号数, (·) *为取复共轭。

2 预滤波

本文基于实现的复杂度和整体结构设计的考虑, 直接利用成形滤波器来设计预滤波器[7]Hp (ω) :

其中Gs (ω) 为发送端的成形滤波器, Gr (ω) 为与发送端相同的接收端匹配滤波器。经过预滤波后的信号等效滤波器P (ω) 有下面的形式:

成形滤波器采用平方根升余弦滚降滤波器[3]:

可以得出预滤波器为[7]:

3 Gardner定时误差检测

Gardner算法的定时误差提取公式[2]为:

$e(i)=\{x[(k-1){\rm T}+\widehat{\tau }{}_{k-1}]-x(k{\rm T}+\widehat{\tau }{}_k)\}x(k{\rm T}-{\rm T}/2+\widehat{\tau }{}_{k-1})$ (16)

T为码元持续时间, τ 为估计的最佳定时时刻, 由泊松求和公式可得[1]:

$S(\tau )=E\{e{}_i|\tau {}_i=\tau \}=\frac{4C{\rm K}}{{\rm T}}\sin (\frac{2\pi \tau }{{\rm T}})$ (17)

C为基带波形能量, 其中${\rm K}\triangleq {\displaystyle \underset{-\infty }{\overset{+\infty }{\int }}{\rm H}}(\frac{1}{2{\rm T}}+f){\rm H}(\frac{1}{2{\rm T}}-f)\cos (\pi f{\rm T})df$, 更新公式:

$\widehat{\tau }{}_{i+1}=\widehat{\tau }{}_i-G\times e(i)$ (18)

其中G为环路增益。

当误差检测的输入信号经过预滤波, 即H (w) =P (w) , 可得到[7]:

4 综合仿真和性能分析

设计如图2所示前馈和反馈相结合的定时同步结构。内插滤波器采用三阶的多项式插值[4]。当接收到突发信号r (n) , 首先由前向的ML算法估计出时延$\widehat{\tau }$, 把$\widehat{\tau }$作为Gardner定时跟踪模块中Kalman滤波器[6]的初始值, 使得Gardner定时跳过初始的收敛过程, 直接进入跟踪状态。

仿真条件如下:输入信号为8PSK调制的窄带信号, 符号速率2400波特, 载波频率1800Hz, 采样率12k, 采用根升余弦滚降滤波器, 滚降系数0.35。首先对单独采样前馈式ML算法的估计性能进行仿真, 取L0=100。如图3所示, 在高斯信道下, 算法的估计性能比较稳定, 在5dB时估计的方差已达到10-3。

图4、图5所示为理想情况下预滤波前后的信号眼图。预滤波前的信号在最佳采样点处张开眼图, 信号波形在码元转换点不归零。预滤波后的信号波形正好相反, 在码元转换点处归零, 在最佳采样点处引入码间干扰。预滤波达到了增强信号波形的归零特性和消除定时抖动的目的。

单独采用Gardner反馈定时同步算法进行仿真。如图6、图7所示, 两图的信噪比均为15dB, 信号时延为0.4T, 两次仿真的反馈环路增益不同。图6中仿真采用较大的环路增益, 图中曲线的收敛速度较快, 但是曲线在收敛状态下的起伏即稳态误差也比较大;图7中仿真采用的环路增益比较小, 图中曲线的收敛速度比较慢, 但是收敛状态的稳态误差比较小。由此可见, Gardner定时同步算法的收敛速度和稳态误差是相互矛盾的两个方面。

由于时钟的偏差和时延的偏差变化不会太剧烈, 因此可以在Gardner算法中使用较小的环路增益来确保收敛状态的稳态误差。而由前馈的ML估计值作为Gardner算法的初始值, 保证环路快速进入锁定。对联合结构进行仿真, 分三种情况:①在0.2T的初始时延, 采样时钟无偏差 (本地时钟与12k的差) 下的时延估计;②在0.2T的初始时延和1Hz的采样时钟偏差下的时延估计;③在0.2T的初始时延和-1Hz的采样时钟偏差下的时延估计。图8所示的曲线1、2、3分别是这三种情况, 15dB高斯信道下的时延估计曲线, 初始时延估计和Gardner定时跟踪环路都有较好的估计和跟踪性能。图9中的曲线1、2、3分别是这三种情况, 15dB短波信道[5]下的时延估计曲线, 短波信道的多普勒扩展为0.1Hz, 多径时延为0.5ms, 且两径等增益, 由图可见短波信道下估计曲线的稳态误差只是略有恶化, 但是前馈定时估计和曲线1的收敛状态却偏离了初始值0.2T, 这是因为0.5ms时延的等增益两径信道使得非数据辅助的算法收敛于两径迭加的峰值点位置。理论上最佳采样时刻应为为满足奈奎斯特准则的时刻即无码间干扰的时刻, 但是在短波信道下, 由于多条路径的相互迭加, 几乎不存在无码间干扰的时刻, 因此最佳的采样时刻也迭加上了多径传播带来的码间串扰, 但它是综合码间干扰相对最小、输出信噪比最大的时刻。

5 结 论

本文设计出一种前馈和反馈联合的定时同步结构。前馈采用基于ML的算法, 反馈采用Gardner定时同步算法。该联合同步结构能够克服Gardner定时同步算法中收敛速度和稳态误差的矛盾, 既具有前馈算法收敛迅速的特点, 也具有反馈算法稳态误差小、跟踪能力强的特点, 适合于短波突发信号的定时同步。

摘要：基于ML前馈定时算法和Gardner反馈定时算法, 设计一种适用于短波突发信号的全数字联合定时同步结构。该联合定时同步结构既具有前馈算法收敛迅速的特点, 也具有反馈算法稳态误差小、跟踪能力强的特点。不同信道环境下的仿真实验表明, 该联合结构算法的收敛和跟踪性能优良。

关键词：短波,突发,定时同步,联合结构

参考文献

[1]Umberto Mengali, Aldo N D’Andrea.Synchronization Techniques forDigital Receivers[M].New York:Plenum Press, 1997.

[2]Floyd M Gardner.A BPSK/QPSK Timing-error Detector for SampledReceivers[J].IEEE Transactions Communication, 1986, 34 (5) :423-429.

[3]John G Proakis.Digital Communications (Fourth Edition) [M].Bei-Jing:Publishing House of Electronics Industry, 2001.

[4]Floyd MGardner.Interpolation in Digital Modems-Part I:Fundamentals[J].IEEE transactions on communication, 1993, 41 (3) :501-507.

[5]ITU-R Recommendation 520-2, Use of high frequency ionosphericchannel simulators[R];1994-F series, Part2.ISBN92-61-05411-0.ITU, Geneva, 1994.

[6]张贤达.现代信号处理 (第二版) [M].清华大学出版社, 2002.

信号结构 篇6

系统构成

全电子化计算机联锁系统如图1所示, 由TYJL-ECC三取二容错联锁计算机系统和LDJLZ-Ⅱ型全电子智能化模块执行机两大部分组成, 相互之间采用网络总线互联。

计算机联锁系统特点及优势

1. 联锁模块采用三取二容错方式, 任意一个CPU故障通过三取二比较能被立即发现, 并被屏蔽, 发送到联锁总线的控制命令始终是正确和一致的。各环节通过自诊断功能, 将错误控制在各环节内部, 保证整个系统具有高度的安全性。

2.全面采用硬件冗余, 提高了系统的可靠性。联锁控制CPU板、联锁总线、电源等关键模块采用三重冗余结构, 任何的单点故障不影响系统工作。控制机采用双机同时工作的方式, 取消了双机切换电路, 从而减少了故障点。电路出现故障后, 能自动切换到备用板, 保证系统连续工作, 提高了整套系统的可靠性。

3.具有全面的自诊断功能, 能迅速诊断到故障点, 每块模板由工作状态显示。所有模块包括电源可以带电拔插而不影响系统的正常工作, 缩短故障恢复时间。单点故障不影响系统的正常运行, 系统具有带故障运行的能力。如果有热备板存在, 系统能完成自动切换, 作出故障报警并停止故障板工作。

4.故障——安全功能方面采用新的技术达到安全的目的。

(1) 执行模块控制总线和控制电路采用双路逻辑“与”电路, 任何一路控制总线或控制电路发生错误都不会产生错误的输出。

(2) 执行模块采用动态控制技术, 当两路微控制器 (MCU) 中任一路故障或控制电路中任一开关器件故障都会自动切除控制电源, 保证不产生错误的输出。

(3) 信号执行模块在通讯故障、MCU故障和开关故障时自动转为禁止信号。

5.电路防护功能方面执行机根据现场情况作了特殊设计。

(1) 电子短路防护电路, 执行模块对设备在维修、施工和故障状态下产生的线间短路可以迅速切断电源, 现场恢复后自动复原。解决了现场熔断器频繁更换的问题, 也对室外信号设备和执行模块做到了有效防护, 执行机因此取消了所有熔断器。

(2) 道岔表示电路的防护, 执行模块由于采用了MCU的逻辑判断功能和监测功能, 对道岔表示电路混线、开路、表示二极管的反接都能作出判断、给予警告, 并及时上传给联锁机。

6.执行模块内单独设立了第三个MCU和第三通道专门负责信号设备开关量及模拟量的监测并上传至监测计算机。可以监测控制网络、道岔状态、道岔电流、轨道电源、电源屏开关状态以及电源的各种开关量和模拟量参数。

与继电器联锁相比较的劣势

1.计算机联锁系统性强, 与继电器联锁相比较, 局部问题影响更大。联锁机故障会造成全站信号设备瘫痪;执行机柜故障可造成半个站场瘫痪;执行机单个模块故障可造成多台室外设备瘫痪。信号机模块控制8个灯位, 轨道模块控制4个区段。

2. 全电子计算机联锁系统全部采用微电子器件, 对防雷的要求提高。继电器联锁的接地电阻值要求不大于10Ω, 计算机联锁的接地电阻值要求不大于4Ω。

3. 对电源的要求也有较高的要求。计算机联锁电源要求必须有信号电源屏单独一路供给, 在接入计算机前必须经过净化, 并采用不间断供电电源 (UPS) 。UPS应设双套, 互为备用。

计算机联锁的维护、检修要点

1.日常巡检中, 加强对联锁机、执行机、电源各种板块、模块状态灯的检查, 通过状态灯的变化及时发现处理设备存在的问题。例如执行机道岔执行模块状态灯的变化及表示意义:

(1) POWER指示灯:电源指示灯。通电亮, 断电灭 (绿灯) 。

(2) TX1指示灯:联锁A通道通信状态指示灯。闪烁表示通信正常, 否则表示通信故障 (绿灯) 。

(3) TX2指示灯:联锁A通道通信状态指示灯。闪烁表示通信正常, 否则表示通信故障 (绿灯) 。

(4) DB指示灯:道岔定位表示指示灯 (绿灯) 。

(5) FB指示灯:道岔反位表示指示灯 (黄灯) 。

(6) ERROR指示灯:道岔模块故障报警指示灯 (红灯) 。此灯亮表示模块已经故障。

(7) 道岔转动状态:DB灯和FB灯以1HZ的频率同时闪动。

(8) 道岔四开状态:DB灯和FB灯以2HZ的频率交替闪动。

2.加强对电源、UPS监控, 每日对电源电压、电流进行在线实时测试, 每季度对UPS进行充放电及容量检查。

通过对电源的实时测试, 发现了二路电源的不稳定性, 出现停电次数较多。为避免单电源运行可能带来的对现场运输作业的安全威胁, 制订了《信号电源停电应急预案》, 提出了突发停电状态下现场运输作业的注意事项等建议。

3. 定期进行上位机、电源、UPS、通讯板等切换试验。

为避免长期运行造成死机、通讯异常等问题, 在尽量减少对现场作业影响的情况下, 定期进行切换试验、重新起机测试等工作, 保证设备长周期运行。

4. 充分利用计算机联锁系统的电务维修机和监测机的数据记录, 通过站场运行情况回放、各种电流电压值的记录检索, 准确分析电源供电状态, 联锁机、执行机模块状态, 通讯状态等, 把握系统的整体运行趋势。

重点对执行机模块状态进行分析, 找出执行模块发生问题时的状态、发生的原因, 提出对执行模块维修的建议。

5. 用计算机联锁记录分析数据, 指导室外设备的调整、维修, 解决部分时有时无的疑难问题。

轨道电路调整状态值和分路状态值作为室外轨道电路调整的依据, 转辙机工作电流和调整状态电流作为室外转辙机调整的依据, 为下一阶段将轨道电路、转辙机由计划修转为状态修提供技术依据。

信号结构 篇7

压缩传感[1,2,3]技术是一项新兴的技术,主要特点是以远低于奈奎斯特采样数据量精确恢复信号。将其应用于超声波无损检测领域,将大大减少检测产生的数据量,简化硬件系统结构,提高检测信息的分辨率和实时处理能力。然而,目前采用压缩传感技术面临的一个技术瓶颈是稀疏分解原子库规模巨大,在信号分解与重构过程中导致计算复杂度大,降低了该项技术的实用性。针对上述问题,本文提出了一种基于信号结构的稀疏分解原子库的优化策略,并将其应用于管道检测领域,大大减少了原子库的规模。

目前国内外对稀疏分解Gabor原子库的简化研究很少。上海交通大学的梁巍等人根据超声信号是一个高斯调制的带通信号,其有用信息集中在以探头中心频率为中心的某一带宽内,利用带宽因子、探头中心频率和初相位这些先验信息对Gabor原子库的尺度因子和频率因子进行简化,减少了原子库的原子数量[4]。但是脉冲超声回波信号的中心频率并不等于探头频率,且由于实际环境及噪声的影响,其频带宽度以外也包含一定信息量。其次,该方法需要对带宽因子进行估计,存在一定的误差。兰州大学的王峥嵘等人根据Gabor原子的相位因子特性,对原子波形互为相反的原子进行了删减[5]。另外对较长信号分段向量截取,利用对应的长度较短的原子库分别对各段信号进行稀疏分解,再相加得到原信号。

本文以管道检测的缺陷脉冲超声回波信号为研究对象,首先根据Gabor原子的原子特性,对频率因子和相位因子[5]离散化范围进行简化。然后根据脉冲超声回波信号的波形特征对其进行有效长度截取,提取待分解信号的包络并拟合成高斯函数,将对应函数参数转换成Gabor原子形式的尺度因子参数并统计其分布范围,提出了一种基于信号结构的尺度因子离散化方法,克服了依赖于信号长度的尺度因子离散化方法的缺陷。通过对实测信号的仿真表明,优化原子库的稀疏分解效果与Gabor原子库接近,原子数量却减少为原 来的1 /8左右。

1 Gabor 原子库的离散化

Gabor原子由一个经过调制的高斯窗函数构成,其表达式为[6]:

其中,g( t) = exp( - πt2) 是高斯窗函数,γ = ( s,u,v,ω) 是时频参数,其中s为尺度因子,u为位移因子,v为频率因子,ω为相位因子。

由于尺度因子、频率因子和相位因子定义了原子的形状,位移因子定义了原子的中心位置[7]。严格意义上余弦函数也应该进行移位处理,因此本文所用Gabor原子表达式为:

离散化方法为[6]:

由上述离散化方法中j、p、k、i的取值范围,可以得到原子库的原子数量为:

由公式( 3) 可知,原子库的原子数量非常巨大。比如,当信号长度为256时,LD= 119756。因此有必要对原子库进行简化。

2 基于原子特征的 Gabor 原子库简化

由公式( 3) 可以看出,原子库的原子数量非常巨大,但是有些原子波形完全相同或者相位相差180度。基于匹配追踪算法[8]稀疏分解时,原子选择原则是信号或余量与原子的内积绝对值最大,因此满足上述条件的这些原子的分解效果相同。本节对满足这些条件的原子进行简化。具体如下:

设两个Gabor原子分别为g( 1) 和g( 2) ,它们的尺度因子、位移因子和相位因子分别相同,频率因子分别为v1和v2且满足v1+ v2= 2π。两个原子的差异仅仅是余弦函数部分,只对余弦函数进行分析,具体如下:

由公式( 4) 可知,只要将原子g( 2) 的相位因子改为2π - ω,则两个原子的波形完全相同。由于Gabor原子的相位因子ω∈[0,2π],完全能实现上述改变。因为频率因子v∈[0,2π],所以将频率因子v的取值范围简化为0到π。

设两个Gabor原子分别为g( 3) 和g( 4) ,它们的尺度因子、位移因子、频率因子的分别相同,相位因子分别为ω1、ω2且满足ω1- ω2= π。两个原子的差异仅仅是余弦函数部分,只对余弦函数进行分析,则:

由公式( 5) 可知,原子g( 3) 和g( 4) 的波形互为相反。相位因子ω = 0,π/6,2π/6,…,2π,在上述对频率因子简化的基础上,再将相位因子ω的取值范围简化为0到5π/6。频率因子和相位因子简化后的原子库为改进Gabor原子库,对应的频率因子和相位因子离散化范围为: 0≤k≤2j,0≤i≤5,原子库的原子数量为:

对比公式( 3) 可以发现,原子库的原子数量减少很多。比如,当信号长度为256时原子数量为30744,是对应Gabor原子库的原子数量119756的1 /4左右。

3 基于脉冲超声回波信号结构的尺度因子简化

由Gabor原子的离散化方法可以发现,尺度因子、位移因子、频率因子的离散化范围均与信号的长度有关,信号长度越长,尺度因子离散化范围越大,位移因子和频率因子的离散化步长越细,原子库的原子数量越大。因此,在对信号稀疏分解之前,必须对其进行有效长度截取,以减少原子库的规模。本文对管道检测的脉冲超声回波信号进行了有效长度截取,截取前的信号如图1所示。

由图1可见,除了有多次脉冲超声回波信号外,大部分信号的接近于0,如果直接对上述信号稀疏分解将导致对应原子库的数量巨大,很多原子是冗余的,因此在对信号稀疏分解之前有必要对信号进行有效截取。脉冲超声回波信号是一个调制的高斯信号,其包络实质是一个高斯函数。Gabor原子也是调制的高斯函数,原子尺度因子反应了高斯包络特性。因此运用原子对脉冲超声回波信号稀疏分解时,由于迭代前几次待分解的信号仍然是高斯调制信号,选择原子的尺度因子取值范围应该满足待分解信号的包络特性,基于此可以简化Gabor原子的尺度因子离散化范围,该方法得到的原子库为结构原子库。具体实现方法如下所示:

1根据脉冲超声回波信号的波形结构,确定样本信号的有效长度。

2用改进Gabor原子对一定数量样本信号进行稀疏分解,迭代次数均取前5次,对每次的待分解信号都进行如下操作:

一是提取待分解信号包络曲线。

二是拟合包络曲线为高斯函数,函数模型为

三是将参数c1转换为Gabor原子形式的尺度因子s1。

3统计上述所有样本信号的取值范围。

4根据s1的取值范围简化改进Gabor原子库的尺度因子离散化范围。

4 实验验证与分析

为了验证本文提出的简化方法的正确性,进行如下两个仿真实验。实验使用的脉冲超声回波信号是管道检测时产生的回波信号,探头的中心发射频率为10MHz,晶圆直径为6mm,耦合剂为水,采样频率为100MHz,仿真实验均在MATLAB上进行。

4. 1 Gabor原子库和改进Gabor原子库的稀疏分解相同性验证

运用Gabor原子库和改进Gabor原子库分别对图2所示的脉冲超声回波信号进行稀疏分解,分解方法为匹配追踪算法。迭代前10次选择的原子波形分别如图3和图4所示。

由图3和图4可以发现,两种原子库下稀疏分解每次选择的原子波形相同或相反。基于匹配追踪算法稀疏分解时,原子选择原则是信号或余量与原子的内积

绝对值最大,因此两种原子库的稀疏分解效果相同。

4. 2 Gabor原子库和结构原子库的稀疏分解性能对比

实验由两部分组成,首先是脉冲超声回波信号稀疏分解结构原子库的形成,然后是基于Gabor原子库和结构原子库的稀疏分解性能对比。

4. 2. 1样本信号有效长度截取

由图1可见,一段完整脉冲超声回波信号包括多次回波信号,每次的信号长度均在200点左右,Gabor原子只能处理长度为2的整数次方的信号,因此本文截取长度为256点的信号作为样本信号。

4. 2. 2样本信号的s1取值范围统计

本文取30组脉冲超声回波信号作为样本信号,,运用改进Gabor原子对其稀疏分解,并基于脉冲超声回波信号结构的尺度因子简化方法进行处理,统计出30组样本信号的s1的取值范围,如图5所示。

30组样本信号的最小值为32,最大值为380。

4. 2. 3原子尺度因子s1离散化范围

已经得到s1∈[32,380],因此稀疏分解选择的改进Gabor原子的尺度因子的离散化范围可简化为32到256之间。实验统计了基于改进Gabor原子对上述30组样本信号前5次稀疏分解选择原子的尺度因子s1的取值范围,如图6所示。

除了两组信号的最小值为16之外,大部分信号的取值范围均在32到256之间,验证了上述推理的正确性。由此得到的结构原子库的原子 数量为15372,与信号长度为256时对应Gabor原子库的原子数量119756相比,减少为原来的1 /8左右,原子数量大大减少。

4. 2. 4基于Gabor原子库和结构原子库的稀疏分解性能对比

本文以10组脉冲超声回波信号为测试信号,分别在Gabor原子库和上述得到的结构原子库下对其稀疏分解。实验统计了重构相对误差达到0. 02以内需要的迭代次数以及对应重构相对误差,以此来验证结构原子库的稀疏分解性能。重构相对误差的定义如下所示:

其中,x和分别表示原始信号与重构信号。

实验结果如表1所示。

由表1可以看出,运用Gabor原子库和结构原子库稀疏分解时,重构相对误差达到0. 02以内需要的迭代次数基本一致,相差范围在±3次以内。说明运用结构原子对管道检测脉冲超声回波信号稀疏分解的效果与Gabor原子接近。

5 结束语

信号结构 篇8

GSM网络运行多年, 网络系统已提供较成熟的系统功能, 且优化方法和思路比较完善和系统化。但随着经济和城市发展, 网络的规模和复杂程度正在不断增加, 基于原有系统功能对优化流程和思路进行推陈出新的创新是十分必要的。因此本文对小区分层结构功能 (以下简称HCS功能) 进行创新应用研究, 针对信号杂乱和需要突出主覆盖的场景设定适用的参数设置方案。

2 小区分层结构与层间切换原理

2.1 小区的分层结构

很多大业务量的方案都是采用小的小区结构以获得足够的容量。应用低天线的小CELL经常受到覆盖范围的限制, 因此要获得较好的覆盖必须有数量极多的小区。有一种方法可以减少小区的数量, 小CELL提供主要业务区的覆盖, 而大CELL覆盖小CELL信号强度不足够的地方, 为了达到这个目的, 需要一个在大CELL和小CELL之间分配业务的逻辑。小区的分层结构 (HCS) 就是提供这种逻辑。这个功能在BSC中执行。

首先GSM的定位运算是建立在"最好服务"上, 这意味着一般情况下移动台选择的小区是MS当前所处位置上发信功率最高的小区, 这样如果要实现小CELL用于吸收业务而大CELL用于覆盖的设想, 必须在同一区域内使不同大小的小区混合在一起, 这样做并不容易。尽管从邻近大的CELL接收到的信号大, 如果该地方的干扰小, CELL小也有足够质量。假设一个移动台锁定在一个小CELL并向一个大CELL移动, 当大CELL变得更好时即使小CELL还能提供可接受的质量移动台还是将会向大CELL切换。采用复层小区的另一个附加原因是容量冗余备份。如果在设计一个网络的最大业务量仅用小CELL计算, 那么高层小区将用于在业务高峰期分担一部分业务。小区分层结构功能允许一个网络有二层或三层的小区结构, 高层小区用于大的CELL而低层小区用于小的CELL。分层小区功能是定位运算中的一个完整的部分。

小区分层结构功能 (以下简称HCS功能) 即将相同覆盖区域的不同小区通过设置层级, 使网络呈现出多层次的结构, 形成立体覆盖和容量吸收的一种技术。HCS功能的层优先级最高为第一层、其次是第二层、最后是第三层。

2.2 小区分层功能的实现

小区分层功能提供在网络中区分小区层次的可能, 能够分成二层或三层。高层用于大CELL而低层用于小的CELL。例如当在一个小 (normal) CELL网络中增加一个large CELL以提供覆盖间隙的覆盖时, 这个大小区将会开成一个"umbrella"CELL。另一例子是当在一个normal CELL网络中增加一个micro CELL以解决业务热点, 那么对于这个micro CELL来说, normal CELL如一个umbrella CELL一样。这样HCS功能对large和small cells混用的网络中小区的覆盖区域调节和小区规划有很大的帮助, 同时, 虽然服务小区不总是最好小区, 但也能够保证网络的质量。层结构也可以看不一个优先等级。低层比高层优先等级高。这意味着HCS功能不仅只有上述提及的一种应用, 还可以有其它的用途。它还能用于把小区分成不同的几种优先等级而不管它们的大小。例如在1800 MHz和900MHz小区混合使用的双频带系统中, 单频带的900 MHz移动台不能接入1800 MHz小区。因此, 双频的移动台应尽可能选择1800 MHz的小区以防止在900 MHz频带上出现不必要的拥塞。为了这个原因可使1800 MHz小区有高的优先等级。在这里, micro cells (优先等级1 cells) 称为层1小区;normal cells (优先等级2 cells) 称为层2小区;umbrella cells (优先等级3 cells) 称为层3小区。HCS功能也一样在定位算法中要考虑, 定位算法知道小区属于哪一个层, 当进行切换候先小区排队时会把这个信息加入计算中, 这在小区排队中有详细说明。在采用HCS功能时一般情况下都是分配移动台锁定于低层的小区。那么高层的 (layer 2 and 3) 小区将用于下列几种情况中:

(1) 覆盖无线网络中的覆盖空隙, 如果信号强度低于某一个门限值时将会切换至高层小区;

(2) 提供备用的容量。当低层小区拥塞时, 如果分配至劣质小区功能允许的话即使高层小区比服务小区的质量差也将会选择高层的小区;

(3) 当无线链路受干扰时提供服务。当差质量紧急切换时可切换至高层小区。

3 优化试验背景及存在问题分析

某大城市由于城市里某些主要道路小区叠加覆盖较多, 信号杂乱且不易通过天线调整的手段解决。为了高效高质的优化信号杂乱问题和需要突出主覆盖的需要, 需要整合一套行之有效的优化方案。

同时现网使用的HCS功能为三层网络结构, 目前第一层主要由GSM 1800小区及室内小区使用, 第二层主要由GSM 900小区使用, 第三层只作为特殊情况使用。由于第三层优先级低且只作为特殊情况使用, 现网只有极少数小区位于第三层, 其余小区都在第一层或第二层, 实际上仅使用了两层结构、浪费了三层网络结构的调节空间。

4 优化主要思路

4.1 三层结构优化思路介绍

现网部分路段和高层建筑存在信号杂乱的问题, 需要把个别主覆盖小区提升到更高的优先级。为充分利用HCS功能的三层小区结构, 需对现网HCS分层结构实施降层操作 (原第一层小区降为第二层, 原第二层小区降为第三层) , 以腾出第一层 (最高优先级) 作为突出道路和高层主覆盖的手段, 为今后网络优化、特别是道路优化与高层室内优化提供更广阔的调整空间。

4.2 HCS分层技术原则

4.2.1 基本原则

(1) 3层HCS结构主要使用LAYER1、LAYER2、LAYER3;

(2) LAYER1主要对象为按照需要放到第一层的小区;

(3) LAYER2主要对象为GSM1800小区、相关分裂小区、室内覆盖小区及室外微蜂窝小区、地铁及街站小区;

(4) LAYER3主要对象为GSM900小区及相关分裂小区。

4.2.2 结构微调原则

(1) 对街站来说, 如果话务负荷较高或覆盖主要第三方测试道路, 可调整至LAYER2;

(2) 对GSM1800小区来说, 如果话务负荷较高及不影响第三方测试, 可调整至LAYER3;

(3) 对GSM900小区来说, 如果需要该小区分但周边小区话务及不影响第三方测试, 可调整至LAYER2。

4.2.3 相关参数优化原则

(1) LAYER优先级较高小区出现拥塞时, 如果存在话务负荷较低的LAYER低层邻小区, 拥塞小区可以适当提高LAYERTHR门限值, 在不影响第三方测试的前提下, 把话务推向低层邻小区;

(2) LAYER优先级较低小区出现拥塞时, 当邻小区的LAYER优先级较高并且话务负荷较低时, LAYER优先级较高的低话务负荷邻小区可以适当降低LAYERTHR门限值, 在不影响三方测试的前提下, 吸收话务;

(3) 如果在同层小区间, 出现话务不平衡情况, 通过其它话务分担方法无法正常分配话务时, 可以选择一个不影响三方测试的小区升层, 并适当设置HCS参数以吸收话务。

5 小区分层结构优化方案试验

5.1 试验范围

试验区域3个BSC, 300多个小区;其中GSM1800小区有150多个, GSM900小区有200多个。

5.2 优化设置

6 试验效果对比分析

6.1 后台话务统计对比

指标对比表如表2所示。

对比得知调整前后各项主要话统指标基本持平, 由于总体降层并不会改变小区之间的相对优先级, 因此指标基本稳定。

6.2 主要道路优化效果对比

试验调整区域内主干道测试统计对比如表3所示。

对比得知调整前后各项主要路测指标均有提高, 试验效果良好。

6.2.1 过江大桥主干道对比

问题路段主覆盖小区有不明显, 由于此路段环境空旷, 高架桥下水面信号反射情况严重, 导致该路段信号覆盖十分混乱, 容易收到多个过覆盖小区信号, 掉话隐患大, 且现网调整效果不明显。可通过提高主覆盖小区层优先级, 凸显这两个小区作为此路段的主覆盖, 改善该路段西往东方向的切换序列。

调整前测试情况如图2所示。

调整后测试情况如图3:

6.2.2 主干道繁忙路口对比

问题路段东侧的基站位于路边并且站点高度84米, 由于周边基本没有高楼阻挡, 导致本路段有四个小区信号强度相当, 主覆盖不突出。另外问题路段西侧有10层高的住宅楼对另一基站的信号造成阻挡, MS占用后有严重的阴影效应, 掉话隐患大。由对于高层站, 覆盖范围比较广, 若通过天馈或功率调整控制覆盖范围以达到突出主覆盖的目的, 必然会影响小区之间的话务均衡及整个区域的覆盖情况, 负面影响比较大。因此, 可提高主要占用覆盖小区优先级作为道路主覆盖。

调整前测试情况如图4:

调整后测试情况如图5:

参考文献

[1]戴美泰, 吴志忠等.GSM移动通信网络优化[M].北京:人民邮电出版社.2003.

[2]赵荣黎.数字蜂窝移动通信系统〔M〕.北京:电子工业出版社, 1997.

信号结构 篇9

无驱动结构硅微机械陀螺可用于旋转载体的姿态修正,其特点是能同时敏感载体的旋转、俯仰和偏航角速度,即该陀螺一个具有相当于3个互相垂直安装的一般角速度陀螺的功能。

1 工作原理

无驱动结构硅微机械陀螺安装在旋转体的对称中心,它由两块陶瓷片和一块硅片构成三明治结构。其结构原理图如图1所示,陶瓷电极极板和单晶硅摆构成电容式敏感元件,其结构如图2所示,在陀螺单晶硅摆上建立坐标系O-XYZ,用表示旋转体的旋转角速度,表示单晶硅摆绕弹性扭转支撑柱摆动的相对角速度,Ω表示被测角速度。由刚体转动动力学可得单晶硅摆绕Y轴转动运动方程为

式中A、B、C分别为单晶硅摆对应于X、Y、Z轴的转动惯量;D为单晶硅摆偏转时受到的空气阻尼因子;KT为单晶硅弹性扭转支撑柱的扭转刚度系数。

方程(1)的稳态解可得该陀螺的角振动幅度为

式中,β为输出信号的相位滞后。

由式(2)可知,单晶硅质量块发生偏转的角振动频率等于载体旋转角速度,角振动幅度α与载体俯仰和偏航角速度Ω存在比例关系。以上分析可知,通过结构设计可使输出信号稳定,但输出信号α的幅值仍与载体的旋转角速度有关,可以通过测量单晶硅质量块角振动信号频率得到载体旋转角速度;通过角振动信号α的幅值解算出载体俯仰或偏航角速度Ω,也可通过控制放大电路增益,使α的幅值与Ω保持线性变化,通过测量α的幅值直接得到载体俯仰或偏航角速度Ω。式(2)中的相位滞后β可以通过调整陀螺敏感轴安装角度的方法补偿。所以,该陀螺在技术上能实现同时检测载体的旋转、俯仰和偏航角速度[3]。

在输入角振动条件下,该陀螺的输出波形如图3所示。该信号中含有载体运动的三维姿态角速度信息,可以通过测量其频率得到载体滚动角速度,通过测量其幅值和相位得到载体俯仰或偏航角速度和方向。

2 检测电路与信号处理

微机械陀螺信号可用图4所示的电路进行检测。单晶硅摆以角速率φ̇旋转时,偏转角α的变化将导致单晶硅摆和陶瓷电极极板构成的4个电容器C1、C2、C3、C4发生变化。将电容变化信号转换成电压信号之后经放大,可以得到幅值α与被测角速度Ω相关的电压信号。敏感载体旋转和俯仰角速度的微机械陀螺的电容变化率较小,容易受分布电容影响,因此,信号处理采用交流电桥作接口的变换电路,将电容式敏感元件作交流电容电桥的工作臂,电桥供电电源为等幅高频稳定的交流电压。当工作电容发生变化时,在电桥输出端可获得受工作电容变化调制的调幅波信号输出,调幅波信号放大、解调后,获得低频信号输出。

信号处理电路原理如图5所示,包括电源稳压器、基准电压源、方波发生电路、电容电桥、差分放大电路、带通滤波电路、低通滤波电路、程控增益放大电路、相位修正电路、极性选择开关电路和单片机电路等。

单片机信号处理电路对采样信号进行零位-温度补偿、灵敏度-温度补偿、相位补偿和非线性补偿,再由RS232接口或RS485接口将信号以数字方式输出,其原理框图如图6所示。

单片机采用TI公司的MSC1214Y3,是功能集成度极高的混合讯号组件,包含8051微控制器和闪存的高精准度ADC和DAC,内建高分辨率Δ-Σ模拟数字转换器、两组16位数字模拟转换器、8信道多任务器、烧断侦测(burn-out detect)电流源、可选择的缓冲式输入、offset DAC、可程序增益放大器、温度传感器、电压参考、8位微控制器以及由闪存组成的程序和数据存储器。同时,为了提高温度补偿的精度,选用DALLAS公司的DS18B20数字单总线温度传感器作为检测环境温度变化的器件,该器件的测量温度范围为-55～+125°C,在-10～+85°C范围内的精度为±0.5°C。

3 软件算法和补偿技术

单片机数字补偿是指利用单片机系统对传感器的敏感信号进行模/数转换后,利用数字系统进行实时处理,建立数字处理算法,从而实现数字化补偿。在对传感器进行补偿时,首先在各温度点下对敏感元件的零位输出电压和灵敏度进行采样,并用多项式拟合曲线公式计算各温度点下的零位补偿值和灵敏度补偿值,建立零位-温度参数表和灵敏度-温度参数表。之后,测试敏感元件输出值,并建立线性度补偿参数表。在传感器工作过程中,定时对温度传感器的输出进行采样,得到温度数据,在2个参数表中查找并获得对应于该温度点的零位电压补偿值和灵敏度补偿值,从而进行零位-温度补偿和灵敏度-温度补偿,再将补偿后的输出值,查找线性度补偿参数表并获得线性补偿值,并进行线性补偿和相位计算,即可得到最终的输出值。单片机软件补偿原理图见图7。

通过实验测试,无驱动结构硅微机械陀螺达到的性能指标如表1所示。

4 结束语

采用MEMS微机械加工工艺制作无驱动结构硅微机械陀螺的敏感元件,根据其敏感机理和信号输出特性,可以通过硬件电路和软件算法及补偿技术,将载体的滚动、俯仰和偏航的三维姿态角速度信号同时提取出来,经过处理后输出给系统以实现旋转载体在运动过程中的姿态检测和控制。已经研制成功CJS-DR-WB01型硅微机械陀螺,图8是实用产品的照片。该陀螺具有结构简单、可靠性高、抗震能力强、响应时间短、成本低等特点,可广泛用于石油钻井(钻头)、汽车(轮胎)的姿态检测与控制系统。

参考文献

[1]鲍敏杭.微机械陀螺进展[J].世界产品与技术,2000,20(10):20-22.

[2]李新刚,袁建平.微机械陀螺的发展现状[J].力学进展,2003,33(3):289-301.

[3]Zhang Fuxue.THE STRUCTURE PRINCIPLE OF SILI-CON MICROMACHINED GYROSCOPE DRIVEN BY-THE ROTATING CARRIER[J].International Journal of Information Acquisition,2005,2(3):203-216.

[4]傅建国,王孝通,李博,等.MEMS陀螺随机误差模型研究[J].传感器技术,2005,24(3):75-77.

[5]张智永,范大棚,李凯,等.微机电陀螺零点漂移数据滤波方法的研究[J].中国惯性技术学报,2006,14(4):69-71.