贝叶斯频谱估计在电缆故障检测与二维目标定位中的应用

摘要

本论文的研究内容主要可以分为两大部分。 首先,进行了贝叶斯频谱估计方法在电缆故障检测应用中的研究。电缆在电力传输的过程中起着至关重要的作用，由于电缆铺设于地下，因此不可避免的出现老化和物理损伤，如何快速准确的发现电缆故障，并对故障点进行定位就成为人们关注的一个问题。实验过程中，根据电桥原理对频域反射计加以改进设计出了一套电缆故障检测装置：由信号发生器产生的射频信号输入进电缆，从故障点(反射点)回来的反射波与入射波叠加形成驻波，然后对电缆的输入端的驻波电压值进行采样，采样值包含了故障点的位置信息；接下来对采集到的实验数据进行分析，在分析过程中，创新性地采用了贝叶斯频谱估计方法。为验证检测装置在较长传输线中的检测效果，搭建了人工传输线模型，可模拟12千米真实传输线，从而降低了实验成本；此检测方法的检测精度可达到0.1米，并且抗衰减性能提高到了3dB。 其次，将贝叶斯方法的应用范围拓展到二维目标定位的领域中。主要研究的是探地雷达。探地雷达在工程探测中有着广泛的应用，例如：地质勘测、地下管道走向测定、文物的挖掘以及排雷等。为了节约实验经费，设计了一套简易电磁雷达装置，并重点对数据分析方法作了一些改进，采用了贝叶斯分析方法进行数据分析，取得了不错的定位效果。 主要做了五个方面的工作： 1.对研究的背景和意义做了分析，指出了电力电缆的故障检测的重要性以及二维目标定位的广泛应用。 2.介绍一些估计方法和频谱估计方法，简要给出了它们的推导过程，然后综合贝叶斯估计方法和频谱估计方法得出贝叶斯频谱估计方法。 3.分析了电缆故障发生的原因，对故障检测的方法进行了比较，通过将两大检测方法(电桥法和频域反射计法)进行有机结合，设计出我们的电缆故障检测装置。接下来给出了具体的实验过程，以及贝叶斯数据分析过程。 4.讨论了二维目标定位的应用范围以及发展现状，并吸收前人在探地雷达(GroundPenetratingRadar，即GPR)中的先进成果，利用贝叶斯方法对数据分析方法加以改进，达到了二维目标定位的目的。 5.对本研究工作进行了总结，并对今后工作进行了展望。

目录

文摘

英文文摘

论文说明：符号说明

第一章引言

1.1研究背景及意义

1.2本论文所做的主要研究工作

第二章贝叶斯估计理论与现代谱估计

2.1估计理论概述

2.1.1估计方法分类

2.1.2最大后验概率估计与最大似然估计的关系

2.1.3贝叶斯估计

2.2功率谱估计

2.2.1谱估计的发展过程

2.2.2几种典型的谱估计方法

2.3贝叶斯频谱估计

2.3.1贝叶斯公式

2.3.2贝叶斯分析步骤

2.3.3贝叶斯频谱估计理论

2.3.4 Bayes算法程序框图

第三章贝叶斯频谱估计在电缆故障检测中的应用

3.1电缆故障检测的发展概况

3.1.1故障原因

3.1.2电缆故障定位的现状

3.2频域反射计

3.2.1反射计的发展概况

3.2.2时域反射计和频域反射计各自的适用范围

3.2.3传输线理论

3.3本论文在电缆故障检测方面的研究及取得的成果

3.4实验环境介绍

3.4.1硬件环境

3.4.2软件环境

3.5.1真实电缆和仿真电缆故障检测实验

3.5.2运用双臂电桥原理对电路加以改进

第四章贝叶斯频谱估计在二维目标定位中的应用

4.1二维目标定位概述

4.1.1目标定位与探地雷达

4.1.2目标定位的应用

4.1.3探地雷达系统配置

4.1.4差频振荡器

4.1.5贝叶斯方法在目标定位中的应用

4.1.6本论文在二维目标定位方面的研究及取得成果

4.2电磁雷达目标定位

4.2.1实验装置原理图

4.2.2原始数据分析

4.2.3建立模型方程

4.2.4贝叶斯方法数据分析

第五章总结与展望

6.1本文的主要工作

6.2对今后工作的展望

参考文献

附录

致谢

作者在攻读硕士期间发表的论文