TRIZ理论在同时基水声测距接收系统性能改进中的应用
发布时间：2021-12-28 07:04
TRIZ被称为发明问题解决理论,能帮助研发人员解决困难,打破思维定势,排除产品或技术创新中的障碍,得到实际问题的全新解决方案。将TRIZ理论中的根原因分析法、冲突解决理论、技术进化、物场模型分析与标准解、功能分析与裁剪等多种解决办法引入到同时基水声测距接收系统性能改进中来,得到了10个解决方案,并确定了最终解。将最终解应用于新系统,接收系统的性能预期可望得到很大的改善,系统性的复杂程度将显著降低,可靠性与可维护性则能明显提高。也希望TRIZ理论可以在更多的技术领域得到应用,解决实际问题。
【文章来源】：声学技术. 2020,39(05)北大核心CSCD
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
功能裁剪方案
论中的根原因分析法、冲突解决理论、技术进化、物质场与标准解、功能分析与裁剪等多种解决办法引入到水声测距接收系统性能改进中来，以期改进测距接收系统的性能。也希望TREZ理论可以在更多的技术领域得到应用，解决实际问题。1问题描述按照TRIZ理论，首先，定义技术系统实现的功能，即：问题所在技术系统为水声测距接收系统；该技术系统的功能为测量距离；实现该功能的约束有(1)测距信号发射端声源级、(2)海洋背景噪声级、(3)海洋声传播条件。其次，分析现有技术系统的工作原理，画出现有系统结构示意图，如图1所示[10]。图1中水声测距系统由发射端、接收端和上位机解算软件构成，其中发射端与接收端由全球定位系统(GlobalPositioningSystem,GPS)授时同步，发射端安装在被测目标上，发射周期性的单频脉冲信号(ContinuousWave,CW)；接收端位于测量船上，接收端由水听器接收信号，经电缆有线传输至接收机，接收机可分为硬件部分与软件部分，硬件部分主要实现调理信号、滤波、放大与模数转换(Analog-to-Digital,AD)，软件部分主要实现预处理、信号检测与时延估计、数据发送，接收端的主要功能是检测测距信号并估计时延，将时延信息发送至上位机解算软件；上位机解算软件根据时延信息计算被测目标距离并解算位置信息，在软件上实时显图1水声测距系统构成示意图[10]Fig.1Blockdiagramofunderwateracousticrangingsystem[10]示目标航迹。最后，描述当前技术系统存在的问题：信号幅值与发射端和接收端的距离有关，距离越近幅值越大，距离越远声吸收与传播损失越大，信号幅值越校信号检测采用能量检测的方式，即设置检测门限来判断信号有无。目前测距接收系统采用折衷的方法，选用合适的门限，在准确估计的?
足作用；②接收机硬件滤波阶数有限，目前采用的是高通滤波的方式，对噪声的抑制作用不足；③接收机软件信号检测，不能完全满足接收系统的性能要求，是不足作用；④接收机参数估计与信号检测紧密相关，不能完全满足接收系统的性能要求，是不足作用。充足的作用是设计者根据当前需求确定的，以细实线表示。测距接收系统的充足作用主要包含：其余未提及的均为充足作用；过剩作用指功能是合理的，但超过了充足作用，以粗实线表示。本系统不包含过剩作用。(3)建立水声测距接收系统的功能模型，如图2所示[10]。图2水声测距系统的功能模型[10]Fig.2Functionmodelofunderwateracousticrangingsystem[10]3分析根原因并确定冲突区域所谓根原因，就是导致所关注问题发生的最基本的原因，该原因的消除不会再导致产生相同的问题。对技术系统进行根原因分析，最终根原因归结为系统中某些元件具有某种属性或属性取值。根原因分析图如图3所示。由根原因分析法得到的信号检测与参数估计均采用经验值为门限是可控的根本原因。在检测信号与参数估计过程中，运用到的参数包括海洋背影噪声与测距发射端发射的测距信号，软件预处理后，提取出被检测信号的包络，设置幅度门限与宽度门限，利用信号的能量与脉宽联合判决。远距离处在高于背景噪声条件下希望门限低，获得足够的作用距离，近距离处信噪比(SignaltoNoiseRatio,SNR)足够用于检测，希望获得足够的距离精度。由此确定的冲突区域如图4所示。图3根原因分析图Fig.3Rootcauseanalysisdiagram图4冲突区域Fig.4Conflictarea4可用资源与理想解分析分析系统的内外部资源，其中水听器的性能设计人员只能利用，但不能改进，所以可用性分析结果为不可用，而接收机
【参考文献】：
期刊论文
[1]声源定位中的时延估计方法研究[J]. 戎晓政,刘加. 电声技术. 2010(02)
[2]几种基本时间延迟估计方法及其相互关系[J]. 邱天爽,王宏禹. 大连理工大学学报. 1996(04)
硕士论文
[1]浮标主动定位系统信道匹配策略研究与实现[D]. 李超.哈尔滨工程大学 2009
[2]基于DSP的被动声纳信号检测技术应用研究[D]. 张宝宜.西北工业大学 2007
本文编号：3553640
【文章来源】：声学技术. 2020,39(05)北大核心CSCD
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
功能裁剪方案
论中的根原因分析法、冲突解决理论、技术进化、物质场与标准解、功能分析与裁剪等多种解决办法引入到水声测距接收系统性能改进中来，以期改进测距接收系统的性能。也希望TREZ理论可以在更多的技术领域得到应用，解决实际问题。1问题描述按照TRIZ理论，首先，定义技术系统实现的功能，即：问题所在技术系统为水声测距接收系统；该技术系统的功能为测量距离；实现该功能的约束有(1)测距信号发射端声源级、(2)海洋背景噪声级、(3)海洋声传播条件。其次，分析现有技术系统的工作原理，画出现有系统结构示意图，如图1所示[10]。图1中水声测距系统由发射端、接收端和上位机解算软件构成，其中发射端与接收端由全球定位系统(GlobalPositioningSystem,GPS)授时同步，发射端安装在被测目标上，发射周期性的单频脉冲信号(ContinuousWave,CW)；接收端位于测量船上，接收端由水听器接收信号，经电缆有线传输至接收机，接收机可分为硬件部分与软件部分，硬件部分主要实现调理信号、滤波、放大与模数转换(Analog-to-Digital,AD)，软件部分主要实现预处理、信号检测与时延估计、数据发送，接收端的主要功能是检测测距信号并估计时延，将时延信息发送至上位机解算软件；上位机解算软件根据时延信息计算被测目标距离并解算位置信息，在软件上实时显图1水声测距系统构成示意图[10]Fig.1Blockdiagramofunderwateracousticrangingsystem[10]示目标航迹。最后，描述当前技术系统存在的问题：信号幅值与发射端和接收端的距离有关，距离越近幅值越大，距离越远声吸收与传播损失越大，信号幅值越校信号检测采用能量检测的方式，即设置检测门限来判断信号有无。目前测距接收系统采用折衷的方法，选用合适的门限，在准确估计的?
足作用；②接收机硬件滤波阶数有限，目前采用的是高通滤波的方式，对噪声的抑制作用不足；③接收机软件信号检测，不能完全满足接收系统的性能要求，是不足作用；④接收机参数估计与信号检测紧密相关，不能完全满足接收系统的性能要求，是不足作用。充足的作用是设计者根据当前需求确定的，以细实线表示。测距接收系统的充足作用主要包含：其余未提及的均为充足作用；过剩作用指功能是合理的，但超过了充足作用，以粗实线表示。本系统不包含过剩作用。(3)建立水声测距接收系统的功能模型，如图2所示[10]。图2水声测距系统的功能模型[10]Fig.2Functionmodelofunderwateracousticrangingsystem[10]3分析根原因并确定冲突区域所谓根原因，就是导致所关注问题发生的最基本的原因，该原因的消除不会再导致产生相同的问题。对技术系统进行根原因分析，最终根原因归结为系统中某些元件具有某种属性或属性取值。根原因分析图如图3所示。由根原因分析法得到的信号检测与参数估计均采用经验值为门限是可控的根本原因。在检测信号与参数估计过程中，运用到的参数包括海洋背影噪声与测距发射端发射的测距信号，软件预处理后，提取出被检测信号的包络，设置幅度门限与宽度门限，利用信号的能量与脉宽联合判决。远距离处在高于背景噪声条件下希望门限低，获得足够的作用距离，近距离处信噪比(SignaltoNoiseRatio,SNR)足够用于检测，希望获得足够的距离精度。由此确定的冲突区域如图4所示。图3根原因分析图Fig.3Rootcauseanalysisdiagram图4冲突区域Fig.4Conflictarea4可用资源与理想解分析分析系统的内外部资源，其中水听器的性能设计人员只能利用，但不能改进，所以可用性分析结果为不可用，而接收机
【参考文献】：
期刊论文
[1]声源定位中的时延估计方法研究[J]. 戎晓政,刘加. 电声技术. 2010(02)
[2]几种基本时间延迟估计方法及其相互关系[J]. 邱天爽,王宏禹. 大连理工大学学报. 1996(04)
硕士论文
[1]浮标主动定位系统信道匹配策略研究与实现[D]. 李超.哈尔滨工程大学 2009
[2]基于DSP的被动声纳信号检测技术应用研究[D]. 张宝宜.西北工业大学 2007
本文编号：3553640
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