【文章內(nèi)容簡介】 ，處理信號幅度較大，分布規(guī)則，且波形相同。變化輸入信號相位，得到以下推斷。對其中一路輸入信號做延遲處理，發(fā)現(xiàn)互相關(guān)結(jié)果中最強(qiáng)信號位置不發(fā)生改變，但次強(qiáng)信號位置隨輸入信號位置改變而變化，其相對于最強(qiáng)信號的延時(shí)和輸入信號延時(shí)成比例。改變輸入信號特征值大小，互相關(guān)結(jié)果后的信號特征值大小隨之改變，但符號不發(fā)生變化。改變輸入信號輸入時(shí)間，互相關(guān)結(jié)果后的信號位置不變。由以上結(jié)論可知，在漏磁信號檢測中，鋼絲繩破損位置不會影響處理結(jié)果，其結(jié)果只和破損程度有關(guān)，并且處理后的信號最強(qiáng)特征值表現(xiàn)為鋼絲繩破損所產(chǎn)生的漏磁場信號。因而只需對最強(qiáng)特征值進(jìn)行判斷即可確定鋼絲繩是否受損。（2）互相關(guān)處理提取漏磁信號對一根鋼絲繩進(jìn)行人為破壞，使其表面出現(xiàn)細(xì)縫損傷，對這一鋼絲繩進(jìn)行漏磁場信號測量。 傳感器輸入信號1，漏磁信號均已被噪聲信號淹沒，無法正確識別。進(jìn)行互相關(guān)處理后。 互相關(guān)結(jié)果從圖中可以清楚地看到：盡管在原信號中，漏磁信號被淹沒在噪聲中，無法直接識別，但經(jīng)過互相關(guān)運(yùn)算后，鋼絲繩中的損傷被凸顯出來；據(jù)此，不僅可以清晰的判別鋼絲繩表面已受損，而且也易于確定損傷位置。另對鋼絲繩做較大范圍表面損壞，但其破損深度較淺，其寬度與其深度之比約為4。 較大面積破損漏磁信號進(jìn)行互相關(guān)處理。 互相關(guān)運(yùn)算結(jié)果實(shí)驗(yàn)表明互相關(guān)處理對于鋼絲繩破損有較好的運(yùn)算結(jié)果，特別是對表面大面積破損的信號，較為靈敏。但是在使用互相關(guān)分析時(shí)，要注意如果干擾噪聲中存在相關(guān)分量，那么運(yùn)算后的結(jié)果會出現(xiàn)較大錯(cuò)誤，即信號中的峰值不一定就是鋼絲繩受損位置的漏磁信號，因此要保證互相關(guān)處理后的準(zhǔn)確性，必須保證采集信號中不包含相關(guān)的噪聲信號。在一般情況下，由于環(huán)境復(fù)雜，所檢測的漏磁信號中，噪聲相關(guān)性均較弱，所以相關(guān)性較強(qiáng)的諧波分量不會太多，這時(shí)，可以考慮采用信號還原的方法，將具有較強(qiáng)相關(guān)性的諧波分量去除，在進(jìn)行互相關(guān)處理，從而可得到較好的分析結(jié)果。b．漏磁信號還原通過以上討論，可得知互相關(guān)處理對于漏磁信號有較好的判別能力，但是如果信號中存在相關(guān)性較強(qiáng)的諧波分量時(shí)，則其互相關(guān)結(jié)果會出現(xiàn)較大誤差，并且由信號的互相關(guān)結(jié)果無法直接對鋼絲繩的損傷進(jìn)行定量判斷，因此可將漏磁信號進(jìn)行還原，消除其中具有較強(qiáng)相關(guān)性的諧波分量以及噪聲，而保持原有信息，這樣不僅可以提高檢測精度而且可以根據(jù)信息特征來定量分析鋼絲繩破損程度。利用自相關(guān)處理對信號進(jìn)行還原是基于這樣的原理：對于任何有限長的信號都可以看作是多個(gè)諧波分量構(gòu)成，信號的相關(guān)性越差，則構(gòu)成信號的諧波分量越多。如果能夠確定這些諧波分量的特征，例如頻率、幅值、相位，那么該信號可由這些諧波分量組合而成。通過這一原理，可將檢測的漏磁信號進(jìn)行信號還原。然而需要注意的是，信號還原后得到的恢復(fù)信號，僅僅是原信號的近似值，其精度與被測信號的先驗(yàn)知識和所使用的估計(jì)方法有關(guān)，可以根據(jù)信號的特點(diǎn)選擇較好的估計(jì)方法，提高恢復(fù)信號和原信號的相似度。對于疊加了噪聲的信號，用相關(guān)法恢復(fù)此信號的迭代過程如下。（1）令諧波序號i=1。（2）計(jì)算疊加了噪聲的信號的自相關(guān)函數(shù)。（3）檢查是否有可觀測到的周期性分量，如果有，繼續(xù)進(jìn)行步驟（4）；如果沒有，轉(zhuǎn)跳步驟（8）。（4）找到中最強(qiáng)的周期性分量，集中注意比較大時(shí)的，此時(shí)噪聲的自相關(guān)函數(shù)會足夠小，判別信號的相關(guān)參數(shù)不會太困難。確定該分量的周期或頻率，這也是會保留在噪聲中的信號的最強(qiáng)的頻率分量的頻率。（5）計(jì)算和的互相關(guān)函數(shù)，從中幾乎是諧波的形式中，估計(jì)頻率為的分量的幅度和相位。（6）從中減去該頻率的分量，即令。（7），轉(zhuǎn)到步驟（2）。（8）結(jié)束分析過程，將各頻率分量組合起來恢復(fù)被測信號，得 ()。 相關(guān)法恢復(fù)諧波分量流程圖由以上分析可知，利用信號還原可以將具有較強(qiáng)相關(guān)性的諧波分量從信號中去除，這樣可以提高互相關(guān)分析的準(zhǔn)確性。同時(shí)利用最終的還原信號，可以定量分析信號波形與破損狀態(tài)的關(guān)系。 相關(guān)分析的C語言實(shí)現(xiàn)在第二章中詳細(xì)描述了自相關(guān)函數(shù)和互相關(guān)函數(shù)對于微弱信號處理的計(jì)算方法，由此可知相關(guān)分析處理漏磁場信號是非常有效的方法。這里用C語言實(shí)現(xiàn)相關(guān)分析的編程，使其可在ARM系統(tǒng)中使用。由相關(guān)函數(shù)定義以及在應(yīng)用中的實(shí)際情況，可得信號自相關(guān)函數(shù)和互相關(guān)函數(shù)的估計(jì)值分別表示為式（）和式（）。 （） （）。 互相關(guān)算法流程圖243 系統(tǒng)開發(fā)工具介紹及調(diào)試3 系統(tǒng)開發(fā)工具介紹及調(diào)試 ADS集成開發(fā)環(huán)境介紹ADS集成開發(fā)環(huán)境是ARM公司推出的ARM核微控制器集成開發(fā)工具，英文全稱ARM Developer Suite。，發(fā)布于2001年12月份，支持ARM10之前所有ARM系列微控制器，支持軟件調(diào)試及JTAG硬件仿真調(diào)試，支持匯編、C和C++源程序，具有編譯效率高、系統(tǒng)庫功能強(qiáng)等特點(diǎn)，可以在Windows XP 等上運(yùn)行。：（1）代碼生成工具，包含ARM匯編器，ARM的C、C++編譯器，Thumb的C、C++編譯器，ARM連接器，由Code Warrior IDE調(diào)用；（2）集成開發(fā)環(huán)境Code Warrior IDE，實(shí)現(xiàn)工程管理和編譯連接；（3）調(diào)試器AXD，仿真調(diào)試，能夠裝載映像文件到目標(biāo)內(nèi)存，具有單步、全速和斷點(diǎn)等調(diào)試功能，可以觀察變量、寄存器和內(nèi)存等數(shù)據(jù)；（4）指令模擬器ARMulator，由AXD調(diào)用；（5）ARM開發(fā)包，包含一些底層的例程和實(shí)用程序，由Code Warrior IDE調(diào)用；（6）ARM應(yīng)用庫，包含C、C++函數(shù)庫等，供用戶程序應(yīng)用。我們一般應(yīng)用集成開發(fā)環(huán)境Code Warrior IDE和調(diào)試器AXD。 建立工程 點(diǎn)擊WINDOWS操作系統(tǒng)的【開始】→【程序】→【ARM Developer Suite 】→【CodeWarrior for ARM Developer Suite】啟動Metrowerks CodeWarrior；或雙擊“CodeWarrior for ARM Developer Suite”快捷方式啟動， 。 IDE點(diǎn)擊【File】菜單，選擇【New…】即彈出New對話框。26西安工業(yè)大學(xué)北方信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） NEW對話框mb Executable Image)，或Thumb、ARM交織映象(Thumb ARM Interworking Image)，然后在【Location】項(xiàng)選擇工程存放路徑，并在【Project name】項(xiàng)輸入工程名稱，點(diǎn)擊【確定】按鈕即可建立相應(yīng)工程，工程文件名后綴為mcp（下文有時(shí)也把工程稱為項(xiàng)目)。 建立文件及添加建立一個(gè)文本文件以便輸入用戶程序，點(diǎn)擊“New Text File”圖標(biāo)按鈕。 “New Text File”圖標(biāo)按鈕然后在新建的文件中編寫程序，點(diǎn)擊“Save”圖標(biāo)按鈕將文件存盤，輸入文件全名。注意，請將文件保存到相應(yīng)工程的目錄下，以便于管理和查找。在工程窗口中右鍵點(diǎn)擊【File】菜單，選“Add to Project”，即可彈出“Select files to add…”對話框，選擇相應(yīng)的源文件，點(diǎn)擊【打開】按鈕即可完成添加。 在工程窗口中添加源文件 編輯鏈接工程單擊DebugRel Setting，進(jìn)行工程的地址設(shè)置，輸出文件設(shè)置和編譯選項(xiàng)等。單擊Make按鈕，可完成編譯連接。 工程窗口中圖標(biāo)按鈕若編譯出錯(cuò)會有相應(yīng)的出錯(cuò)信息，雙擊出錯(cuò)信息，光標(biāo)會指向出錯(cuò)源代碼。 工程調(diào)試將EasyJTAG仿真器驅(qū)動程序復(fù)制到ADS的BIN目錄中，仿真器與PC機(jī)連接。工程編譯連接通過后，單擊Debug按鈕，可啟動AXD進(jìn)行調(diào)試。單擊Option選擇Configure Target，彈出對話框，單擊ADD按鈕添加仿真器的驅(qū)動程序，單擊打開即可。 Choose Target窗口軟件調(diào)試：軟件調(diào)試是自動控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的最后階段。軟件調(diào)試是否順利進(jìn)行，直接關(guān)系到工程的順利投產(chǎn)，在檢查硬件無誤后，開始調(diào)試軟件部分。首先，編譯。，編譯，發(fā)現(xiàn)許多錯(cuò)誤，經(jīng)過不斷的修改后，完成了系統(tǒng)各模塊的編程。然后，各模塊調(diào)試。連接好系統(tǒng)硬件，將系統(tǒng)各模塊程序經(jīng)過JTAG下載到控制器中，不斷調(diào)試、修改程序，實(shí)現(xiàn)各個(gè)模塊的功能。最后，系統(tǒng)調(diào)試。將修改后系統(tǒng)程序經(jīng)過JTAG下載到控制器中，修改并完善程序，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)整體功能。調(diào)試工作完成后，將程序經(jīng)過JTAG下載線下載到電路板的主芯片上，并在實(shí)驗(yàn)室實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能。284 漏磁檢測系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)4 漏磁檢測系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)軟件是對現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的虛擬實(shí)現(xiàn)。根據(jù)貝塔朗菲定義，系統(tǒng)是相互聯(lián)系、相互作用著的諸元素的集或統(tǒng)一體。常用的編程方法有四種：過程化、模塊化—結(jié)構(gòu)化、面向?qū)ο笠约懊嫦蛑悄荏w編程方法。對于過程化編程采用自底向上的方法，而其他的方法都采用自頂向下的方法。首先，建立各個(gè)模塊、對象、或智能體；再將各個(gè)模塊單元連接起來；最后實(shí)現(xiàn)各個(gè)模塊的功能。a．過程化編程方法過程化編程方法是將一個(gè)復(fù)雜的程序分解為若干個(gè)較小的過程，過程與過程之間相互關(guān)聯(lián)，每個(gè)過程單獨(dú)編程調(diào)試。但在有的程序中，過程聯(lián)系緊密，不容易區(qū)分。并且這一方法是從程序員的角度去考慮問題，僅僅為了降低編寫難度，并沒有考慮使用者的習(xí)慣。b．模塊化—結(jié)構(gòu)化編程方法模塊化和結(jié)構(gòu)化編程方法有類似之處，都是將復(fù)雜的系統(tǒng)分割若干功能模塊或是功能節(jié)點(diǎn)。模塊和節(jié)點(diǎn)都對應(yīng)著系統(tǒng)的一部分功能，并且和其他的部分有相互的連接，從而實(shí)現(xiàn)整個(gè)軟件的功能。但是對于一些較大的系統(tǒng)，這種分解往往會導(dǎo)致大量的模塊或節(jié)點(diǎn)，這些模塊和節(jié)點(diǎn)之間的連接錯(cuò)綜復(fù)雜，不僅無法使編程簡單化，而且會增大系統(tǒng)功能分析的難度，實(shí)際編程中難以實(shí)現(xiàn)。c．面向?qū)ο缶幊谭椒嫦驅(qū)ο蠓椒ㄕJ(rèn)為系統(tǒng)由一系列彼此獨(dú)立卻又相互聯(lián)系的對象組成，各對象間通過消息傳遞和數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)（數(shù)據(jù)流）來相互聯(lián)系，而各對象本身則是一個(gè)具有保持一定狀態(tài)能力和實(shí)施動作能力的實(shí)體。它使對象(描述系統(tǒng)的單位)同時(shí)具備了靜態(tài)和動態(tài)的特性。面向?qū)ο蠓椒◤?qiáng)調(diào)對象（即元素）本身的實(shí)現(xiàn)方法，而對于對象之間相互聯(lián)系和相互作用描述不夠。d．面向智能體編程方法即所謂的Agent，在信息技術(shù)尤其是人工智能和計(jì)算機(jī)領(lǐng)域，可以看作是能夠通過傳感器感知其環(huán)境，并借助于執(zhí)行器作用于該環(huán)境的任何事物。對于軟件Agent，則通過編碼位的字符串進(jìn)行感知和作用。到目前為止。面向智能體編程方法并沒有一個(gè)統(tǒng)一的編程規(guī)則。目前主要的研究方向主要有兩點(diǎn)：一是圍繞經(jīng)典人工智能展開，主要研究代理的擬人行為，多代理的協(xié)商模型等，其研究方向可分為代理理論，代理體系結(jié)構(gòu)，代理語言，多代理系統(tǒng)等，一些計(jì)算機(jī)科學(xué)家稱之為“智能代理”或是強(qiáng)定義的代理；二是以應(yīng)用為主，將經(jīng)典人工智能關(guān)于30西安工業(yè)大學(xué)北方信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）理的強(qiáng)定義弱化，拓寬了代理的應(yīng)用范圍，新的研究方向主要包括代理界面，基于代理的軟件工程（AOSE）。以上四種編程方法各有特點(diǎn)，在探討編程方法基礎(chǔ)之上，綜合考慮系統(tǒng)的實(shí)際情況，文中提出一種新的軟件構(gòu)建方法，更適合于本系統(tǒng)的使用，這種方法的特點(diǎn)集合了模塊化編程方法和面向智能體編程方法的優(yōu)點(diǎn)。不僅使系統(tǒng)具有學(xué)習(xí)和自適應(yīng)的特性，而且根據(jù)硬件模塊編寫對應(yīng)軟件，降低編程難度。這種方法的核心思想基于貝塔朗菲系統(tǒng)論，系統(tǒng)是“處于一定的相互關(guān)系中并與環(huán)境發(fā)生關(guān)系的各組成部分的總體(或集)”；“要素”是組成系統(tǒng)最小的即不需再細(xì)分的單元或成份。“要素”是系統(tǒng)存在的基礎(chǔ)，要素必須按一定方式相互聯(lián)系、相互作用才可能構(gòu)成系統(tǒng)[40]。在本文所提出的軟件構(gòu)建方法中，該“要素”被稱為模塊。，模塊既能保持系統(tǒng)的動態(tài)和靜態(tài)的開放特性，又具有較好的可修改性和可維護(hù)性的適應(yīng)性。其內(nèi)部由過程、作用、反饋、知識庫四個(gè)部分組成，其外部聯(lián)系部分則由輸入、輸出、學(xué)習(xí)、意識組成。 模塊結(jié)構(gòu)模塊工作過程是：當(dāng)外部輸入進(jìn)行模塊時(shí)，內(nèi)部過程在知識庫的作用下，這里是由知識庫將系統(tǒng)配置的參數(shù)或方法傳遞給過程，由過程運(yùn)行，并將處理結(jié)果進(jìn)行輸出，然后將結(jié)果反饋至知識庫，知識庫將結(jié)果分析判斷后，通過意識輸出運(yùn)行過程的好、壞結(jié)果。在這一過程中，知識庫選擇的參數(shù)或方法，是固定不變的，相當(dāng)于靜態(tài)過程。知識庫通過學(xué)習(xí)和反饋的輸出結(jié)果來修訂庫內(nèi)的參數(shù)和方法，在下一次運(yùn)行中，提供給過程經(jīng)過優(yōu)化的參數(shù)和方法，從而提高模塊的性能，這時(shí)對于輸入和輸出的過程相當(dāng)是一個(gè)動態(tài)的過程。在系統(tǒng)的持續(xù)運(yùn)行過程中，知識庫不斷得到更新，系統(tǒng)適應(yīng)性不斷加強(qiáng)，從而減少人為干預(yù)，使整個(gè)系統(tǒng)更具智能化。這里需要說明的是，本文提出的軟件構(gòu)建方法中，模塊是有區(qū)分的。對于只完成特定功能的稱之為功能模塊，這類模塊一般不具有知識庫，只完成特定功能。而對于功能模塊進(jìn)行控制及數(shù)據(jù)調(diào)度的這一類模塊稱之為主模塊，由主模塊完成整個(gè)系統(tǒng)軟件的統(tǒng)籌管理。主模塊可分為三個(gè)部分，即初始化程序、管理程序和維護(hù)更新程序。初始化程序主要完成各個(gè)硬件的初始化、知識庫變量的初始化和過程關(guān)系的初始化；管理程序主要功能是，當(dāng)確定某一任務(wù)后，將輸入輸出連接起來；維護(hù)更新程序使系統(tǒng)具有自適應(yīng)性?；谝陨蟽?nèi)容。 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)框圖由系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)框圖分析，結(jié)合硬件功能，可將系統(tǒng)軟件分為時(shí)間調(diào)度、應(yīng)用層數(shù)據(jù)、界面管理程序、采集調(diào)度程序四部分組。時(shí)間的調(diào)度在設(shè)置軟核建立簡單的中斷方式，時(shí)間為50ms，為系統(tǒng)提供時(shí)間調(diào)度資源；應(yīng)用層數(shù)據(jù)是原始的數(shù)據(jù)采集；界面管理程序包括顯示程序，鍵盤處理程序，基本繪圖等程序；采集調(diào)度程序主要實(shí)現(xiàn)采集信號的數(shù)據(jù)調(diào)度以及異常情況的報(bào)警。 系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)圖 編碼器初始化實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)中由光電編碼器完成空間及時(shí)間參數(shù)的采集。編碼器信號是系統(tǒng)中極為重要的一個(gè)數(shù)據(jù)，擔(dān)負(fù)重要功能。首先依靠編碼器信號，實(shí)現(xiàn)空間域信號到時(shí)間域信號的轉(zhuǎn)換，并根據(jù)編碼器信號調(diào)整A/D轉(zhuǎn)換器中數(shù)據(jù)的讀取時(shí)間；其次，根據(jù)編碼器信號，對FIR數(shù)字濾