第一篇：太行山典型小流域潛流動態(tài)變化研究

太行山典型小流域潛流動態(tài)變化研究

摘要：為了科學(xué)地對太行山區(qū)地下水環(huán)境進(jìn)行綜合評價，本試驗采用了“翻斗式”自計量水技術(shù)，對該區(qū)普遍存在的裂隙潛流的動態(tài)變化過程進(jìn)行新監(jiān)測。根據(jù)監(jiān)測的數(shù)據(jù)分析了該區(qū)潛流的日動態(tài)變化過程和水文年動態(tài)變化過程，分析結(jié)果說明造成這種動態(tài)變化的根本原因是太陽凈輻射的變化，直接原因是植物的蒸散作用；同時，降雨對潛流的年內(nèi)變化也有著直接的影響。

關(guān)鍵詞：典型小流域 潛流 動態(tài)變化

太行山地下水環(huán)境概況

太行山區(qū)主要以花崗片麻巖為主，另有少量的石灰?guī)r區(qū)，其中花崗片麻巖區(qū)基巖裂隙一般比較發(fā)育。由于地質(zhì)構(gòu)造、巖性、地貌的不同、造成山區(qū)地下水的資源量在時空分布與存在形式上均有較大差異，山區(qū)地下水按其不同的存在形式，可分為裂隙水、孔隙水及巖溶水。其中裂隙水主要以裂隙巖體非飽和流的形式存在于花崗片麻巖區(qū)的基巖裂縫中，孔隙水主要以潛流的形式存在于山間河谷區(qū)的砂礫石層中，而巖溶水主要以承壓的形式存在于石灰?guī)r區(qū)的溶洞中。從蓄水構(gòu)造的角度講，3種形式的地下水均需要不漏水的基底、較大的集水面積和能蓄水的含水層。在花崗片麻巖區(qū)一般由于基巖裂隙發(fā)育比較廣泛，因此裂隙水較普遍；但由于缺乏良好的能夠蓄水的含水層，從而造成裂隙水的水量較小，同時這也是造成山區(qū)裂隙水資源利用率較低的一個重要原因。但作為山區(qū)唯一而寶貴的水資源，始終是當(dāng)?shù)厝嗣裆媾c發(fā)展必不可少的資源之一。

典型小流域基本概況

典型小流域位于中科院太行山山地生態(tài)試驗站的西側(cè)，東經(jīng)114°15′58″，北緯37°52′44″，典型小流域?qū)倩◢徠閹r山地，流域面積0.02625km2，植被是20年生的人工刺槐疏林。坡面坡度在25%～35%之間的占90%左右，平均坡長為65m，陰坡面上的土層厚度在20～30cm之間的占50%左右，而陽坡面上的土層厚度在0～5cm之間的占90%左右；主溝為人工水平臺地，土層厚度在1.0m左右，東西走向。典型小流域基巖裂隙比較發(fā)育，多年平均地表徑流系數(shù)較小，而淺層地下潛流在全年的絕大部分時間都存在。典型小流域潛流屬于裂隙巖體非飽和滲流，其實質(zhì)是“水在由局部飽和區(qū)域構(gòu)成的連通滲流路徑中的流動”。

截潛工程及量測系統(tǒng)

為了研究潛流的動態(tài)變化規(guī)律及充分利用有限的水資源，在典型小流域的出口處修建了截流溝和集水池，截流溝和集水池之間用管道連接，同時為了能讓截流溝所截出的水全部及時的流入蓄水池，管道的首部緊挨著截流溝的底部，并以5%的坡度鋪設(shè)管道。

由于潛水流量較小，一般在1001/h以下，常用量水設(shè)備與方法（水表、堰流法）均不能較準(zhǔn)確對潛流進(jìn)行長期連續(xù)監(jiān)測。經(jīng)過長期不斷研究與探索，在受數(shù)字（自計）雨量計的啟發(fā)的基礎(chǔ)上，大膽地將日本千葉大學(xué)教授新滕靜夫自行研制的“翻斗式”自計量水系統(tǒng)用于小流域潛流的監(jiān)測中，從監(jiān)測手段上避開了通過測定水位來求得流量的傳統(tǒng)方法，從而避免了水溫對水位測定所帶來的影響。該系統(tǒng)主要由“翻斗式”量水器和事件記錄儀（或數(shù)據(jù)采集器）組成；在起初使用事件記錄儀（HOBO）的過程中，由于其內(nèi)存有限（一般為2000次或8000次），只能連續(xù)監(jiān)測2d左右，不能滿足監(jiān)測需要，同時所帶來的工作量也較大，后經(jīng)進(jìn)一步研究，最后將數(shù)據(jù)采集器（CR10X）與“翻斗式”量水器有機(jī)的結(jié)合在一起，便使“翻斗式”自計量水系統(tǒng)達(dá)到了比較完備的階段。

潛流動態(tài)變化

4.1潛流日變化

潛流日變化在不同的季節(jié)具有不同的變化情況。在夏季，日變化比較明顯；在冬季，日變化比較平緩；而春季和秋季的日變化介于冬夏之間。典型小流域2000年夏季（六月下旬）和冬季（12月下旬）典型3d的潛流變化情況。可以看出，在夏季，潛流的日變化有一個共同的特點，即在每天早晨6：00前后，潛水流量達(dá)到最大，之后將一直減小，直至下午18：00左右，降低到最低點，早晚潛水流量之比約為1.2∶1；從3d的整體情況看，潛水流量是呈減小趨勢，以每天的最大值計，3d時間流量減少了21.21/h.根據(jù)以上分析，潛流動態(tài)日變化可用一句話來概括，即“夜間（18：00～6：00）逐漸增大、白天（6：00～18：00）逐漸減小的類似正弦曲線的變化趨勢”；

在冬季，潛流的日變化比較平緩，且無類似正弦曲線的變化趨勢；而在春季和秋季，潛流的日變化情況介于冬夏之間，春季和秋季的日變化較夏季不同之處主要在于，白天潛水流量減小的階段有所縮短，即早上開始下降的時間有所后移，而傍晚開始上升的時間有所提前。

4.2 潛流的年內(nèi)變化

典型小流域1999年6月至2000年6月的一個水文年內(nèi)，潛水流量的動態(tài)變化曲線。可以看出，①典型小流域潛水流量在一個水文年間的變化較大，以2月份所測得的流量最大（62.41/h），以6月份所測得的流量最小（11.041/h）。②在一個水文年內(nèi)，隨著雨季的到來，潛水流量開始增長，但這種增長較降雨稍有滯后，且極不穩(wěn)定，這種增長將一直持續(xù)到第二年的2月份，而后又逐漸下降至6月份。③在潛流增長階段的前期（6～11月）由于強(qiáng)烈的植被蒸散，潛流增長比較緩慢，有時還表現(xiàn)出忽升忽降的現(xiàn)象；在后期（12～2月）由于植被的蒸散較前期大大減小，從而潛流的增長比較快。④在潛流下降階段，同樣由于植被蒸散情況的不同，在前期（2～4月）潛流下降較緩慢，而在后期（4-6月）潛流下降較快。

潛流動態(tài)變化結(jié)果分析

典型小流域淺層地下潛流的補(bǔ)給源主要是天然降雨，并且主要是當(dāng)年和前一年的降雨，或著說就是當(dāng)年（以水文年計）的降雨；排泄方式主要有植物的蒸騰失水和溝口的流出失水兩種。影響潛層地下潛流的因素很多，其變化受天文、氣象、水文、地質(zhì)、生物等多方面的自然因素和人為活動的影響。

5.1降雨對潛流變化的影響

降雨作為典型小流域淺層地下潛流的主要補(bǔ)給源，它直接影響著潛流的變化，特別是在雨季來臨前，由于春旱和強(qiáng)烈的大氣蒸發(fā)力作用，經(jīng)常導(dǎo)致潛水的斷流，而后又隨著雨季的來臨驟然增加，恢復(fù)潛流。但如果不是連續(xù)降雨或陰天，潛流會很快下降至某一數(shù)值。然后再以較平緩的趨勢變化。

1999年雨季來臨前后，典型3d的潛水流量的日變化情況。由1999年6月16日和1999年7月12日2d的變化情況可以看出，在前期土壤含水量較小的情況下，一場53.9mm的降雨，對潛流幾乎沒有什么影響，依然持續(xù)雨季前的下降趨勢。

由1999年7月12日和1999年7月13日2d的變化情況可以看出，在剛剛降雨53.9mm左右的基礎(chǔ)上，再降雨86.2mm，潛流有了明顯的變化，由1999年7月12日的平均流量5.41/h，驟然增大到1999年7月13日的平均流量56.481/h，將近增大了10倍。6月下旬至7月中間的降雨情況。其中6月28日至7月11日共降雨53.9mm，7月12日降雨86.2mm.5.2 植物蒸散對潛流變化的影響

從力學(xué)角度分析，潛流在豎直方向上主要受重力和植物的蒸騰牽引力作用。其中在某一確定的地點，重力加速度g是不隨時間變化的，因此重力也不隨時間而變化；從測定林地水分蒸散的波文比-能量平衡法角度講，植物的蒸騰牽引力所需要的能量是由太陽凈輻射的分量—潛熱通量提供的，而不論是太陽凈輻射，還是潛熱通量均存在明顯的日變化。因此，太陽凈輻射是造成潛流日變化的根本原因，而植物的蒸散作用是造成潛流日變化的直接原因。為了說明植物蒸散對潛流的影響，在此利用波文比自動觀測系統(tǒng)所測得的數(shù)據(jù)進(jìn)行植物日蒸散速率的分析。

典型流域2000年第222d（8月10日）的日蒸散速率變化情況，可以看出，蒸散速率在早晨7：00前后出現(xiàn)正負(fù)拐點，其后呈逐漸增大的趨勢，直到中午前；蒸散速率（E）以0.35mm/h的高速率在中午前后徘徊近4h后，在下午3：00左右開始下降，并且在傍晚7：00左右轉(zhuǎn)負(fù)；從整體情況看，可將日蒸散速率變化情況分為3個階段：0～7點，該階段處于緩慢凝結(jié)階段：7～19點，該階段處于蒸發(fā)階段：19～24點，該階段處于快速（較0～7點）凝結(jié)階段。典型流域2000年第222d（8月10日）的徑流通量變化情況，徑流通量（R）是指在單位時間內(nèi)從流域出口流出的水量與流域面積的比，它是根據(jù)測得的有關(guān)數(shù)據(jù)計算來的，主要是用來說明大小不同的流域之間潛水流量的不同變化情況，也就是使不同流域間的潛水流量具有可比性。根據(jù)變化情況，同樣可將全天24h的變化分為3個階段：0～7點，該階段徑流通量呈緩慢增長趨勢；7～18點，該階段徑流通量呈下降趨勢；18～24點，該階段徑流通量呈快速增長趨勢。

三階段相互對比可以看出，典型小流域第二階段徑流通量的下降與植物蒸散所造成的大量失水有著直接的關(guān)系。這還可以通過植物蒸散速率E與流域徑流通量R的相關(guān)關(guān)系曲線得到進(jìn)一步說明。給出了上午6～11點和下午14～19點兩個階段E與R的關(guān)系曲線，可以看出，上午6～11點之間，典型小流域的徑流通量R是隨著植物蒸散速率E的增大而減小的，兩者呈負(fù)的極相關(guān)關(guān)系（R2=0.78）；可以看出，在下午14～19點之間，典型小流域的徑流通量R是隨著植物蒸散速率E的減小而減小的，兩者呈正的極相關(guān)關(guān)系（R2=0.8035）。

通過以上分析，我們可以這樣推理潛流的日變化情況：在清晨的日出前后，太陽凈輻射由負(fù)轉(zhuǎn)正，植物的蒸騰牽引力在潛水層—植物根系活動的巖土層—植物體—大氣之間形成一定的水勢差，在該水勢差的作用下，水分沿潛水層—植物根系活動的巖土層—植物體—大氣的方向由潛水層不斷地向大氣中擴(kuò)散，潛水層的水頭開始下降，從而使得潛水因重力作用而流向流域出口的分量減少，因此潛水的徑流通量開始下降。之后，隨著太陽凈輻射的不斷增加，植物的蒸騰牽引力及蒸散速率也不斷增加，從而使得水分沿潛水層—植物根系活動的巖土層—植物體—大氣的方向擴(kuò)散的速率也不斷增加，潛水層的水頭加速下降，因此潛水的徑流通量呈加速下降趨勢。而午后，隨著太陽凈輻射的不斷減少，植物的蒸騰牽引力及蒸散速率也不斷降低，這降低了潛水層—植物根系活動的巖土層—植物體—大氣之間的水勢差，從而使得水分沿潛水層—植物根系活動的巖土層—植物體—大氣的方向擴(kuò)散的速率也不斷降低，潛水層的水頭減速下降，因此潛水的徑流通量呈減速下降趨勢，這種作用一直持續(xù)到太陽凈輻射由正轉(zhuǎn)負(fù)的傍晚時刻。同時由于太陽凈輻射及植物的蒸騰牽引力對下層土壤中水分的影響存在相對滯后的現(xiàn)象，使得潛水層—植物根系活動的巖土層之間仍保持較高的水勢差，從而出現(xiàn)了水分在潛水層—植物根系活動的巖土層之間的運(yùn)移速率大于在植物根系活動的巖土層—植物體—大氣之間的運(yùn)移速率的現(xiàn)象，其結(jié)果是有“相對過多的水分”儲存在了植物根系活動的巖土層中，也正是這種“相對過多的水分”使得潛水流量在夜間的前半夜比后半夜增加較快。

小結(jié)與討論

（1）本文從技術(shù)創(chuàng)新的角度，首次利用先進(jìn)的“翻斗式”自計量水系統(tǒng)對典型小流域的淺層地下潛流進(jìn)行了連續(xù)監(jiān)測，“翻斗式”自計量水系統(tǒng)的工作原理是，經(jīng)管道流出潛水通過翻斗式量水器的受水口進(jìn)入其中的一個“翻斗室”；當(dāng)水達(dá)到一定量后，翻斗會自動翻轉(zhuǎn)，同時潛流會注入另一個“翻斗室”。翻斗每翻轉(zhuǎn)一次，安裝在兩個“翻斗室”中間外側(cè)部位的機(jī)械脈沖發(fā)生器就會工作一次，即產(chǎn)生一個脈沖，并通過導(dǎo)線傳輸?shù)綌?shù)據(jù)采集器中，而數(shù)據(jù)采集器（CR10X）每隔一定時間就將這段時間內(nèi)收到的脈沖總個數(shù)記錄下來。這樣，“翻斗式”自計量水系統(tǒng)便以直接監(jiān)測流量的方式完成了潛流過程的測定。（2）測定結(jié)果發(fā)現(xiàn)，潛流的日變化在不同的季節(jié)具有不同的變化情況；在夏季，日變化比較明顯，且存在“白天逐漸減小，夜間逐漸增大”的類似正弦曲線的變化趨勢；在冬季，日變化比較平緩，而在春季和秋季，潛流的日變化情況介于冬夏之間。潛流在一個水文年內(nèi)的變化存在單峰現(xiàn)象，峰值出現(xiàn)在2月份。（3）通過對測定結(jié)果和相關(guān)影響因子的分析，得出太陽凈輻射是造成潛流日變化及年內(nèi)變化的根本原因，而植物的蒸散作用是造成潛流日變化及年內(nèi)變化的直接原因；同時降雨對潛流的年內(nèi)變化也有著直接的影響。（4）本文為進(jìn)一步研究山地水分循環(huán)過程取得了一定的進(jìn)展，特別是在流量的監(jiān)測手段上，具有新的發(fā)展和創(chuàng)新，同時對進(jìn)一步研究山區(qū)雨水資源的高效利用提供了一些基礎(chǔ)性數(shù)據(jù)。（5）由于本文監(jiān)測對象的流域面積僅有0.026km2，因此本問題還需繼續(xù)深入研究。

參 考 文 獻(xiàn)：

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[2] 韓冰，葉自桐，周創(chuàng)兵。裂隙巖體飽和/非飽和滲流機(jī)理初步研究[J].水科學(xué)進(jìn)展，1999，10（4）：375-381

[3] 朱珍德，孫鈞。裂隙巖體非穩(wěn)態(tài)滲流場與損傷場耦合分析模型[J].水文地質(zhì)工程地質(zhì)，1999，26（2）：35-41

[4] 武選民。干旱半干旱地區(qū)水文地質(zhì)研究現(xiàn)狀[J].水文地質(zhì)工程地質(zhì)，1999，26（4）41-46

[5] 韓冰，葉自桐。周創(chuàng)兵，單裂隙巖體非飽和臨界狀態(tài)滲流特性初步研究[J].水科學(xué)進(jìn)展，2000.11（1）：1-7.[6] 劉昌明。土壤植物大氣系統(tǒng)水分運(yùn)行的界面過程研究[J].地理學(xué)報，1997，52（4）：366-372.[7] 魏天興，朱金兆，張學(xué)培，等。晉西南黃土區(qū)次槐油松林地耗水規(guī)律的研究[J].北京林業(yè)大學(xué)學(xué)報，1998，20（4）：36-40.[8] 魏天興，朱金兆，張學(xué)培。林分蒸散耗水量測定方法述評[J].北京林業(yè)大學(xué)學(xué)報，1999，21（3）：85-91.

第二篇：喜馬拉雅山北坡典型高山流域水文過程與氣候變化研究（本站推薦）

喜馬拉雅山北坡典型高山流域水文過程與氣候變化研究

摘要：全球變暖的大環(huán)境下，作為淡水最大儲存的冰川日益退縮，以冰川融水補(bǔ)給為主的河流直接受到影響，尤其在中國等亞洲地區(qū)。這類河流在我國主要分布在西部地區(qū)，冰川水資源是下游，尤其是干旱與半干旱區(qū)人民賴以生存和社會經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的生命線。喜馬拉雅山是我國以及印度、東南亞很多河流的發(fā)源地，由于冰雪融水占很大比重，所以對氣候變化比較敏感；同時這個區(qū)域廣泛分布著島狀多年凍土，凍土對徑流過程也有著不可忽視的影響，但在我國喜馬拉雅山一側(cè)冰川凍土水文對氣候變化響應(yīng)的研究卻很少。本文選取我國喜馬拉雅山一側(cè)唯一具有長期水文氣象觀測資料的卡魯雄曲為典型區(qū)域，通過Mann-Kendall趨勢檢驗法，Sen坡度估計以及相關(guān)統(tǒng)計分析方法，分析了近20年河流水情，并與氣候特征結(jié)合來探討徑流變化的原因，所得結(jié)果對研究青藏高原水文氣象過程與我國東南亞乃至全球的天氣、氣候變化都有一定的指導(dǎo)意義。（1）卡魯雄曲流域近40年平均氣溫以0.38℃/10a的趨勢上升，高于西藏年均溫0.26℃/10a的增長率，更是明顯高于同期全國氣溫增長率（0.40℃/100a）和全球氣溫增長率（0.3~0.6℃/100a），且極端最高溫都出現(xiàn)在20世紀(jì)90年代。后十年氣溫（1994~2003年）比前十年（1983~1993年）升高0.5℃。（2）徑流對氣候變化的響應(yīng)最靈敏（一年有8個月的增加趨勢通過α=0.05的顯著性檢驗），尤其是秋冬季的徑流（α=0.01）。后10年與前10年比較，徑流量增加了26%；不同月份徑流增加強(qiáng)度不同，10~2月增加了44%，7~9月增加了27%，3~6月增加了24%。（3）受冰川消融和季風(fēng)降水的影響，不同月份的徑流受到的影響因素不同；但存在共性，即氣溫對徑流起著積極主導(dǎo)作用，而降水對徑流的影響則具有不確定性；根據(jù)已有資料建立了消融期（4~10月）置信度超過95%的徑流與氣候要素的統(tǒng)計方程，可進(jìn)行未來情景預(yù)測。并采用未來不同氣候情景（α=0.02℃/a或α=0.052℃/a），根據(jù)已建立的統(tǒng)計方程，得出2050年和2100年可能的徑流變化，發(fā)現(xiàn)5月和10月的徑流增加最多。（4）非消融期（11~3月）徑流有不同程度的漲幅，突變發(fā)生在1990年左右。1月份增加最明顯，后10年比前10年增加了67%。遙相關(guān)分析表明1月份徑流與7~12月徑流有通過95%顯著性檢驗的相關(guān)性，前期月份共同作用使徑流變化更顯著，這是凍土區(qū)所特有的。（5）SRM在卡魯雄曲流域的模擬結(jié)果比較理想，說明SRM融雪徑流模型在冰川區(qū)域同樣適用；并且通過情景預(yù)測，在氣溫上升1℃的情況下，模擬的徑流沒有明顯提前，但流域徑流量整體明顯增大。

Abstract：The Karuxung catchment is a typical area and unique with a long term observations in the Tibet-Himalayas since 1983.The altitude of the basin varies widely from about 4,550 m to 7,200 m.Owing to high elevation, the alpine permafrost covers about 60% of the drainage area, which limit line is 5,100 m, above which underlay permafrost and below is seasonally frozen ground.Water supply of the Karuxung watershed is mainly from melt water and rainfall;therefore climate warming and precipitation increasing both have positive impacts to runoff.Mann-Kendall trend analysis, the Sen’s slope estimate and correlation analysis were employed to analyze data from Wengguo hydrometric station and Langkazi meteorological station.The results indicated that runoff, air temperature, precipitation and evaporation all have pictured significantly upward trends.Of which runoff change was the most sensitive to climate change, especially during fall and winter.It was concluded that a great number of trends were observed than were expected to occur by chance.In recent 20 years, the annual mean temperature has increased dramatically with a speed of 0.34℃ every 10 years, which was higher than the speed of Tibet region which was 0.26℃ every 10 year, and the extremely high temperature all appeared in the 1990s.For the air temperature, it in the pre-10 years was higher with 0.5℃ than that of the post-10 years, whereas the runoff has increased 26%.Different periods have different growth extent, it during October to February has increased 44%, July to September has increased 27%, and March to June has increased 24%.During ablation period, the runoff change was affected mostly by climate change from April to June, whereas the runoff was affected by air temperature and precipitation jointly when monsoon came, and the precipitation influenced the runoff with uncertainty.During non-ablation period, runoff change was more obviously as it was influenced by former months;the key supply was baseflow.The results indicated that the runoff in cold season all have figured out significantly increasing extents, of which runoff change in January was the greatest about 67%.Furthermore, the runoff in January had close correlations with the runoff from July to December at a significance level of 95%.Therefore, the runoff change in cold season was caused by the former months jointly, which was a characteristic of the permafrost effect.SRM was applied to the Karuxung watershed, and showed a very good result.In a warmer scenario with 1℃ increased daily air temperature, the runoff peak did not move forward, but the mount was enlarged.

第三篇：美國上市公司典型財務(wù)舞弊案例研究（小編推薦）

美國上市公司典型財務(wù)舞弊案例研究

一、財務(wù)舞弊與美國上市公司如影隨形

作為世界上財務(wù)監(jiān)管最為完善的國家，美國一直都是世界各國學(xué)習(xí)的榜樣。但安然、世通等世紀(jì)丑聞發(fā)生后，世界開始用全新的眼光審視美國的上市公司。事實上，美國上市公司在財務(wù)上傲手腳并非從安然才開始的，美國上市公司的舞弊丑聞在華爾街算不上新聞，只是這些舞弊事件在影響上遜于安然、世通等巨無霸公司，所以沒有引起媒體的廣泛關(guān)注。在安然事件前，美國投資者對美國上市公司的財務(wù)數(shù)據(jù)一直持保留態(tài)度，因為華爾街頻頻爆出財務(wù)舞弊丑聞。以下擷取美國上市公司近10年中的幾個典型舞弊案例。

二、美國上市公司典型舞弊案及特征

（一）從存貨做文章

存貨項目因其種類繁多并且具有流動性強(qiáng)、計價方法多樣的特點，所以存貨高估構(gòu)成資產(chǎn)計價舞弊的主要部分。美國法爾莫公司利用存貨舞弊的手法比較典型。法爾莫公司是位于美國俄亥俄州的一家連鎖藥店。法爾莫的發(fā)展速度遠(yuǎn)超同行，在十幾年的發(fā)展歷程中，法爾莫從一家藥店發(fā)展到全國300余家藥店。但這一切輝煌都是建立在通過存貨資產(chǎn)造假來制造虛假利潤的基礎(chǔ)上，法爾莫公司的舞弊行為最終導(dǎo)致了破產(chǎn)。

法爾莫公司的創(chuàng)始人莫納斯是一個雄心勃勃的人。為了把他的小店擴(kuò)展到全國，他實施的策略是通過提供大比例折扣來銷售商品。莫納斯把并不盈利且未經(jīng)審計的藥店報表拿來后，用筆為其加上并不存在的存貨和利潤，這種夸張的造假讓他在一年之內(nèi)騙得了足夠收購8家藥店的資金。

在長達(dá)10年的過程中，莫納斯精心設(shè)計、如法炮制，制造了至少5億美元的虛假利潤。法爾莫公司的財務(wù)總監(jiān)對于低于成本出售商品的擴(kuò)張方式提出質(zhì)疑，但是莫納斯堅持認(rèn)為只要公司發(fā)展得足夠大就可以掩蓋住一切。所以，在多年中，法爾莫公司都保持了兩套賬簿，一套應(yīng)付外部審計，一套反映真實情況。

法爾莫公司的財務(wù)魔術(shù)師們造假手法是：他們先將所有的損失歸入一個所謂的“水桶賬戶”，然后再將該賬戶的金額通過虛增存貨的方式重新分配到公司的數(shù)百家成員藥店中。他們仿造購貨發(fā)票、制造增加存貨并減少銷售成本的虛假記賬憑證、確認(rèn)購貨卻不同時確認(rèn)負(fù)債、多計或加倍計算存貨的數(shù)量。

財務(wù)部門之所以可以隱瞞存貨短缺是因為注冊會計師只對300家藥店中的4家進(jìn)行了存貨監(jiān)盤，而且他們會提前數(shù)月通知法爾莫公司他們將檢查哪些藥店。管理人員隨之將那4家藥店堆滿實物存貨，而把那些虛增的部分分配到其余的296家藥店。如果不進(jìn)行會計造假，法爾莫公司實際早已破產(chǎn)。

審計機(jī)構(gòu)為他們的不夠謹(jǐn)慎付出了沉重的代價。這項審計失敗使會計師事務(wù)所在民事訴訟中損失了3億美元。而對于法爾奠公司來說，不可避免是一場牢獄之災(zāi)。財務(wù)總監(jiān)被判33個月的監(jiān)禁，莫納斯本人則被判入獄5年。

（二）利用并購機(jī)會操縱“準(zhǔn)備”科目

泰科公司始創(chuàng)于1960年，1973年，泰科在紐約證交所上市。泰科的經(jīng)營機(jī)構(gòu)遍布100多個國家，雇傭了26萬員工，2003年營業(yè)額超過300億美元。

從1999起的三年時間里，泰科兼并了數(shù)百家公司，并購價格將近300億美元。對于這些收購兼并，泰科采用購買法予以反映。按照美國公認(rèn)會計原則（gaap）的規(guī)定，采用購買法時，被兼并企業(yè)在購買日后實現(xiàn)的利潤才可與購買方的利潤合并。同樣，被兼并企業(yè)在購買日前發(fā)生的損失，也不需要納入購買方的合并范圍。基于這一規(guī)定，泰科開始玩起了一個個“財務(wù)游戲”。被泰科兼并的公司都有一個共同特點：被兼并公司合并前的盈利狀況往往出現(xiàn)異常的大幅下降，而在合并后盈利狀況迅速好轉(zhuǎn)。其實，這些被兼并公司合并完成前后盈利異常波動主要是各種“準(zhǔn)備”科目的貢獻(xiàn)：合并前對各類費(fèi)用和減值準(zhǔn)備過度計提，合并后逐步釋放出各類準(zhǔn)備。這樣的弄虛作假行為被泰科的高管人員美其名日“財務(wù)工程”。

以泰科并購amp公司為例，泰科于1998年底開始對amp公司進(jìn)行收購，收購于1999年初完成。amp公司1998年的第四季度息稅前利潤為8500萬美元，可是到了1999年第一季度（合并完成的前一季度），卻突然下降為－1200萬美元，而到了1999年第二季度（合并完成后的第一個季度），又迅速增至24500萬美元。利潤大幅增長的原因就在于1999年第一季度計提了巨額的存貨減值準(zhǔn)備，提前“釋放”了本應(yīng)屬于1999年第二季度的銷售成本。

舞弊事件曝光后，泰科的首席執(zhí)行官被逮捕，將面臨多年的牢獄之災(zāi)。另外，泰科撤換了60多名高管人員，包括首席財務(wù)官、法律總顧問、財務(wù)總監(jiān)以及人力資源總監(jiān)等等，此外泰科還撤換了整個董事會。

（三）模糊資本性資產(chǎn)和費(fèi)用性支出的界限

美國廢品管理公司是世界上最大的垃圾處理公司，由狄恩l班特若克和韋恩？休真格于1968年創(chuàng)立，1971年在紐約證券交易所上市。該公司營業(yè)收入從1971年的1600萬美元增長到1991年的75000萬美元，平均年收入增長率為36%。其快速成長的法寶之一是在資產(chǎn)攤銷上的“保守”，模糊資本性資產(chǎn)和費(fèi)用性支出的界限，以制造虛擬資產(chǎn)。

自1989年起，廢品管理公司通過所謂的“凈賬面價值法”，將部分已經(jīng)建成并交付使用垃圾掩埋場的利息費(fèi)用繼續(xù)資本化。審計機(jī)構(gòu)發(fā)現(xiàn)這一問題后，要求廢品管理公司予以更正。廢品管理公司承諾從1994年1月1日起予以更正，但到了1994年管理當(dāng)局發(fā)現(xiàn)，如果采用審計機(jī)構(gòu)提出的資本化方法，廢品管理公司每年都得報告約2500萬美元的利息費(fèi)用，這意味著1989至1994年期間，不恰當(dāng)?shù)馁Y本化利息費(fèi)用累計已經(jīng)高達(dá)1.5億美元。廢品管理公司決定從1995年開始采用符合審計機(jī)構(gòu)要求的資本化方法，但事實上，廢品管理公司不僅在對外報送的財務(wù)報表中沒有披露這些內(nèi)幕，而且直至1997年仍在運(yùn)用“凈賬面價值法”，繼續(xù)將本應(yīng)計人期間費(fèi)用的利息費(fèi)用資本化為在建工程或固定資產(chǎn)。

其他不適當(dāng)?shù)馁Y本化處理方法還包括將系統(tǒng)開發(fā)費(fèi)用、管理費(fèi)用、財產(chǎn)保險費(fèi)用資本化。而且，資本化后的系統(tǒng)開發(fā)費(fèi)用和財產(chǎn)保險費(fèi)用又被武斷地按照特別“經(jīng)久耐用”的假設(shè)攤銷，如對公司的兩大系統(tǒng)按照10至20年攤銷，財產(chǎn)保險費(fèi)則一律按15年期限攤銷。審計機(jī)構(gòu)在1991年及隨后年份再三地將上述攤銷分錄列為審計調(diào)整分錄，并要求廢品管理公司考慮技術(shù)發(fā)展造成系統(tǒng)貶值等因素，盡早沖銷這些“虛擬資產(chǎn)”，但廢品管理公司每年都拒絕調(diào)整。

事后調(diào)查表明，1992～1996年期間，廢品管理公司累計將1.92億美元的利息費(fèi)用資本化，在夸大了利潤總額的同時，也高估了在建工程和固定資產(chǎn)的價值。

（四）虛構(gòu)收入

斯克魯西是美國理療業(yè)的靈魂人物。他創(chuàng)造性地提出將理療從醫(yī)院中獨立出來運(yùn)作的診所運(yùn)營模式。從上世紀(jì)90年代至2002年，南方保健在全球擁有了1229家診所，成為全美最大的保健服務(wù)商。

從1997年開始，發(fā)展走入瓶頸的南方保健開始對會計賬目進(jìn)行造假，操縱經(jīng)營利潤和資產(chǎn)負(fù)債表。在斯克魯西的領(lǐng)導(dǎo)下，南方保健的高管人員每個季度末都要開會，商討會計造假事宜，他們親切地稱這種獨特的會議為“家庭會議”，與會者被尊稱為“家庭成員”。經(jīng)過調(diào)查，南方保健的造假手法開始浮出水面。南方保健使用的最主要的造假手段是一種稱為“契約調(diào)整”的手法。

“契約調(diào)整”是一個收入備抵賬戶，用于估算南方保健向病人投保的醫(yī)療保險機(jī)構(gòu)開出的賬單與醫(yī)療保險機(jī)構(gòu)預(yù)計將支付的賬款之間的差額，營業(yè)收入總額減去“契約調(diào)整”的借方余額，作為營業(yè)收入凈額反映在南方保健的收益表上。由于“契約調(diào)整”是一個需要大量估計和判斷的賬戶，南方保健便利用這一特點，通過毫無根據(jù)地貸記“契約調(diào)整”賬戶，虛增收入。為了不使虛增的收入露出破綻，南方保健又專門設(shè)立了對應(yīng)的“ap匯總”賬戶，用以記錄與“契約調(diào)整”相對應(yīng)的資產(chǎn)增加額。在5年中，南方保健通過憑空貸記“契約調(diào)整”的手法，虛構(gòu)了近25億美元的利潤總額，虛構(gòu)金額為實際利潤的247倍；虛增資產(chǎn)總額15億美元。為掩飾會計造假，南方保健動員了幾乎整個高管層，共同對付外部審計機(jī)構(gòu)。南方保健的會計人員對審計機(jī)構(gòu)審查各個報表科目所用的“重要性水平”了如指掌，并千方百計將造假金額化整為零，確保造假金額不超過外部審計機(jī)構(gòu)確定的“警戒線”。

（五）利用會計截期

美國女王真空吸塵器公司是一家上市公司，以生產(chǎn)耐用的吸塵器著稱，唐希蘭先生是該吸塵器公司的首席執(zhí)行官。當(dāng)初為了獲取該公司的控股權(quán)，希蘭先生不惜抵押了其所有的私人資產(chǎn)，以獲得巨額借款用于購買女王公司的股票。不懂吸塵器行業(yè)的希蘭及其管理小組武斷地認(rèn)定開發(fā)新一代真空吸塵器才是大幅提高利潤的最佳途徑。

為了籌措新生產(chǎn)線的資金，希蘭先生授意財務(wù)經(jīng)理去人為地夸大幾個季度的利潤從而使股票價格上漲，再用股價上漲拋售部分股票的方法產(chǎn)生資金。財務(wù)經(jīng)理選擇了在銷售和費(fèi)用的截期上玩花樣。他指示銷售經(jīng)理將期后的銷售發(fā)票提前到會計結(jié)束前開，囑咐倉庫將貨物的發(fā)運(yùn)提前，并同時編造大量的非法分錄以掩蓋造假舉動。此外，他還將積存的商品發(fā)運(yùn)他處，視之為銷售記入銷售收入；將未付的帳單鎖在櫥柜里不確認(rèn)負(fù)債。希蘭通過他的方案得到了急需的現(xiàn)金流。由于公司從未在期后沖銷虛假的銷售，審計人員并未發(fā)現(xiàn)該公司的造假行為。

新一代的真空吸塵器銷售業(yè)績飚升，利潤飛漲。然而好景不長，不久消費(fèi)者們發(fā)現(xiàn)吸塵器的質(zhì)量存在嚴(yán)重問題并要求退貨，其幕后原因是希蘭貪婪地追求利潤以至于強(qiáng)吸塵器原先堅實的金屬部分替換成了塑料裝配，從而導(dǎo)致產(chǎn)品不耐熱。于是，最初的利潤轉(zhuǎn)變?yōu)榭衽谋г孤暎瑐}庫開始沒有空間存放退回的產(chǎn)品。后來，公司不得不租用了較遠(yuǎn)的倉庫存放退回的產(chǎn)品并銷毀所有反應(yīng)退貨的記錄，以此來蒙蔽審計人員。由于產(chǎn)品的口碑極差，公司的名聲一落千丈，銷售嚴(yán)重滑坡。巨額的銷售退回和銷售額的銳減給希蘭和財務(wù)經(jīng)理帶了極大的壓力，面對索要額外信息的審計人員，他們最終在律師的建議下主動認(rèn)罪。

女王公司的舞弊行為使投資者和債權(quán)人遭受了4000萬美元的損失，公司也宣布倒閉。

此外，希蘭先生也被判一年有期徒刑并附帶數(shù)百萬的賠償。

（六）濫用重大性概念

美國在線從2000年第四季度起，廣告收入逆轉(zhuǎn)，比1999年同期下降了7%，美國在線內(nèi)部文件表明美國在線2000面臨著失去1.08億美元在線廣告收入的風(fēng)險，而整個2001年將失去1.4億美元的在線廣告收入，對這些情況，美國在線并未披露。美國在線利用“重大性”概念打起了擦邊球，本質(zhì)上也屬于惡意舞弊。美國在線聲明沒有披露的理由是“這些收入只占全部營業(yè)收入約3%的比例，因此沒有必要批露”。

重大性概念很容易被一些公司濫用。所謂“重大性”，有時標(biāo)準(zhǔn)是很難掌握的，但有一個標(biāo)準(zhǔn)就是“不能欺騙和誤導(dǎo)投資者，不能讓投資者基于此作出錯誤判斷”。如美國在線沒有披露廣告收入的下降，盡管只占全部收入的一小部分，但已經(jīng)影響了投資者對于美國在線的預(yù)期。

三、美國上市公司舞弊案之啟示

從美國上市公司眾多舞弊案例可以看出，美國雖然屬于各項機(jī)制相對健全國家，但仍然不能完全防范上市公司的舞弊，一方面因為舞弊手法的高明和隱蔽，另一方面還由于現(xiàn)代會計核算的復(fù)雜性為舞弊的發(fā)生提供了空間。我國德隆舞弊案也屬于高技術(shù)含量的舞弊犯罪，其舞弊手法運(yùn)用了關(guān)聯(lián)企業(yè)擔(dān)保、交易等復(fù)雜方式。外部審計機(jī)構(gòu)在千頭萬緒的賬目中很難理出頭緒，有時很容易被企業(yè)的一面之詞所蒙蔽。

無論是國外還是國內(nèi)的上市公司，舞弊的動機(jī)概莫能外的都是出于股價和利益的誘惑。舞弊的動因主要有目標(biāo)激進(jìn)、盲目擴(kuò)張、上市保殼和圈錢謀利等。如果企業(yè)在發(fā)展過程中習(xí)慣確立不切實際的目標(biāo)，在無法實現(xiàn)時便會傾向采取操縱財務(wù)報告，粉飾財務(wù)指標(biāo)的方式來“實現(xiàn)目標(biāo)”。所以，企業(yè)的發(fā)展要循序漸進(jìn)，多在經(jīng)營“業(yè)務(wù)”上下功夫，少在經(jīng)營“財務(wù)”上花心思，通過財務(wù)舞弊尋找發(fā)展“捷徑”找到的只能是一條最遠(yuǎn)的路。

第四篇：實驗一 典型環(huán)節(jié)的模擬研究

實驗一典型環(huán)節(jié)的模擬研究

一、實驗?zāi)康?/p>

1.熟悉THBDC-1型控制理論實驗平臺及“THBDC-1”軟件的使用； 2.熟悉各典型環(huán)節(jié)的階躍響應(yīng)特性及其電路模擬；

3.測量各典型環(huán)節(jié)的階躍響應(yīng)曲線，并了解參數(shù)變化對其動態(tài)特性的影響。

二、實驗設(shè)備

1.THBDC-1型控制理論實驗平臺；

2.PC機(jī)一臺(含“THBDC-1”軟件)、USB數(shù)據(jù)采集卡、37針通信線1根、16芯數(shù)據(jù)排線、USB接口線；

三、實驗內(nèi)容

1.設(shè)計并組建各典型環(huán)節(jié)的模擬電路；

2.測量各典型環(huán)節(jié)的階躍響應(yīng)，并研究參數(shù)變化對其輸出響應(yīng)的影響；

四、實驗原理

自控系統(tǒng)是由比例、積分、微分、慣性等環(huán)節(jié)按一定的關(guān)系組建而成。熟悉這些典型環(huán)節(jié)的結(jié)構(gòu)及其對階躍輸入的響應(yīng)，將對系統(tǒng)的設(shè)計和分析十分有益。

本實驗中的典型環(huán)節(jié)都是以運(yùn)放為核心元件構(gòu)成，其原理框圖 如圖1-1所示。圖中Z1和Z2表示由R、C構(gòu)成的復(fù)數(shù)阻抗。

1.比例（P）環(huán)節(jié)

比例環(huán)節(jié)的特點是輸出不失真、不延遲、成比例地復(fù)現(xiàn)輸出信號的變化。圖1-1 它的傳遞函數(shù)與方框圖分別為：

U(S)G(S)?O?K

Ui(S)

2.積分（I）環(huán)節(jié)圖1-2

積分環(huán)節(jié)的輸出量與其輸入量對時間的積分成正比。它的傳遞函數(shù)與方框圖分別為：

U(S)1 G(s)?O?Ui(S)Ts

設(shè)Ui(S)為一單位階躍信號，當(dāng)積分系數(shù)為T時的響應(yīng)曲線如圖1-3所示。

圖1-3

當(dāng)Ui(S)輸入端輸入一個單位階躍信號，且比例系數(shù)為K時的響應(yīng)曲線如圖1-2所示。3.比例積分(PI)環(huán)節(jié)

比例積分環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)與方框圖分別為：

G(s)?UO(S)R2CS?1R21R21????(1?)Ui(S)R1CSR1R1CSR1R2CS其中T=R2C，K=R2/R1

設(shè)Ui(S)為一單位階躍信號，圖1-4示出了比例系數(shù)(K)為

1、積分系數(shù)為T時的PI輸出響應(yīng)曲線。

圖1-4 4.比例微分(PD)環(huán)節(jié)

比例微分環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)與方框圖分別為：

G(s)?K(1?TS)?R2(1?R1CS)其中K?R2/R1,TD?R1C R1

設(shè)Ui(S)為一單位階躍信號，圖1-5示出了比例系數(shù)(K)為

2、微分系數(shù)為TD時PD的輸出響應(yīng)曲線。

圖1-5

5.比例積分微分(PID)環(huán)節(jié)

比例積分微分(PID)環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)與方框圖分別為：

1G(s)?Kp??TDS

TIS其中Kp?R1C1?R2C2，TI?R1C2，TD?R2C1

R1C2(R2C2S?1)(R1C1S?1)

R1C2SRC?R1C11?22??R2C1S

R1C2R1C2S?設(shè)Ui(S)為一單位階躍信號，圖1-6示出了比例系數(shù)(K)為

1、微分系數(shù)為TD、積分系數(shù)為TI時PID的輸出。

圖1-6 6.慣性環(huán)節(jié)

慣性環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)與方框圖分別為：

G(s)?UO(S)K?Ui(S)TS?1當(dāng)Ui(S)輸入端輸入一個單位階躍信號，且放大系數(shù)(K)為

1、時間常數(shù)為T時響應(yīng)曲 線如圖1-7所示。

圖1-7

五、實驗步驟

1.比例（P）環(huán)節(jié)

根據(jù)比例環(huán)節(jié)的方框圖，選擇實驗臺上的通用電路單元(U12、U6)設(shè)計并組建相應(yīng)的模擬電路，如下圖所示。

R2R0R0uiR1-++-++uo圖中后一個單元為反相器，其中R0=200K。

電路中的參數(shù)取：R1=100K，R2=100K時，比例系數(shù)K=1。電路中的參數(shù)取：R1=100K，R2=200K時，比例系數(shù)K=2。

當(dāng)ui為一單位階躍信號時，用“THBDC-1”軟件觀測(選擇“通道1-2”，其中通道AD1接電路的輸出uO；通道AD2接電路的輸入ui)并記錄相應(yīng)K值時的實驗曲線，并與理論值進(jìn)行比較。

另外R2還可使用可變電位器，以實現(xiàn)比例系數(shù)為任意設(shè)定值。

注：①實驗中注意“鎖零按鈕”和“階躍按鍵”的使用，實驗時應(yīng)先彈出“鎖零按鈕”，然后按下“階躍按鍵”。具體請參考附錄“硬件的組成及使用”相關(guān)部分。

②為了更好的觀測實驗曲線，實驗時可適當(dāng)調(diào)節(jié)軟件上的分頻系數(shù)(一般調(diào)至刻度2)和選擇“”按鈕(時基自動)，以下實驗相同。

2.積分（I）環(huán)節(jié)

根據(jù)積分環(huán)節(jié)的方框圖，選擇實驗臺上的通用電路單元(U12、U6)設(shè)計并組建相應(yīng)的模擬電路，如下圖所示。

圖中后一個單元為反相器，其中R0=200K。

電路中的參數(shù)取：R=100K，C=10uF(T=RC=100K×10uF=1)時，積分時間常數(shù)T=1S； 電路中的參數(shù)取：R=100K，C=1uF(T=RC=100K×1uF=0.1)時，積分時間常數(shù)T=0.1S； 當(dāng)ui為單位階躍信號時，用“THBDC-1”軟件觀測并記錄相應(yīng)T值時的輸出響應(yīng)曲線，并與理論值進(jìn)行比較。

注：由于實驗電路中有積分環(huán)節(jié)，實驗前一定要用“鎖零單元”對積分電容進(jìn)行鎖零。3.比例積分(PI)環(huán)節(jié)

根據(jù)比例積分環(huán)節(jié)的方框圖，選擇實驗臺上的通用電路單元(U12、U6)設(shè)計并組建相應(yīng)的模擬電路，如下圖所示。

圖中后一個單元為反相器，其中R0=200K。

電路中的參數(shù)取：R1=100K，R2=100K，C=10uF(K= R2/ R1=1,T=R2C=100K×10uF=1S)時，比例系數(shù)K=

1、積分時間常數(shù)T=1S；

電路中的參數(shù)取：R1=100K，R2=100K，C=1uF(K= R2/ R1=1,T=R2C=100K×1uF=0.1S)時，比例系數(shù)K=

1、積分時間常數(shù)T=0.1S。

注：通過改變R2、R1、C的值可改變比例積分環(huán)節(jié)的放大系數(shù)K和積分時間常數(shù)T。當(dāng)ui為單位階躍信號時，用“THBDC-1”軟件觀測并記錄不同K及T值時的實驗曲線，并與理論值進(jìn)行比較。

4.比例微分(PD)環(huán)節(jié)

根據(jù)比例微分環(huán)節(jié)的方框圖，選擇實驗臺上的通用電路單元(U12、U6)設(shè)計并組建其模擬電路，如下圖所示。

圖中后一個單元為反相器，其中R0=200K。

電路中的參數(shù)取：R1=100K，R2=100K，C=1uF(K= R2/ R1=1,T=R1C=100K×1uF=0.1S)時，比例系數(shù)K=

1、微分時間常數(shù)T=0.1S；

電路中的參數(shù)取：R1=100K，R2=100K，C=10uF(K= R2/ R1=1,T=R1C=100K×10uF=1S)時，比例系數(shù)K=

1、微分時間常數(shù)T=1S；

當(dāng)ui為一單位階躍信號時，用“THBDC-1”軟件觀測(選擇“通道3-4”，其中通道AD

3CR0R0uiR-++-++uo接電路的輸出uO；通道AD4接電路的輸入ui)并記錄不同K及T值時的實驗曲線，并與理論值進(jìn)行比較。

注：在本實驗中“THBDC-1”軟件的采集頻率設(shè)置為150K，采樣通道最好選擇“通道3-4(有跟隨器，帶負(fù)載能力較強(qiáng))”

5.比例積分微分(PID)環(huán)節(jié)

根據(jù)比例積分微分環(huán)節(jié)的方框圖，選擇實驗臺上的通用電路單元(U12、U6)設(shè)計并組建其相應(yīng)的模擬電路，如下圖

圖中后一個單元為反相器，其中R0=200K。

電路中的參數(shù)取：R1=100K，R2=100K，C1=1uF、C2=1uF(K=(R1 C1+ R2 C2)/ R1 C2=2,TI=R1C2=100K×1uF=0.1S，TD=R2C1=100K×1uF=0.1S)時，比例系數(shù)K=

2、積分時間常數(shù)TI =0.1S、微分時間常數(shù)TD =0.1S；

電路中的參數(shù)取：R1=100K，R2=100K，C1=1uF、C2=10uF(K=(R1 C1+ R2 C2)/ R1 C2=1.1,TI=R1C2=100K×10uF=1S，TD=R2C1=100K×1uF=0.1S)時，比例系數(shù)K=1.1、積分時間常數(shù)TI =1S、微分時間常數(shù)TD =0.1S；

當(dāng)ui為一單位階躍信號時，用“THBDC-1”軟件觀測(選擇“通道3-4”，其中通道AD3接電路的輸出uO；通道AD4接電路的輸入ui)并記錄不同K、TI、TD值時的實驗曲線，并與理論值進(jìn)行比較。

注：在本實驗中“THBDC-1”軟件的采集頻率設(shè)置為150K，采樣通道最好選擇“通道3-4(有跟隨器，帶負(fù)載能力較強(qiáng))”

6.慣性環(huán)節(jié)

根據(jù)慣性環(huán)節(jié)的方框圖，選擇實驗臺上的通用電路單元(U12、U6)設(shè)計并組建其相應(yīng)的模擬電路，如下圖所示。

圖中后一個單元為反相器，其中R0=200K。

電路中的參數(shù)取：R1=100K，R2=100K，C=10uF(K= R2/ R1=1,T=R2C=100K×10uF=1)時，比例系數(shù)K=

1、時間常數(shù)T=1S。

電路中的參數(shù)取：R1=100K，R2=100K，C=1uF(K= R2/ R1=1,T=R2C=100K×1uF=0.1)時，比例系數(shù)K=

1、時間常數(shù)T=0.1S。

通過改變R2、R1、C的值可改變慣性環(huán)節(jié)的放大系數(shù)K和時間常數(shù)T。

當(dāng)ui為一單位階躍信號時，用“THBDC-1”軟件觀測并記錄不同K及T值時的實驗曲線，并與理論值進(jìn)行比較。

7.根據(jù)實驗時存儲的波形及記錄的實驗數(shù)據(jù)完成實驗報告。

六、實驗報告要求

所示。1.畫出各典型環(huán)節(jié)的實驗電路圖，并注明參數(shù)。2.寫出各典型環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)。

3.根據(jù)測得的典型環(huán)節(jié)單位階躍響應(yīng)曲線，分析參數(shù)變化對動態(tài)特性的影響。

七、實驗思考題

1.用運(yùn)放模擬典型環(huán)節(jié)時，其傳遞函數(shù)是在什么假設(shè)條件下近似導(dǎo)出的？

2.積分環(huán)節(jié)和慣性環(huán)節(jié)主要差別是什么？在什么條件下，慣性環(huán)節(jié)可以近似地視為積分環(huán)節(jié)？而又在什么條件下，慣性環(huán)節(jié)可以近似地視為比例環(huán)節(jié)？

3.在積分環(huán)節(jié)和慣性環(huán)節(jié)實驗中，如何根據(jù)單位階躍響應(yīng)曲線的波形，確定積分環(huán)節(jié)和慣性環(huán)節(jié)的時間常數(shù)？

4.為什么實驗中實際曲線與理論曲線有一定誤差？

5、為什么PD實驗在穩(wěn)定狀態(tài)時曲線有小范圍的振蕩？

實驗二二階系統(tǒng)的時域響應(yīng)

一、實驗?zāi)康?/p>

1.通過實驗了解參數(shù)?(阻尼比)、?n(阻尼自然頻率)的變化對二階系統(tǒng)動態(tài)性能的影響； 2.掌握二階系統(tǒng)動態(tài)性能的測試方法。

二、實驗設(shè)備 同實驗一。

三、實驗內(nèi)容

?=1和?>1三種情況下的單位階躍響應(yīng)曲線； 1.觀測二階系統(tǒng)的阻尼比分別在0

3.?為一定時，觀測系統(tǒng)在不同?n時的響應(yīng)曲線。

四、實驗原理

1.二階系統(tǒng)的瞬態(tài)響應(yīng)

用二階常微分方程描述的系統(tǒng)，稱為二階系統(tǒng)，其標(biāo)準(zhǔn)形式的閉環(huán)傳遞函數(shù)為

2?nC(S)

(2.1)?22R(S)S?2??nS??n2閉環(huán)特征方程：S2?2??n??n?0

其解S1,2????n??n??1，針對不同的?值，特征根會出現(xiàn)下列三種情況： 1）0

此時，系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)呈振蕩衰減形式，其曲線如圖2-1的(a)所示。它的數(shù)學(xué)表達(dá)式為：

C(t)?1?11??2e???ntSin(?dt??)2式中?d??n1??，??tg?11??2?。

2）??1（臨界阻尼）S1,2???n

此時，系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)是一條單調(diào)上升的指數(shù)曲線，如圖2-1中的(b)所示。3）??1（過阻尼），S1,2????n??n??1

此時系統(tǒng)有二個相異實根，它的單位階躍響應(yīng)曲線如圖2-1的(c)所示。

(a)欠阻尼(0

(c)過阻尼(??1)

圖2-1 二階系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)曲線

雖然當(dāng)?=1或?>1時，系統(tǒng)的階躍響應(yīng)無超調(diào)產(chǎn)生，但這種響應(yīng)的動態(tài)過程太緩慢，故控制工程上常采用欠阻尼的二階系統(tǒng)，一般取?=0.6~0.7，此時系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)過程不僅快速，而且超調(diào)量也小。

2.二階系統(tǒng)的典型結(jié)構(gòu)

典型的二階系統(tǒng)結(jié)構(gòu)方框圖如圖2-2，模擬電路圖如圖2-3所示。

圖2-2 二階系統(tǒng)的方框圖

圖2-3 二階系統(tǒng)的模擬電路圖（電路參考單元為：U7、U9、U11、U6）

圖2-3中最后一個單元為反相器。由圖2-3可得其開環(huán)傳遞函數(shù)為：

G(s)?RXkK，其中：K?1，k1?(T1?RXC，T2?RC)

RS(T1S?1)T2KT1其閉環(huán)傳遞函數(shù)為：W(S)?

1KS2?S?T1T1與式2.1相比較，可得

?n?k111?，??T1T2RC2T2R? k1T12RX

五、實驗步驟

根據(jù)圖2-3，選擇實驗臺上的通用電路單元設(shè)計并組建模擬電路。1.?n值一定時，圖2-3中取C=1uF，R=100K(此時?n?10)，Rx阻值可調(diào)范圍為0～470K。系統(tǒng)輸入一單位階躍信號，在下列幾種情況下，用“THBDC-1”軟件觀測并記錄不同?值時的實驗曲線。

1）當(dāng)可調(diào)電位器RX=250K時，?=0.2，系統(tǒng)處于欠阻尼狀態(tài)； 2）若可調(diào)電位器RX=70.7K時，?=0.707，系統(tǒng)處于欠阻尼狀態(tài)； 3）若可調(diào)電位器RX=50K時，?=1，系統(tǒng)處于臨界阻尼狀態(tài)； 4）若可調(diào)電位器RX=25K時，?=2，系統(tǒng)處于過阻尼狀態(tài)。

2.?值一定時，圖2-4中取R=100K，RX=250K(此時?=0.2)。系統(tǒng)輸入一單位階躍信號，在下列幾種情況下，用“THBDC-1”軟件觀測并記錄不同?n值時的實驗曲線。

1）若取C=10uF時，?n?1；

2）若取C=0.1uF（將U7、U9電路單元改為U10、U13）時，?n?100。

注：由于實驗電路中有積分環(huán)節(jié)，實驗前一定要用“鎖零單元”對積分電容進(jìn)行鎖零。

六、實驗報告要求

1.畫出二階系統(tǒng)線性定常系統(tǒng)的實驗電路，并寫出閉環(huán)傳遞函數(shù)，表明電路中的各參數(shù)； 2.根據(jù)測得系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)曲線，分析開環(huán)增益K和時間常數(shù)T對系統(tǒng)的動態(tài)性能的影響。

七、實驗思考題

1.如果階躍輸入信號的幅值過大，會在實驗中產(chǎn)生什么后果？ 2.在電路模擬系統(tǒng)中，如何實現(xiàn)負(fù)反饋和單位負(fù)反饋？ 3.為什么本實驗中二階系統(tǒng)對階躍輸入信號的穩(wěn)態(tài)誤差為零？

實驗三高階系統(tǒng)的瞬態(tài)響應(yīng)和穩(wěn)定性分析（設(shè)計性實驗）

一、實驗?zāi)康?/p>

1.通過實驗，進(jìn)一步理解線性系統(tǒng)的穩(wěn)定性僅取決于系統(tǒng)本身的結(jié)構(gòu)和參數(shù)，它與外作用及初始條件均無關(guān)的特性；

2.研究系統(tǒng)的開環(huán)增益K或其它參數(shù)的變化對閉環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響。

二、實驗設(shè)備 同實驗一。

三、實驗內(nèi)容

觀測三階系統(tǒng)的開環(huán)增益K為不同數(shù)值時的階躍響應(yīng)曲線； 研究三階系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

四、實驗原理

三階及三階以上的系統(tǒng)統(tǒng)稱為高階系統(tǒng)。一個高階系統(tǒng)的瞬態(tài)響應(yīng)是由一階和二階系統(tǒng)的瞬態(tài)響應(yīng)組成。控制系統(tǒng)能投入實際應(yīng)用必須首先滿足穩(wěn)定的要求。線性系統(tǒng)穩(wěn)定的充要條件是其特征方程式的根全部位于S平面的左方。應(yīng)用勞斯判據(jù)就可以判別閉環(huán)特征方程式的根在S平面上的具體分布，從而確定系統(tǒng)是否穩(wěn)定。

本實驗是研究一個三階系統(tǒng)的穩(wěn)定性與其參數(shù)Ｋ對系統(tǒng)性能的關(guān)系。三階系統(tǒng)的方框圖和模擬電路圖如圖3-

1、圖3-2所示。

圖3-1 三階系統(tǒng)的方框圖

圖3-2 三階系統(tǒng)的模擬電路圖（電路參考單元為：U7、U8、U9、U11、U6）

圖3-1對應(yīng)的系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)為：

G(s)?K??

S(T1S?1)(T2S?1)S(0.1S?1)(0.5S?1)K1K2，K1?1，K2?K1K2式中?=1s，T1?0.1S，T2?0.5S，K??510（其中待定電阻RxRX的單位為KΩ），改變Rx的阻值，可改變系統(tǒng)的放大系數(shù)K。由開環(huán)傳遞函數(shù)得到系統(tǒng)的特征方程為

S3?12S2?20S?20K?0

由勞斯判據(jù)得

0

系統(tǒng)穩(wěn)定

a)不穩(wěn)定

b)臨界

c)穩(wěn)定 圖3-3三階系統(tǒng)在不同放大系數(shù)的單位階躍響應(yīng)曲線

五、實驗步驟

請自行提出實驗步驟，選擇實驗臺上的通用電路單元設(shè)計并組建相應(yīng)的模擬電路。（K值可參考取5，12，20等）。完成實驗報告，結(jié)合實驗提出相應(yīng)思考題。

K＝12

系統(tǒng)臨界穩(wěn)定 K>12

系統(tǒng)不穩(wěn)定

其三種狀態(tài)的不同響應(yīng)曲線如圖3-3的a)、b)、c)所示。實驗四線性定常系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差的研究

一、實驗?zāi)康?/p>

1.通過本實驗，理解系統(tǒng)的跟蹤誤差與其結(jié)構(gòu)、參數(shù)與輸入信號的形式、幅值大小之間的關(guān)系；

2.研究系統(tǒng)的開環(huán)增益K對穩(wěn)態(tài)誤差的影響。

二、實驗設(shè)備

同實驗一。

三、實驗內(nèi)容

1.觀測0型二階系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)和單位斜坡響應(yīng)，并實測它們的穩(wěn)態(tài)誤差； 2.觀測I型二階系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)和單位斜坡響應(yīng)，并實測它們的穩(wěn)態(tài)誤差； 3.觀測II型二階系統(tǒng)的單位斜坡響應(yīng)和單位拋物坡，并實測它們的穩(wěn)態(tài)誤差。

四、實驗原理

通常控制系統(tǒng)的方框圖如圖4-1所示。其中G(S)為系統(tǒng)前向通道的傳遞函數(shù)，H(S)為其反饋通道的傳遞函數(shù)。

圖4-1 由圖4-1求得

E(S)?1R(S)

1?G(S)H(S)

（4.1）

由上式可知，系統(tǒng)的誤差E(S)不僅與其結(jié)構(gòu)和參數(shù)有關(guān)，而且也與輸入信號R(S)的形式和大小有關(guān)。如果系統(tǒng)穩(wěn)定，且誤差的終值存在，則可用下列的終值定理求取系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差：

ess?limSE(S)

s?0

（4.2）

本實驗就是研究系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差與上述因素間的關(guān)系。下面敘述0型、I型、II型系統(tǒng)對三種不同輸入信號所產(chǎn)生的穩(wěn)態(tài)誤差ess。

1．0型二階系統(tǒng)

設(shè)0型二階系統(tǒng)的方框圖如圖4-2所示。根據(jù)式（4.2），可以計算出該系統(tǒng)對階躍和斜坡輸入時的穩(wěn)態(tài)誤差：

圖4-2 0型二階系統(tǒng)的1）單位階躍輸入（R(S)?方框圖

1）sess?limS?S?0(1?0.2S)(1?0.1S)11??

(1?0.2S)(1?0.1S)?2S32）單位斜坡輸入（R(S)?1）s2ess?limS?S?0(1?0.2S)(1?0.1S)1?2??

(1?0.2S)(1?0.1S)?2S上述結(jié)果表明0型系統(tǒng)只能跟蹤階躍輸入，但有穩(wěn)態(tài)誤差存在，其計算公式為：

ess?R0，其中Kp?limG(S)H(S)，R0為階躍信號的幅值。

S?01?KP其理論曲線如圖4-3(a)和圖4-3(b)所示。

圖4-3(a)

圖4-3(b)2．I型二階系統(tǒng)

設(shè)圖4-4為I型二階系統(tǒng)的方框圖。

圖4-4 1）單位階躍輸入

1S(1?0.1S)1E(S)?R(S)??

1?G(S)S(1?0.1S)?10Sess?limS?S?0S(1?0.1S)1??0

S(1?0.1S)?10S2）單位斜坡輸入

ess?limS?S?0S(1?0.1S)1?2?0.1

S(1?0.1S)?10S這表明I型系統(tǒng)的輸出信號完全能跟蹤階躍輸入信號，在穩(wěn)態(tài)時其誤差為零。對于單位斜坡信號輸入，該系統(tǒng)的輸出也能跟蹤輸入信號的變化，且在穩(wěn)態(tài)時兩者的速度相等（即ur?uo?1），但有位置誤差存在，其值為..VO，其中KV?limSG(S)H(S)，VO為斜坡

S?0KV信號對時間的變化率。其理論曲線如圖4-5(a)和圖4-5(b)所示。

圖4-5(a)

圖4-5(b)3．II型二階系統(tǒng)

設(shè)圖4-6為II型二階系統(tǒng)的方框圖。

圖4-6 II型二階系統(tǒng)的方框圖

同理可證明這種類型的系統(tǒng)輸出均無穩(wěn)態(tài)誤差地跟蹤單位階躍輸入和單位斜坡輸入。

當(dāng)輸入信號r(t)?121t，即R(S)?3時，其穩(wěn)態(tài)誤差為： 2SS21ess?limS?2?3?0.1

S?0S?10(1?0.47s)S當(dāng)單位拋物波輸入時II型二階系統(tǒng)的理論穩(wěn)態(tài)偏差曲線如圖4-7所示。

圖4-7 II型二階系統(tǒng)的拋物波穩(wěn)態(tài)誤差響應(yīng)曲線

五、實驗步驟

1.0型二階系統(tǒng)

根據(jù)0型二階系統(tǒng)的方框圖，選擇實驗臺上的通用電路單元設(shè)計并組建相應(yīng)的模擬電路，如下圖所示。

圖4-8 0型二階系統(tǒng)模擬電路圖（電路參考單元為：U7、U9、U11、U6）

當(dāng)輸入ur為一單位階躍信號時，用上位軟件觀測圖中e點并記錄其實驗曲線，并與理論偏差值進(jìn)行比較。

當(dāng)輸入ur為一單位斜坡信號時，用上位軟件觀測圖中e點并記錄其實驗曲線，并與理論偏差值進(jìn)行比較。

注：單位斜坡信號的產(chǎn)生最好通過一個積分環(huán)節(jié)(時間常數(shù)為1S)和一個反相器完成。2.Ｉ型二階系統(tǒng)

根據(jù)I型二階系統(tǒng)的方框圖，選擇實驗臺上的通用電路單元設(shè)計并組建相應(yīng)的模擬電路，如下圖所示。

圖4-9 Ｉ型二階系統(tǒng)模擬電路圖（電路參考單元為：U7、U9、U11、U6）當(dāng)輸入ur為一單位階躍信號時，用上位軟件觀測圖中e點并記錄其實驗曲線，并與理論偏差值進(jìn)行比較。

當(dāng)輸入ur為一單位斜坡信號時，用上位軟件觀測圖中e點并記錄其實驗曲線，并與理論偏差值進(jìn)行比較。

3.II型二階系統(tǒng)

根據(jù)II型二階系統(tǒng)的方框圖，選擇實驗臺上的通用電路單元設(shè)計并組建相應(yīng)的模擬電路，如下圖所示。

圖4-10 II型二階系統(tǒng)模擬電路圖（電路參考單元為：U7、U9、U10、U11、U6）當(dāng)輸入ur為一單位斜坡(或單位階躍)信號時，用上位軟件觀測圖中e點并記錄其實驗曲線，并與理論偏差值進(jìn)行比較。

當(dāng)輸入ur為一單位單位拋物波信號時，用上位軟件觀測圖中e點并記錄其實驗曲線，并與理論偏差值進(jìn)行比較。

注：①單位拋物波信號的產(chǎn)生最好通過兩個積分環(huán)節(jié)(時間常數(shù)均為1S)來構(gòu)造。②本實驗中不主張用示波器直接測量給定信號與響應(yīng)信號的曲線，因它們在時間上有一定的響應(yīng)誤差；

③在實驗中為了提高偏差e的響應(yīng)帶寬，可在二階系統(tǒng)中的第一個積分環(huán)節(jié)并一個510K的普通電阻。

六、實驗報告要求

1.畫出0型二階系統(tǒng)的方框圖和模擬電路圖，并由實驗測得系統(tǒng)在單位階躍和單位斜坡信號輸入時的穩(wěn)態(tài)誤差。

2.畫出Ⅰ型二階系統(tǒng)的方框圖和模擬電路圖，并由實驗測得系統(tǒng)在單位階躍和單位斜坡信號輸入時的穩(wěn)態(tài)誤差。

3.畫出Ⅱ型二階系統(tǒng)的方框圖和模擬電路圖，并由實驗測得系統(tǒng)在單位斜坡和單位拋物線函數(shù)作用下的穩(wěn)態(tài)誤差。

4.觀察由改變輸入階躍信號的幅值，斜坡信號的速度，對二階系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差的影響。并分析其產(chǎn)生的原因。

七、實驗思考題

1.為什么0型系統(tǒng)不能跟蹤斜坡輸入信號？ 2.為什么0型系統(tǒng)在階躍信號輸入時一定有誤差存在，決定誤差的因素有哪些？ 3.為使系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差減小，系統(tǒng)的開環(huán)增益應(yīng)取大些還是小些？

4.解釋系統(tǒng)的動態(tài)性能和穩(wěn)態(tài)精度對開環(huán)增益K的要求是相矛盾的，在控制工程中應(yīng)如何解決這對矛盾？

第五篇：基于典型相關(guān)分析和小波變換的眼電偽跡去除研究

生產(chǎn)實習(xí)課程論文

基于典型相關(guān)分析和小波變換的眼電偽跡去除研究

學(xué) 院（系）： 電子信息與電氣工程學(xué)部 專

業(yè)：

生物醫(yī)學(xué)工程

學(xué) 生 姓 名：

學(xué)

號：

指 導(dǎo) 教 師：

邱天爽

完 成 日 期：

2013.07.20

目 錄 緒論........................................................................................................................................1

1.1 腦電信號處理的意義...............................................................................................1 1.2 去除眼電偽跡方法的進(jìn)展.......................................................................................1

1.2.1 早期的人工處理............................................................................................1 1.2.2 現(xiàn)代的相關(guān)去噪算法....................................................................................1 1.3 wCCA算法的提出...................................................................................................2 2 wCCA算法..........................................................................................................................2

2.1 基于典型相關(guān)分析的盲源分離方法.......................................................................2 2.2 小波閾值去噪...........................................................................................................3 2.3 基于 wCCA 的盲源分離方法去除眼電偽跡........................................................3 3 程序說明................................................................................................................................4

3.1 算法流程圖...............................................................................................................4 3.2 相關(guān)matlab函數(shù)......................................................................................................4 3.3 相關(guān)參數(shù)描述...........................................................................................................4 4 實驗結(jié)果分析......................................................................................................................6

4.1 仿真結(jié)果...................................................................................................................6 4.2 數(shù)據(jù)比較分析...........................................................................................................7 結(jié)

論..................................................................................................錯誤！未定義書簽。

-II-基于典型相關(guān)分析和小波變換的眼電偽跡去除研究 緒論

1.1 腦電信號處理的意義

腦電活動首次于1924年被德國精神教授測量并定名為EEG。EEG信號作為一種直接反應(yīng)大腦內(nèi)部狀態(tài)的生物電信號，其中蘊(yùn)含了大量的心理、生理和病理信息。目前被廣泛運(yùn)用于神經(jīng)心理學(xué)、大腦意識及認(rèn)知、腦部疾病的診治、腦機(jī)接口等諸多研究領(lǐng)域中。

與EEG信號研究緊密關(guān)系的另一種典型技術(shù)為腦機(jī)接口技術(shù)BCI，BCI可以完全不依賴于外圍神經(jīng)核肌肉的參與，直接實現(xiàn)人與計算機(jī)之間或外部環(huán)境之間的通信。BCI一般可以分為以自發(fā)腦電信號的BCI系統(tǒng)和使用命令的轉(zhuǎn)換算法。BCI系統(tǒng)可以使有運(yùn)動障礙的人通過EEG信號來與外界進(jìn)行交流。提高BCI系統(tǒng)有效性的另一個重要手段就是提高采集到的微弱的EEG信號的信噪比。腦電信號一般通過放置于大腦頭皮的電極進(jìn)行采集，但是實際采集到的腦電信號非常微弱，只有微伏極。由于腦電信號是一種易變的非平穩(wěn)信號，其在采集過程當(dāng)中，會不可避免地混入非腦神經(jīng)組織產(chǎn)生的各種偽跡信號，如眼電（眨眼或眼動），它的幅度比腦電信號大好幾倍，所以如何對腦電信號進(jìn)行預(yù)處理、去除各種偽跡成分，并從中提取出有效的腦電信號成分，是各國研究者關(guān)注的重要問題，具有重大的理論和實踐意義。

1.2 去除眼電偽跡方法的進(jìn)展

1.2.1 早期的人工處理

在早期，意思和研究者通過實驗控制來處理無關(guān)的電生理偽跡成分，比如讓患者和被試者避免或者減少眨眼、眼動、吞咽以及四肢運(yùn)動等，這樣會添加附加的實驗任務(wù)，并且不易于控制，如當(dāng)患者或被試者為兒童時，比較難以控制，因而會影響實驗效果。

一般情況下，EEG信號偽跡去除的通用方法是去除含有偽跡成分的EEG信號【片斷。比如，識別眼電偽跡（主要包括眨眼和眼動偽跡），通常通過檢測眼電導(dǎo)聯(lián)記錄的電平超過一定的固定閾值，其他的偽跡成分或干擾的檢測可以通過人工標(biāo)記并去除，去除含有偽跡成分的EEG片斷必然會引起有效的EEG信號成分的大量損失。比如識別人物當(dāng)中的眨眼可能就是識別任務(wù)的一種反應(yīng)，若剔除就可能導(dǎo)致重要信息的丟失，另外，對于一些病人來說，剔除被污染的腦電數(shù)據(jù)就意味著病情的漏診。

1.2.2 現(xiàn)代的相關(guān)去噪算法

自適應(yīng)濾波法。自適應(yīng)濾波器可以自動調(diào)節(jié)參數(shù)，在設(shè)計時無需任何關(guān)于信號和噪聲的先驗統(tǒng)計知識，在信號和噪聲的先驗知識未知的情況下，可以采用自適應(yīng)濾波方法來去除噪聲。

–1– 基于典型相關(guān)分析和小波變換的眼電偽跡去除研究

小波變換方法是20世紀(jì)80年代中期發(fā)展起來的一種時域分析方法。傳統(tǒng)的傅里葉分析方法在處理平穩(wěn)信號方面具有顯著優(yōu)勢，經(jīng)過其變換的信號具有最大的頻率分辨率，但是不具備時空定位信息，而小波變換由于其窗口可以根據(jù)頻率分辨率的高低的而進(jìn)行自適應(yīng)調(diào)節(jié)，從而具有多分辨特性，小波變換在低頻部分具有較高的頻率分辨率和較低時間分辨率。而在高頻部分具有較高的時間分辨率和較低的頻率分辨率，這種多尺度特性適合于分析生物醫(yī)學(xué)信號等非平穩(wěn)信號。

盲源分離是信號處理領(lǐng)域一個新的研究熱點，它嘗試在源信號和傳輸系統(tǒng)特性均未知的情況下對混合信號進(jìn)行分離。盲源分離法將偽跡成分和EEG信號分解成不同的源信號成分，通過將與偽跡有關(guān)的源信號成分置零，可以得到去除偽跡后的信號。盲源分離問題可以采用許多不同的算法以及原則來估計源信號成分，通常采用基于二階統(tǒng)計量和高階統(tǒng)計量的方法來實現(xiàn)盲源分離。

1.3 wCCA算法的提出

針對腦電信號中眼電偽跡去除尚存在的問題，提出一種基于典型相關(guān)分析與小波變換的(wavelet-enhanced canonical correlation analysis, wCCA)自動去除眼電偽跡的算法。

首先，充分利用腦電信號和眼電偽跡的空間分布特征，將基于典型相關(guān)分析的盲源分離算法以一種全新的方式應(yīng)用于混合信號中，從而保證典型相關(guān)分析分解得到的第一個典型相關(guān)變量（即左右腦區(qū)之間的最公共成分），就是與眼電偽跡相關(guān)的分量。其次為了恢復(fù)泄漏在該偽跡分量中的腦電成分，對偽跡分量進(jìn)行小波閾值去噪，僅將小波系數(shù)高于某一閾值的分量置零。與其他三種基于盲源分離去除眼電偽跡的方法相比較，該方法在有效地自動去除眼電偽跡的同時，很好地保留了潛在的腦電信號。wCCA算法

2.1 基于典型相關(guān)分析的盲源分離方法

討論相關(guān)關(guān)系常用的一種方法是討論第一組每個變量和第二組中每個變量的相關(guān)，得到pq個相關(guān)系數(shù)，用這些相關(guān)系數(shù)反映兩組變量的關(guān)系。但這樣做是不夠的，既繁瑣，又抓不住要領(lǐng)。另外一種方法類似于主分量分析，對每組變量做一個線性組合，稱其為這組變量的綜合變量，然后研究兩組綜合變量的相關(guān)，通過少數(shù)幾個綜合變量來反映兩組變量的相關(guān)性質(zhì)，這樣可以抓住它們的主要關(guān)系，而且又簡明。因此典型相關(guān)分析揭示了兩組變量之間的內(nèi)在關(guān)系，更深刻的反映了這兩組隨機(jī)變量之間的線性相關(guān)情況。綜合變量對間的相關(guān)強(qiáng)弱程度不同，就形成了不同的典型相關(guān)對.在實際中，往往只需重點研究相關(guān)關(guān)系較大的幾對典型變量，因為它們反映了兩組變量間相互關(guān)系的絕大部分信息。這就是典型相關(guān)分析的主要思想。

–2– 基于典型相關(guān)分析和小波變換的眼電偽跡去除研究

假設(shè)X和Y是兩組觀測信號。典型相關(guān)分析尋找X和Y的線性組合,即：

u ?wx?...?wx?wTXx11xkkxv?wy1y1?...?wykyk?wTyY使得產(chǎn)生的新變量u和v之間的相關(guān)程度最大。

2.2 小波閾值去噪

典型相關(guān)分析分解出的偽跡分量中還含有少量的高頻腦電成分，若將該分量完全置零可能會造成感興趣腦電成分的損失，故需要進(jìn)一步恢復(fù)泄漏在偽跡分量中的腦電成分。小波閾值去噪是同時基于時空域和頻率的去噪方法。經(jīng)過CCA 分解得到的偽跡分量中，眼電成分的能量在小波域集中在一些大的小波系數(shù)中，而腦電成分的能量卻分布于整個小波域內(nèi)。因此經(jīng)過小波分解后，偽跡成分的小波系數(shù)幅值要大于腦電成分的小波系數(shù)幅值。對偽跡分量進(jìn)行小波閾值去噪，將小波系數(shù)高于某一閾值的分量置零，這樣可以把大部分腦電成分對應(yīng)的小波系數(shù)保留，而將偽跡成分系數(shù)置零。

2.3 基于 wCCA 的盲源分離方法去除眼電偽跡

由電極采集到的腦電信號是由不同來源的腦電和偽跡疊加而成的。不同的腦電信號在頭皮上分布的區(qū)域是不同的，不同腦區(qū)采集到的腦電信號是不同的。另一方面，由于大腦是電的良導(dǎo)體，眼電信號從前額處后向傳播，遍歷整個頭部。充分利用腦電信號和眼電偽跡空間分布特點的不同，本文將CCA 算法以一種全新的方式應(yīng)用于混合信號中，令X(t)為左側(cè)腦區(qū)的腦電信號，Y(t)為右側(cè)腦區(qū)的腦電信號。同時將垂直眼電信號分別加入到X(t)和Y(t)中，來提高得到的第一個典型相關(guān)變量中偽跡成分的百分比。CCA 分解得到的第一對典型相關(guān)變量之間的相關(guān)性最大，故該分量可以認(rèn)為是X(t)和Y(t)之間最公共成分，即左右腦區(qū)之間最公共成分。而該成分是由與偽跡相關(guān)及少量高頻腦電成分構(gòu)成的。借助于這種方式的CCA，巧妙的回避了基于盲源分離方法中面臨的偽跡成分人工識別的問題。當(dāng)然若將該偽跡分量全部置零再重構(gòu)的話，會造成其中腦電成分的損失。為此，可利用小波閾值去噪來去除該偽跡分量中眼電成分，保留腦電成分。

–3– 基于典型相關(guān)分析和小波變換的眼電偽跡去除研究 程序說明

3.1 算法流程圖

3.2 相關(guān)matlab函數(shù)

本程序主要用的的函數(shù)有waverec 小波重構(gòu)函數(shù)、wavedec小波分解函數(shù)、appcoef 低頻分量（尺度系數(shù)）提取函數(shù)、detcoef高頻分量（小波系數(shù)）提取函數(shù)

3.3 相關(guān)參數(shù)描述

X1--------------------------將FP1、F3、C3、O1、垂直眼電信號組合作為一路5×1000 Y1------------------------將FP2、F4、C4、O2、垂直眼電信號組合作為一路5×1000 A、B----------------------分別為X1與Y1每一行的均值為5×1的矩陣 X、Y-----------------------經(jīng)中心化處理的X1和Y1信號 WX、Wy----------------------由CAA算法處理得到的特征向量 u1、v1----------------------由典型相關(guān)向量得到的典型相關(guān)變量

C1、C2、L1、L2--------------由小波分解得到的小波解向量和相應(yīng)的記錄長度 cA5 c1A5--------------------u v 的尺度系數(shù)（由函數(shù)appcoef得到的低頻分量）

–4– 基于典型相關(guān)分析和小波變換的眼電偽跡去除研究

cD1、cD2、cD3、cD4、cD5、c1D1、c1D2、c1D3、c1D4、c1D5----------------------------由detcoef得到的u、v各層小波系數(shù) k1~k6、p1~p6----------------各個低頻閾值和高頻閾值 U、V-----------------------經(jīng)小波重構(gòu)得到的信號

x1、y1-----------------------別對兩路信號中的第一行處理后得到的信號

–5– 基于典型相關(guān)分析和小波變換的眼電偽跡去除研究 實驗結(jié)果分析

4.1 仿真結(jié)果

FP1與FP2兩路信號的處理前后結(jié)果對比圖

5000-***0FP1電極處處理前信號10005000-***0FP2電極處處理前信號1000500500wCCA0-***0FP1電極處處理后信號1000wCCA0-***0FP2電極處處理后信號1000

F3與F4兩路信號的處理前后結(jié)果對比圖

5000-5000500F3電極處處理前信號10005000-5000500F4電極處處理前信號1000500500wCCA0-5000

wCCA500F3電極處處理后信號10000-5000500F4電極處處理后信號1000

–6– 基于典型相關(guān)分析和小波變換的眼電偽跡去除研究

C3與C4兩路信號的處理前后結(jié)果對比圖

5000-***0C3電極處處理前信號10005000-***0C4電極處處理前信號1000500wCCA500wCCA0-***0C3電極處處理后信號10000-***0C4電極處處理后信號1000

O1與O2兩路信號的處理前后結(jié)果對比圖

50050000-***0O1電極處處理前信號1000-***0O2電極處處理前信號1000500500wCCA0wCCA0200400600800O1電極處處理后信號10000-500-***0O2電極處處理后信號1000

4.2 數(shù)據(jù)比較分析

由實驗結(jié)果截圖可以看出，本次的實驗程序基本上解決了腦電信號中眼電偽跡的去除工作，不同部位電極處的信噪比不同，可知不同部位的去除效果不一樣，這可能和眼電傳到不同部位的時間和距離有關(guān)，與眼電的空間分布特性和傳輸有關(guān)，F(xiàn)P1與FP2處的處理效果不是很好，主要和前額兩處電極受眼電干擾大的原因有關(guān)，O1和O2處受眼電影響較小，這點由圖可以看出來，可能是因為這兩點和眼電產(chǎn)生部位的距離有關(guān)，從圖中看不出來對這兩個部位的處理效果，但是實驗處理前后的數(shù)據(jù)是有變化的，所以說即使不能肉眼觀察出來這兩處的處理效果，但是實驗數(shù)據(jù)能說明該算法還是對這兩點起到了去偽跡的效果。

–7– 基于典型相關(guān)分析和小波變換的眼電偽跡去除研究

反思與討論

在評價眼電偽跡去除效果的時候，需要綜合考慮兩個方面的目標(biāo)：（1）考慮眼電偽跡去除的干凈程度，即是否將眼電偽跡去除徹底；（2）考慮腦電信號的損失程度，即是否在去除眼電偽跡的同時也破壞了感興趣的腦電信號。這樣才能科學(xué)地評價一個偽跡去除算法的好壞。我們在這方面的研究與比較還有所欠缺

參考文獻(xiàn)

典型相關(guān)分析算法理論及其在模式分類中的應(yīng)用：西安電子科技大學(xué) 趙峰 2005.01 基于典型相關(guān)分析和小波變換的眼電偽跡去除：大連理工大學(xué) 邱天爽 實時腦電信號眼電偽差去除方法的研究：西安交通大學(xué)學(xué)報 2004.12 基于腦電的腦_機(jī)接口_關(guān)鍵技術(shù)和應(yīng)用前景：電子科技大學(xué)學(xué)報 2009.05 《MATLAB 小波分析》---機(jī)械工程出版社

腦電信號中眼電偽跡去除方法研究：電子科技大學(xué) 劉鐵軍 2008.12

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