无线传感器网络及关键技术综述

无线传感器网络是当前通信和计算机领域研究的热点之一,具有十分广阔的应用前景。文章阐述了无线传感器网络的概念、体系结构和特点,对传感器网络的一些关键技术进行了介绍,最后给出了无线传感器网络的应用研究现状和发展方向。     

无线传感器网络节点调度算法及研究进展

随着无线网络技术的发展,无线传感器网络近年来引起了广泛的关注。该网络由大量具有有限感知能力和传输能力的节点组成。受节点自身能量的制约,如何能源有效的利用节点使得尽可能的延长网络工作时间成为了无线传感器网络设计的重中之重。针对无线传感器网络设计能源有效的节点调度算法可以完成这一目标。本文从技术角度给出了研究节点调度算法的意义,对现有的节点调度算法进行了分类、分析和比较。最后给出未来需要解决的若干个问题,相信会推动该领域的工作人员展开进一步的探索和研究。     

采用无线传感器网络技术的新型无线报警网络

本文提出一种采用无线传感器网络技术的新型无线报警网络,通过设计报警网络的节点,制定数据路由算法,完成防灾报警功能。同有线报警相比,无线报警具有安装方便,无需大量布线,不损坏室内装潢,安全、价廉,网络冗余度高和误报率低的特点。     

基于ZigBee的无线传感器网络

提出一种基于Z igBee技术的无线传感器网络,该网络采用星型网络拓扑结构。为了降低每个传感器节点的功耗,同时延长传感器节点的寿命,采用STOP模式。在此模式下,传感器节点在低功率监测信道和定时周期性唤醒机制下工作,同时循环冗余校验CRC机制和加密算法的加入,更好地增加了系统的可靠性及安全性。     

无线传感器网络的容错拓扑控制技术

为了延长无线传感器网络的生命周期,进行了无线传感器网络中拓扑控制策略的探索性研究,提出了容错拓扑控制算法(Fault Tolerant Topology Control Algorithm,FTTC).在OPNET仿真平台上将FITC协议与无线传感器网络中传统的两种节能路由协议基于信息协商的传感器协议(Sensor Protocols for Information via Negotiation,SPIN)和直接扩散协议(Directed Diffusion,DD)在同等条件下针对节点能量使用进行对比,结果表明FFIE算法使得节点能根据自身剩余能量状况对节点运行模式进行控制,达到节能目的;最后与传统的平面按需路由协议动态源路由协议(Dynamic Source Routing Protocol,DSR)和临时按序路由算法(Temporary Ordered Routing Algorithm,TORA)在网络生命周期方面进行了比较,仿真结果表明,FTTC协议比DSR和TORA在单位时间内耗尽全部能量的节点数要少,因此网络生命周期更长.     

基于神经网络在线建模的非线性动态系统中传感器故障检测方法

本文提出一种基于神经网络在线建模的动态非线性系统中传感器故障检测方法,它首先利用神经网络在线建立动态非线性系统的超前一步预测模型,然后利用神经网络对传感器的预测输出和传感器实际输出之差与一预定阈值比较以检测传感器故障。本文的优点是可以检测多个传感器故障,同时由于采用在线学习方式,非常适于航天器自主系统传感器故障检测的需要。此外,故障检测阈值的选取也比较简单。为了验证本文方法,仿真了一控制系统中同时发生漂移故障的两个传感器故障检测过程。结果表明,方法十分有效。     

VAISALA湿度传感器的故障检测与诊断

VAISALA公司生产的自动观测系统在民航系统应用很广,该系统对稳定度和准确性的要求很高。作为系统中非常关键的元件——传感器,一旦出现故障将直接影响整个系统的结果输出。因此,针对传感器的故障检测与诊断研究是很有必要的。本文通过对成都2005年9月一次湿度传感器故障的检测     

考虑传感器故障检测能力的PHM系统传感器优化配置方法

传感器优化配置是航空航天设备PHM系统功能得以有效实现的基础和保证。针对目前传感器配置研究中未考虑传感器实际属性的问题,建立了考虑传感器故障检测能力的PHM系统传感器优化配置模型。首先分析了系统故障-传感器相关性矩阵的含义,将传感器的故障检测能力和相关性矩阵相结合,以概率形式描述了传感器对故障的检测性能。在此基础上根据系统的测试性指标要求建立传感器优化配置模型,并采用混沌二进制粒子群优化算法求解。仿真实例结果表明,本文建立的优化模型更加符合实际情况,配置结果更加准确和可靠。     

液体火箭发动机传感器故障检测与数据恢复算法研究

以某型液体火箭发动机为研究对象,根据其传感器的故障特性,提出了基于BP神经网络的传感器故障检测与数据恢复算法。通过定义的传感器置信度来判断传感器是否发生故障,以及确定故障传感器,利用已训练好的神经网络结构对故障传感器进行数据恢复。研究内容能够实现传感器的故障检测、定位与补偿,能够有效提高发动机故障检测方法的可靠性和鲁棒性。     

无线传感器网络中DMST拓扑控制算法

为了延长无线传感器网络的生命周期,进行了无线传感器网络中拓扑控制策略的探索性研究,提出了一种基于最小生成树的分布式拓扑控制算法(MST-based distributed topology control algorithm,DMST),该算法能够保持拓扑控制前后网络中任意两点之间最大限度K容错连通特性.在OPNET仿真平台上对该算法进行仿真,最后与无线传感器网络传统的两种节能路由协议基于信息协商的传感器协议(Sensor Protocols for Information via Negotiation,SPIN)和直接扩散协议(Directed Diffusion,DD)在同等条件下针对节点能量使用进行对比,结果表明,DMST算法使得节点能根据自身剩余能量状况对节点运行模式进行控制,达到节能目的.DMST除了能通过改变K值来调整网络的容错能力之外,还能根据节点最大移动速度和Hello包间隔进行拓扑调整,有助于保持移动网络的拓扑稳定性.     

基于接收机钟差的GPS完好性自主检测算法

传统的基于最小二乘法和奇偶矢量的接收机自主完好性检测（Receiver Autonomous Integrity Monitoring, RAIM）算法均是利用冗余观测量进行一致性检验实现的,其检测统计量均由伪距残差构造得到。本文采用接收机钟差作为RAIM算法的判据,基本思想是根据钟差历史解算值建立接收机钟差二次多项式模型,从而得到当前时刻的钟差预测值。同时解算当前时刻的钟差值,将这两者之差与钟差门限值进行比较来判断系统当前时刻是否存在故障。本文首先分析了伪距偏移量对接收机钟差的影响,然后给出确定钟差门限值的方法。结合用户解算位置和接收机钟差利用子集比较法实现了故障识别的功能。因本文给出的故障检测算法不是基于冗余观测量的,故该方法在四颗可见星下就可进行故障检测,与传统的RAIM算法相比降低了RAIM算法对可见星个数的要求,该点在实验部分进行了仿真验证。另外还对可用星多于四颗的基于接收机钟差的RAIM算法进行了故障检测和故障识别部分的仿真,验证了本文方法的可行性。
     

空间飞行器推进系统的故障检测

文中采用基于人工智能条件下的专家系统知识，应用门限算法进行故障特性提取和相应的故障推理机制研究，在由大量小发动机组成的空间飞行器推进系统实验中进行应用，通过已有的实验数据，离线回放表明此方法具有实时检测功能，可以解决工程实际问题。     

小卫星故障诊断与处理技术

介绍一种简单有效的故障诊断及处理技术,它将小卫星的故障分为分系统级,系统级和系统外部级三种,并由星务管理软件处理系统级故障,在每个循环周期都对遥测参数进行采集和监测,故障发生时,根据故障的优先级,选择并恢复具有最高优先级的故障。该技术在某小卫星中应用,能有效满足系统控制周期的限制和系统可靠性要求。     

斜装陀螺系统及其故障检测

分析了陀螺系统构型对卫星可靠性和姿态控制系统性能的影响，基于６个陀螺全部斜装的八面体构型，设计了等价空间故障检测算法。仿真结果表明，采用这种陀螺构型和故障检测算法，系统可检测较小幅度的软故障，从而获得优良的容错性能。     

神经网络在火箭容错控制中的应用

利用解析冗余思想和神经网络的非线性映射能力，提出了基于神经网络的故障检测和容错控制框架，以此实现解析冗余，并将其应用于火箭稳定回路容错控制设计，仿真研究表明，该方案设计思想正确．具有一定的实用价值。     

面向航天运载器的通用化无线传感网络设计方法

无线传感网络作为航天领域的一项新兴技术,凭其无缆化测量的显著优势,已成为航天运载器环境参数测量的重要手段。目前航天运载器上搭载的无线传感网络纷繁复杂,技术路线各异,难以有效提高产品的性能和可靠性。提出了一种面向航天运载器的通用化无线传感网络设计方法,重点介绍了通用化产品架构、设计要点、应用难点及发展思路,旨在提高产品性能及可靠性,最终形成性能分档、可靠性高的货架产品。     

基于LMI的H-/H∞故障检测观测器设计

针对系统模型的不确定性、未知输入扰动,为提高对干扰鲁棒性、待检故障敏感性及降低设计的保守性,提出了一种H-/H∞故障检测观测器设计方法,通过无损procedure将非凸约束问题转化为线性矩阵不等式(LMI)约束,采用Schur补引理将H-/H∞故障检测观测器设计转化为凸优化问题的LMI表述;设计了自适应门限以减小故障检测过程中的误报、漏报率。故障检测观测器的设计是借助凸优化问题的数值计算,使设计过程便于实现。提出的算法使未知扰动的鲁棒性及待检故障的敏感性之间具有最优平衡。仿真验证表明,所提算法使残差具有快速的收敛性、较短的故障检测时间。     

基于仲裁的高可用服务器故障检测机制的研究

故障检测是设计高可用系统的一项关键技术，本文研究了双模高可用容错服务器的故障检测机制。首先，通过马尔科夫模型对服务器系统进行了分析，指出设计高覆盖率和高成功率的故障检测机制对系统可用性的重要影响。针对传统使用的故障检测机制成功率较低的问题，提出了一种仲裁检测机制，仲裁系统采用容错方案设计，具有较高的可靠性，在双机无法对故障做出正确判断时，可作为可信的第三方对故障做出准确的定位，有效地提高了系统的检测成功率。在此基础上，一种基于仲裁的多层心跳检测机制被应用到了实际系统的设计中，并通过试验证明了其可满足可用性设计要求。     

大规模箭载无线传感网络技术研究

无线传感网络技术是未来火箭测量系统发展的关键技术之一,大规模的箭载无线传感网络技术是箭载测量系统的发展趋势。简单介绍了现有箭载无线传感器网络的应用以及目前国内对于箭载无线传感网络的研究现状,归纳了其技术特点,在此基础上提出了对新一代大规模箭载无线传感器网络设计的思路与相关技术,为进一步实现箭载测量系统的“无缆化”提供参考。     

一种自旋稳定卫星姿态传感器数据异常的诊断方法

针对自旋稳定卫星遥测数据异常时,故障类型和故障源难于辨识的问题,提出一种数据驱动的故障诊断新思路.该方法提出将卫星姿态与传感器之间固有冗余关系是否保持作为判断故障类型的依据,并利用主成分分析把这种关系通过测量空间的特征值进行量化,监测特征值之间相应比例的变化实施判定;借助正交子空间的结构分析,选择SPE统计量进行故障检测和故障源的定位.在遥测数据的基础上模拟风云某型气象卫星的不同故障模式,并应用本文方法进行分析,结果表明,该方法克服了传统贡献图方法无法判别故障类型的缺点,可以实现对故障的正确诊断.