用于可重构机床控制系统的电力线通信技术

介绍了可重构机床对通信系统的要求,提出了一种基于宽带电力线通信(PLC,Power Line Communication)技术的新型通信系统.通过对机床电力线的信道特性和噪声频谱的分析与测量,选定了通信系统的载波频率和带宽等参数.为了对抗电力线信道的多径效应,提高频谱利用率,实现可靠高效的数据传输,采用正交频分复用技术(OFDM,OrthogonalFrequency Division Multiplex)作为调制解调方式.开发了PLC调制解调器,定义了物理层帧结构.最后以机床主轴伺服系统为例对该通信系统进行了实验验证.实验结果表明,该系统实现了有效数据传输率10 Mbit/s,误比特率(BER,Bit Error Rate)小于10-8的高效数据传输.     

无人机载图像实时传输方案的研究

根据无人机载图像实时传输系统的要求,提出了一套采用基于整数小波变换(IWT)和改进SPIHT(Set Partitioning In Hierarchical Trees)的图像压缩编码、级联格状编码和正交频分复用调制(OFDM)的系统方案.该系统方案信源编码压缩率连续可调、累进传输、运算效率高且有抗差错能力,信道频谱利用率高且不会因为介入噪声或干扰而使性能受损,同时OFDM技术使得系统具有抗多径、抗回波性.因此该系统方案适合无人机工作环境,是一种可行的系统方案.     

多径信道下图像的信源信道联合编码调制传输

针对多径衰落信道提出了一种基于小波变换并结合OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)自适应调制的图像传输方法和信源信道联合带宽功率优化分配算法.给出了编码传输方法结构,对有噪信道下基于小波变换的图像编码传输实现和失真估计问题及多误码率OFDM自适应调制比特功率优化分配问题进行了建模和分析,使得信源量化编码与OFDM调制能够方便地结合起来,并进一步得到了相应的信源信道联合优化带宽功率分配方法.仿真和分析表明,该方法实现了多径信道下图像的信源信道联合编码调制传输,编解码复杂度和延迟小,且信源信道联合优化的带宽功率分配可有效提高信道资源利用效率.     

深空星间链路信道建模及硬件模拟器研制

针对深空通信信道距离长、信噪比低、链路损耗巨大等特点，提出了太阳闪烁与多径效应影响下的深空星间链路信道理论模型。在此基础上，构建了一个基于硬件现场可编程门阵列和控制计算机的深空星间链路信道模拟器，有效模拟了深空星间通信的多径衰落、传播路径损耗和信道延迟，规避了投入高、风险高、耗时长的实地通信实验。实测结果表明，该深空星间链路模拟器输出的载噪比及误比特率波形与理论结果吻合，可用于实验室条件下对深空星间链路的实时模拟复现。     

基于神经网络的OFDM信道补偿与信号检测

针对非线性失真和多径效应混合的复杂信道条件，提出一种基于神经网络的正交频分复用（OFDM）信道补偿与信号检测的方法。首先接收端信号利用最小二乘（LS）算法和迫零（ZF）算法做预处理，然后再输入到一层全链接层的神经网络进行进一步的信道补偿与信号检测，并恢复数据流。仿真结果表明，在没有进行输入信号功率回退（IBO）时，所提方法的误比特率（BER）性能比LS算法提升2个数量级，比线性最小均方误差（LMMSE）、最小均方误差（MMSE）提升一个数量级；在进行IBO后，所提方法能避免LS信道估计下至少4 dB的功率损失，能避免LMMSE、MMSE信道估计下至少2 dB的功率损失。所提方法在一定程度上验证了机器学习结合通信的先验知识的这种新的网络结构更能提升系统数据传输的准确率。      

FBMC/OQAM系统中改进的峰均比抑制方法

针对偏移正交幅度调制的滤波器组多载波(FBMC-OQAM)系统中峰值平均功率比（PAPR）过高会引起失真且对信道估计性能造成影响的缺点，提出了一种基于相位旋转的干扰消除法（ICM-P）。该方法产生不同的相位序列，与传输数据相乘得到多组数据序列，分别计算其PAPR，并选择PAPR最低的一组进行传输。仿真验证与分析表明：所提方法能有效降低系统过高的峰值平均功率比，误码率不高，且信道估计性能较原ICM方法没有明显下降。     

MC-CDMA中的RLS-DRMTA算法

多载波码分多址(MC-CDMA)系统是将OFDM技术与CDMA技术结合起来的一种综合技术.MC-CDMA系统中同信道干扰仍然是影响系统性能的主要因素,这就需要使用智能天线来提高系统的性能.介绍一种适用于MC-CDMA系统的自适应阵的盲算法递推最小二乘解扩重扩多目标阵列(RLS-DRMTA)算法,利用扩频码的信息进行波束形成,不需要训练序列,节约了频谱资源;与LS-DRMTA算法相比,RLS-DRMTA算法节省了运算时间;另外仿真表明在正交频分复用(OFDM)解调后进行波束形成,提高了系统的性能;为了降低系统的复杂度,还用到了载波分组技术,但分组技术又会降低系统的性能,所以分组时考虑了系统性能和运算速度的折衷.仿真结果表明RLS-DRMTA算法能使方向图的主波束对准信号方向,而在干扰方向形成零陷,从而达到抑制干扰的目的.      

基于混合粒子滤波的载波估计算法

针对粒子滤波载波估计算法的高复杂度、粒子退化及贫化问题,提出了一种基于混合粒子滤波的载波估计方法.该方法引入多阶马尔科夫模型,采用多个非零均值高斯分布的加权和来近似重要性函数的最佳选择,并根据最大后验概率准则规范粒子的迭代计算.仿真结果表明,在非高斯噪声环境下,低轨卫星通信TDMA/DEQPSK(Time Division Multiple Address/Differential Quadrature Phase Shift Keying)数据帧非合作接收载波估计时,与基于经典粒子滤波的载波估计算法相比,提高了粒子"效率",在误码性能相当的情况下,有效降低了计算复杂度.     

基于BDS/GPS的KBLMS信道补偿多径缓减算法

在全球卫星导航系统（GNSS）中，针对城市峡谷单系统无法定位及信号失锁后重新捕获及跟踪性能表现不佳的问题，提出了一种基于BDS/GPS的卡尔曼最小均方估计（KBLMS）的信道补偿技术。首先，建立双系统模型。其次，设计基于卡尔曼估计的最小均方误差的延迟估计模块，补偿接收信号上的多径失真。最后，设计视距（LOS）最佳估计块以在反馈回路中产生控制误差信号，用于自适应地更新补偿矩阵系数。通过实测数据与实验仿真，分析KBLMS的信道补偿多径缓减算法的性能。结果表明:KBLMS的信道补偿多径缓减技术相较于最小均方（LMS）算法在多径信道中能快速收敛，且码跟踪误差在ENU三个维度误差减少了0.1 chip，载波跟踪误差减少了约0.125 cm，有效降低了多径效应引起的误差，最终残余误差比LMS降低了0.035 chip，说明所提多径缓减算法可以进行更为精准的估计，从而验证了算法的有效性。      

Walsh相关函数及Walsh付载波的选取

本文研究Walsh函数的互相关函数的性质,得到了互相关函数恒等于零的充分必要条件。将它应用到用Walsh付载波进行调制的多路传输中时,可得出选择付载波的一个准则。根据这个准则能完全消除由信道产生的延时Walsh谐波噪声及由延时所引起的正交误差。     

有限长Ramanujan-Fourier快速变换及频率估计

近来出现的Ramnujan-Fourier变换(RFT,Ramanujan Fourier Transformation)是以"Ramanujan和"为基向量的算术变换,该变换可提供分数频率分辨力.首先分析了有限长Ramanujan频谱特点,给出了基向量分布情况,推导了该变换的快速算法,比较了有限长RFT与快速傅里叶变换的乘法计算量;其次,给出了利用RFT的递归峰值检测频率估计算法,并分析了RFT的频率分辨率和适用特点,在非高斯噪声条件下,仿真比较了RFT与傅里叶变换对信号进行频率估计的性能,得到在信噪比为-20 dB的非高斯噪声情况下,频率估计的归一化均方误差可以达到 10-3.      

MIMO-CDMA系统中的相位编码技术

在角扩散不充分的贫散射环境中,MIMO(Multiple In Multiple Out)系统的信道传输矩阵的奇异值分布不均匀,导致系统容量下降.针对这个问题提出了一种相位编码技术.通过人为地制造多径,将贫散射环境下的病态相关矩阵改造为良态矩阵,从而使MIMO技术能够在天线间空间相关性很强的平坦衰落信道环境中应用,扩展了MIMO技术的应用范围;并且在发端没有信道信息的情况下仍然能够把MIMO信道等效为独立并联信道,省去了预编码和信道信息的反馈,降低了系统复杂度.从理论上分析和介绍相位编码技术的基本原理,给出仿真结果,其结果与理论分析一致.      

一种基于迭代的多音干扰消除方案

针对正交频分复用技术(OFDM)系统的多音干扰,本文提出先通过增加频域分辨率进行多音干扰识别,再基于迭代运算逐个对多个单音干扰进行参数估计、重构和消除的方案。其中,在多音干扰识别阶段,使用Zoom FFT技术以提高频域分辨率并简化计算复杂度。然而,Zoom FFT后的降采样序列点数不一定满足2的整数次幂,对于单音干扰参数估计,此时可采用经典的基于离散傅里叶变换(DFT)的最大似然参数估计(DFT-MLE),但当采样点数太大时,DFT运算将带来很大的实现复杂度。本文在基于DFT-MLE算法基础上给出一种基于快速傅里叶变换(FFT)的单音参数估计法FFT-MLE,不仅简化了运算复杂度,而且相比DFT-MLE其估计性能有更好的鲁棒性。最后的仿真结果说明了该多音干扰消除方案的有效性。     

连续信号交叉口网联自动驾驶车速控制

为了提高车辆在城市道路上行驶时的燃油经济性,同时减少污染物的排放,针对车联网环境下自动驾驶车辆可以与路侧设施及区域中心控制系统实时信息交互的特征,提出了连续信号交叉口车速控制方法。当车辆距下游各信号交叉口的距离和下游交叉口信号相位及时长可以提前获取时,通过提出的自动驾驶车速控制模型计算出一个使车辆能够连续通过下游多个信号交叉口的恒定速度,同时为了保证驾驶舒适性,采用平滑的三角函数曲线表征加/减速过程中的速度变化,避免了车辆在交叉口处急刹车或急加速的情况。为验证车速控制方法的有效性,基于多智能体技术建立了车联网环境下连续信号交叉口车速控制仿真系统,模拟对比分析了有速度控制和无速度控制下车辆连续通过3个信号交叉口的燃油消耗量、CO₂排放量以及行程时间。结果表明:在低密度车流下,运用该车速控制方法,车辆连续通过3个信号交叉口的平均燃油消耗量与CO₂排放量均减少了30%以上,行程时间减少了约5%;在中、高密度车流下,车辆的平均燃油消耗量与CO₂排放量减少了约20%,并能够节省约15%的行程时间。另外,通过与目前已有的针对单点信号交叉口的车速控制模型的比较,本文提出的连续信号交叉口车速控制模型在节能减排方面更具优势。      

基于MF-DFA的极低频瞬态事件多重分形分析

利用三个测站实测极低频全球闪电活动背景信号南北及东西方向磁场分量资料, 应用多重分形方法对极低频瞬态事件发生时前1s背景信号中的长程关联性及多重分形特征进行了分析. 发现极低频瞬态事件发生时, 最大脉冲前1s背景信号南北及东西方向磁场均具有长程关联性和多重分形特征. 其中南北方向最小标度指数0.15 < a_min< 0.22, 分形谱宽度1.09 < Δa < 1.51; 东西方向最小标度指数0.23 < a_min< 0.59, 分形谱宽度0.75 < Δa < 0.99. 多重分形谱参数Δa和a_min可以很好地自动识别Q-burst发生.      

LaBr3(Ce)元件破损在线监测关键核素确定及效率校准

常用的元件破损在线监测方法受外在因素影响较大，以γ能谱中关键裂变产物核素比活度进行在线定量分析是一种可靠的元件破损监测方法。针对新型LaBr₃(Ce)元件破损监测仪，设计了元件破损模拟实验，对逸出的裂变产物采用HPGe和LaBr₃(Ce)探测器进行了对比测量。通过不同冷却时间γ能谱的核素分析，确定了¹³⁵Xe，⁸⁸Kr，¹³⁸Xe，⁸⁸Rb，¹³⁸Cs等可作为LaBr₃(Ce)元件破损γ能谱监测的关键核素。同时，制备了覆盖能量范围(250～2 400)keV，含⁶⁰Co，¹³⁷Cs，¹³³Ba；²⁴¹Am，¹⁵²Eu；¹⁰⁹Cd，⁸⁸Y，⁵⁷Co及²⁴Na的4组放射性标准溶液，在建立的效率校准系统上，校准了LaBr₃(Ce)在线监测仪的效率。在反应堆一次异常情况分析中，已校准的LaBr₃(Ce)元件破损监测仪对关键核素的现场分析结果与HPGe的取样分析结果一致，表明效率校准结果准确，校准方法可靠。     

变时延网络控制系统的鲁棒故障检测

针对具有时变时延的网络控制系统故障检测问题,提出了一种基于鲁棒H_∞思想的故障检测滤波器设计方法.将鲁棒H_∞故障检测问题归结为寻找滤波器参数矩阵,使得滤波系统内稳定并且满足鲁棒H_∞性能指标.根据残差评价函数和故障阈值判断系统是否存在故障.假设时变时延的上下界已知.基于时延相关Lyapunov-Krasovskii泛函方法给出了系统内稳定并且具有H_∞指标的时延相关条件.在外部控制输入、外界干扰和故障信号有界的情况下,所设计的故障检测滤波器能够保证生成的残差信号有界.针对HiMAT（Highly Maneuverable Technology）飞行器设计了故障检测滤波器,并通过仿真分析验证了所提出方法的有效性.     

基于FFT和专家系统的BLDCM系统故障检测与识别

针对具有双通道结构的无刷直流电动机(BLDCM, Brushless DC Motor)容错系统的高可靠性要求和大范围调速特点,在不增加额外设备的条件下,通过分析两个通道中功率电路直流母线电流波形的特点,提出一种采用归一化快速傅里叶变换(FFT, Fast Fourier Transform)方法提取频率特征,再结合基于规则的专家系统进行故障检测与识别的方法,并通过实际电动机系统的试验验证了方法的正确性.试验结果表明:规一化FFT方法可以消除不同转速和不同负载对判断结果的影响;专家系统中阈值的选取可以有效避免实际应用中出现的噪声等因素的影响.算法复杂度低,可靠性高,易于应用,具有很强的实际操作性.     

LaBr3(Ce)元件破损在线监测关键核素确定及效率校准

常用的元件破损在线监测方法受外在因素影响较大，以γ能谱中关键裂变产物核素比活度进行在线定量分析是一种可靠的元件破损监测方法。针对新型LaBr₃(Ce)元件破损监测仪，设计了元件破损模拟实验，对逸出的裂变产物采用HPGe和LaBr₃(Ce)探测器进行了对比测量。通过不同冷却时间γ能谱的核素分析，确定了¹³⁵Xe，⁸⁸Kr，¹³⁸Xe，⁸⁸Rb，¹³⁸Cs等可作为LaBr₃(Ce)元件破损γ能谱监测的关键核素。同时，制备了覆盖能量范围(250～2 400)keV，含⁶⁰Co，¹³⁷Cs，¹³³Ba；²⁴¹Am，¹⁵²Eu；¹⁰⁹Cd，⁸⁸Y，⁵⁷Co及²⁴Na的4组放射性标准溶液，在建立的效率校准系统上，校准了LaBr₃(Ce)在线监测仪的效率。在反应堆一次异常情况分析中，已校准的LaBr₃(Ce)元件破损监测仪对关键核素的现场分析结果与HPGe的取样分析结果一致，表明效率校准结果准确，校准方法可靠。