高动态环境下卫星通信系统抗干扰技术研究
这是一篇关于低轨卫星星座,5G,抗干扰,时频同步,FPGA的论文, 主要内容为卫星与5G融合可以充分利用卫星通信和地面通信的优势,实现无缝覆盖,解决由自然灾害等因素导致的地面通信中断问题。然而,卫星通信容易受到人为恶意的大功率干扰的影响。在干扰的作用下,通信系统的性能会严重恶化,降低信号传输的可靠性。此外,卫星和高速用户终端之间的相对运动会带来较大的多普勒频偏和多普勒频偏变化率。因此本文针对卫星通信系统的上述特点,在5G NR(5G New Radio)的基础上进一步研究卫星通信系统的抗干扰方法和时频同步算法,主要工作如下:(1)本文介绍了 5G NR物理层帧结构,OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)系统,干扰类型和抗干扰方式。重点分析大干扰和高动态环境对通信系统解调性能和时频同步性能的影响。研究表明,在卫星通信场景,5G的帧结构和传统的时频同步算法不能抵抗较大的干扰。因此,本文提出在5G物理层传输波形设计中融入扩频技术,通过调整扩频因子的方式来抵抗干扰。(2)本文分析了低轨卫星和高速用户终端之间产生的最大多普勒频偏和最大多普勒频偏变化率。但是OFDM技术对频偏及其变化率较敏感,加上干扰的影响,需要进一步提升时频同步算法的抗干扰抗频偏能力。本文主要从两个方面来提升时频同步的性能:1)从SSB(Synchronization Signal and PBCH Block)设计上,本文设计的 SSB频域上子载波数增至600个,时域保持不变,PSS(Primary Synchronization Signal)和SSS(Secondary Synchronization Signal)序列长度增至511;2)从时频同步算法本身,提出SSS辅助PSS多步联合抗干扰时频同步算法,具体为先采用SSS辅助PSS二维时间同步算法,找到粗时间同步点,然后根据粗时间同步点进行整数倍和小数倍频偏估计与补偿,其中小数倍频偏估计分为PSS扫频粗频偏估计和SSS辅助PSS互相关精频偏估计。频偏全部补偿完后再次进行精确时间同步和频偏补偿,以消除频偏对时间同步的影响。所提方案在大干扰低信噪比下有较好的误码性能。(3)本文在仿真软件上设计物理层下行链路级平台,对所提波形传输方案和SSS辅助PSS多步联合抗干扰时频同步算法进行了仿真验证,仿真分析表明本文方案和算法可以抵抗JSR(Jammer-to-SignalRatio)=12dB的干扰。此外,本文在FPGA硬件开发平台Vivado上利用Verilog语言对物理层发送、接收处理流程和所提算法进行设计与实现,详细介绍了各个模块的逻辑设计原理和实现过程,通过Simulator仿真给出各模块的仿真结果,验证了平台逻辑、功能设计和时序的合理性。
面向医疗和家电设备的低延迟和抗干扰温度控制器设计与应用
这是一篇关于精准温度控制,抗干扰,带补偿机制的模糊PID控制器,改进LADRC-Smith控制器,仿真分析的论文, 主要内容为在家电设备、生物医疗等领域均需对系统进行精确温度控制,该类温度控制系统具有大滞后、多干扰的特点,厂家对产品性能指标要求比较苛刻,且对控制器的可靠性、一致性有严苛的标准,因此对控制器的设计带来极大挑战。本文针对细胞培养箱和即热式热水器的不同特性与性能指标要求,为实现高精准的温度控制,分别设计了带补偿机制的模糊PID控制器和改进LADRC-Smith控制器。具体研究内容如下:(1)建立细胞培养箱和即热式热水器的数学模型。依据理论分析、系统辨识和实体机测试数据建立细胞培养箱的数学模型,基于MATLAB仿真平台设计细胞培养箱开门回温实验模型,将仿真模拟数据与现场数据对比,验证模型的有效性。经过对即热式热水器能量流向分析,根据能量守恒定律,采用机理法建立模型,对于模型中未知参数的求取设计了闭水升温实验,拟合得到近似的阶跃响应曲线,利用作图法求得部分参数K、T、τ,反带回模型中解得加热效率与热损失系数,得到最终模型。(2)针对细胞培养箱具有较大惯性和高延迟特性,设计了带补偿机制的模糊PID控制器。结合细胞培养箱温控平台升温过程的特点与调试经验,建立温度控制的模糊规则表,经实验对比后最终选择三角形隶属度函数进行模糊推理,采用重心法进行解模糊,最终实现细胞培养箱的精准温控。实际项目实现运行过程无超调无凝露、稳定时均匀性±0.3、波动度±0.2及开门回温时间低于4min等指标,具有良好的动态特性和稳态性能。(3)针对即热式热水器抗扰性差的问题,基于具有扰动估计与补偿能力的自抗扰控制器和能够补偿系统时滞环节的Smith预估器,设计了 ADRC-Smith控制器,解决了稳定时输出偏离设定值的问题。针对Smith预估器估计值与实际输出值存在偏差从而引起输出值存在波动的问题,引入了误差反馈补偿环节,设计了改进LADRC-Smith控制器以实现稳定的输出。基于即热式热水器的闭水升温实验模型和MATLAB仿真平台进行仿真验证,仿真结果表明,改进LADRC-Smith控制器解决了稳定时输出偏离设定值的问题,对存在大滞后强干扰的即热热水器温控系统能够实现稳定控制,具有良好的鲁棒性和动态性。在即热式热水器温控项目中,通过多场景实验验证了改进ADRC-Smith控制器的抗扰性能。
水情远程监控系统的设计与实现
这是一篇关于远程监控系统,远程通信,DTMF信号,抗干扰的论文, 主要内容为本硕士论文针对四川省邛崃市一个灌溉河流的远程测量与控制的实际需求研制一套水情远程监控系统。该系统主要用于实现对河流沿岸各测点处的水位数据采集、闸门状态的远程测量和对各测点处的水闸进行远程控制。该远程监控系统具有实时性好、兼容性好、可扩展性强、测量精度高、抗干扰能力强以及全中文友好人机界面等优点。 论文首先在需求分析的基础上，结合本系统的实际特点进行了系统的总体设计。本系统主要由三层构成，即由位于现场的数据采集器、监测站和监控中心组成。接着将对这三个部分以及系统通信网络进行分别介绍。然后讨论了数据采集器监控模块硬件、软件的设计与实现。硬件设计主要介绍了A／D转换、MT8880、串行通信等模块和接口的电路设计，软件设计主要介绍了程序设计中比较关键的标度变换、数字滤波、数字调零和重复输出等数据处理的算法以及利用DTMF信号实现数据采集器和监测站传输数据的通信软件设计。其次论文给出了监测站和监控中心的设计与实现，重点讨论了远程通信设计、数据库开发人机接口设计。远程通信设计主要实现了以FTP和自定义格式的数据包进行数据传输两种方式。由于微机测控系统中存在各类干扰，论文最后分别对数据采集器、监测站和监控中心的干扰问题和采取的一些软件抗干扰措施进行了讨论。
面向医疗和家电设备的低延迟和抗干扰温度控制器设计与应用
这是一篇关于精准温度控制,抗干扰,带补偿机制的模糊PID控制器,改进LADRC-Smith控制器,仿真分析的论文, 主要内容为在家电设备、生物医疗等领域均需对系统进行精确温度控制,该类温度控制系统具有大滞后、多干扰的特点,厂家对产品性能指标要求比较苛刻,且对控制器的可靠性、一致性有严苛的标准,因此对控制器的设计带来极大挑战。本文针对细胞培养箱和即热式热水器的不同特性与性能指标要求,为实现高精准的温度控制,分别设计了带补偿机制的模糊PID控制器和改进LADRC-Smith控制器。具体研究内容如下:(1)建立细胞培养箱和即热式热水器的数学模型。依据理论分析、系统辨识和实体机测试数据建立细胞培养箱的数学模型,基于MATLAB仿真平台设计细胞培养箱开门回温实验模型,将仿真模拟数据与现场数据对比,验证模型的有效性。经过对即热式热水器能量流向分析,根据能量守恒定律,采用机理法建立模型,对于模型中未知参数的求取设计了闭水升温实验,拟合得到近似的阶跃响应曲线,利用作图法求得部分参数K、T、τ,反带回模型中解得加热效率与热损失系数,得到最终模型。(2)针对细胞培养箱具有较大惯性和高延迟特性,设计了带补偿机制的模糊PID控制器。结合细胞培养箱温控平台升温过程的特点与调试经验,建立温度控制的模糊规则表,经实验对比后最终选择三角形隶属度函数进行模糊推理,采用重心法进行解模糊,最终实现细胞培养箱的精准温控。实际项目实现运行过程无超调无凝露、稳定时均匀性±0.3、波动度±0.2及开门回温时间低于4min等指标,具有良好的动态特性和稳态性能。(3)针对即热式热水器抗扰性差的问题,基于具有扰动估计与补偿能力的自抗扰控制器和能够补偿系统时滞环节的Smith预估器,设计了 ADRC-Smith控制器,解决了稳定时输出偏离设定值的问题。针对Smith预估器估计值与实际输出值存在偏差从而引起输出值存在波动的问题,引入了误差反馈补偿环节,设计了改进LADRC-Smith控制器以实现稳定的输出。基于即热式热水器的闭水升温实验模型和MATLAB仿真平台进行仿真验证,仿真结果表明,改进LADRC-Smith控制器解决了稳定时输出偏离设定值的问题,对存在大滞后强干扰的即热热水器温控系统能够实现稳定控制,具有良好的鲁棒性和动态性。在即热式热水器温控项目中,通过多场景实验验证了改进ADRC-Smith控制器的抗扰性能。
水情远程监控系统的设计与实现
这是一篇关于远程监控系统,远程通信,DTMF信号,抗干扰的论文, 主要内容为本硕士论文针对四川省邛崃市一个灌溉河流的远程测量与控制的实际需求研制一套水情远程监控系统。该系统主要用于实现对河流沿岸各测点处的水位数据采集、闸门状态的远程测量和对各测点处的水闸进行远程控制。该远程监控系统具有实时性好、兼容性好、可扩展性强、测量精度高、抗干扰能力强以及全中文友好人机界面等优点。 论文首先在需求分析的基础上，结合本系统的实际特点进行了系统的总体设计。本系统主要由三层构成，即由位于现场的数据采集器、监测站和监控中心组成。接着将对这三个部分以及系统通信网络进行分别介绍。然后讨论了数据采集器监控模块硬件、软件的设计与实现。硬件设计主要介绍了A／D转换、MT8880、串行通信等模块和接口的电路设计，软件设计主要介绍了程序设计中比较关键的标度变换、数字滤波、数字调零和重复输出等数据处理的算法以及利用DTMF信号实现数据采集器和监测站传输数据的通信软件设计。其次论文给出了监测站和监控中心的设计与实现，重点讨论了远程通信设计、数据库开发人机接口设计。远程通信设计主要实现了以FTP和自定义格式的数据包进行数据传输两种方式。由于微机测控系统中存在各类干扰，论文最后分别对数据采集器、监测站和监控中心的干扰问题和采取的一些软件抗干扰措施进行了讨论。
粮库网络测控系统设计与开发
这是一篇关于粮库,测控系统,传感器,温度,湿度,单片机,抗干扰的论文, 主要内容为粮食作为我国重要的战略资源，是国民经济的基础，是关系到国计民生的大事，因而作为粮食储备的粮库测控与管理就显得十分重要。本文所研究的是集温度、湿度、通风控制为一体的粮库网络测控系统，从软件、硬件和可靠性三个主要方面进行了分析、研究、设计与系统实现，对安全储粮起到非常重要的作用。 本系统主要由上位机(PC)，下位机(MCU)、通风控制、测温分机、温度传感器和湿度传感器等组成的分布式网络测控系统。测温分机完成现场多点温度的采集；下位机是采用AT89C58单片机为核心元件来设计的，对粮食的温度、粮仓的温度和湿度进行实时测量，并且能够接收PC机送来的指令，完成与PC机的信息交换；上位机实现载波通讯和数据存储与显示等功能，清晰的显示出粮仓内粮食的保存状况。最后，文章还给出了系统的可靠性和抗干扰的措施，使系统能够稳定可靠的工作。 本文的主要工作和研究内容如下： (1) 调查粮库目前的现状，为系统的设计和开发提供科学依据。 (2) 进行整体设计。将硬、软件按实现的功能划分成不同的模块。 (3) 设计硬件电路及绘制PCB板。 (4) 硬件电路的安装和调试。 (5) 上位机软件设计及调试。 (6) 联机调试。 (7) 系统可靠性设计和抗干扰设计。
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