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∫關於電池充電器•連接了AC 電源線時，電池充電器處於待機狀態。
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注意•如果電池更換得不正確，會有發生爆炸的危險。
請僅用製造商建議使用的類型的電池進行更換。
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!计算机测量与控制!"#"$!$%!&"!!"#$%&'()'*+%('#',&-!",&(".!#,'!#收稿日期 "#"$#'%&$!修回日期"#"$#'"#%基金项目 国家重点研发计划项目!"#"%I C A $$#"%##"$装备发展部测试仪器科研项目!"##)M W Q M ###'"$四川省重大科技专项项目!"#""M -M S ###&"%作者简介 唐小峰!%)*'"&男&重庆人&博士&工程师&主要从事电子信息系统综合测试与故障诊断技术方向的研究%引用格式 唐小峰!离散信号事件驱动的自动测试系统仿真验证方法与实现'+(!计算机测量与控制&"#"$&$%!&"),'&#!文章编号 %,&%'()* "#"$ #&##,'#&!!-./ %#!%,(", 0!1234!%%5'&," 67!"#"$!#&!#%#!!中图分类号 8>$)%!)!!文献标识码 9离散信号事件驱动的自动测试系统仿真验证方法与实现唐小峰!成都天奥测控技术有限公司&成都!,%%&$%"摘要 为在设计早期对复杂自动测试系统进行充分验证从而加速其成熟并降低研发成本&对离散事件系统规范进行扩展和改进&在原子模型中引入了端口和故障模式&通过端口间的连接构成耦合模型&提出一种离散信号事件驱动的仿真调度算法&并给出一个W +Z 架构的支持远程交互的仿真验证实现方案$基于自研的Z W 98Z 自动测试系统软件平台&分别针对一个示例系统和真实系统开展了实验&结果表明所提模型和方法支持复杂系统多分辨率层次化建模&仿真具有较高的一致性和执行效率&满足自动测试系统仿真验证工程应用需求%关键词 自动测试系统$离散事件系统规范$仿真验证$信号事件$Z W 98Z 软件平台/7#%.*&7",*,2K '(7075*&7",)'&R "2*,24#$.'#',&*&7",0"(67+5('&'/78,*.Z M ',&S 6(7M ',9%&"#*&75:'+&/;+&'#+89E ;S 4F ?Y H 2@!W G H 2@V OZ 7F 1H ?28j W8H 1G 2?B ?@X W ?:&J 6V :&W G H 2@V O !,%%&$%&W G 42F "9<+&(*5&)9=4U O B F 64?2F 2V[H T 4Y 41F 64?2U H 6G ?V 4=7T ?7?=H V 6?Y O B B X [H T 4Y X 1?U 7B H N F O 6?U F 6416H =6=X =6H U =!98Z "42H F T B X V H =4@2=6F @H 42?T V H T 6?F 11H B H T F 6H 6G H 4TU F 6O T 46X F 2V T H V O 1H T H =H F T 1GF 2VV H [H B ?7U H 26!`j-"1?=6!8G HU H 6G ?VH N 6H 2V =F 2V 4U 7T ?[H =6G H V 4=1T H 6HH [H 26=X =6H U=7H 14Y 41F 64?2&426T ?V O 1H =7?T 6=F 2V Y F O B 6U ?V H =42F 6?U 41U ?V H B =&1?2=6T O 16=1?O 7B 42@U ?V H B 6G T ?O @G 1?22H 164?2=<H 6\H H 27?T 6=&FV 4=1T H 6H =4@2F B H [H 26]V T 4[H 2=4U O B F 64?2=1G H V O B 42@F B @?T 46G U4=7T ?7?=H V &F 2VFW +ZF T 1G 46H 16O T H =1G H U H 4=7T ?[4V H V 6?=O 77?T 66G H T H U ?6H 426H T F 164?2!A F =H V?2=H B Y ]V H [H B ?7H VF O 6?U F 6416H =6=X =6H U=?Y 6\F T H 7B F 6Y ?T U !Z W 98Z "&6G HH N 7H T 4U H 26=F T H 1F T T 4H V?O 6Y ?T F 2H N F U 7B H =X =6H UF 2VT H F B =X =6H UT H =7H 164[H B X !8G H T H =O B 6==G ?\6G F 66G H 7T ?7?=H V U ?V H B F 2V U H 6G ?V=O 77?T 66G H U O B 64]T H =?B O 64?2G 4H T F T 1G 41F BU ?V H B 42@Y ?T 1?U 7B H N=X =6H U =&F 2V 6G H =4U O B F 64?2G F =G 4@G1?2=4=6H 21X F 2VH Y Y 414H 21X &\G 41GU H H 6=6G H T H K O 4T H U H 26=?Y F O 6?U F 6416H =6=X =6H U=4U O B F 64?2F 2V[H T 4Y 41F 64?2F 77B 41F 64?2=!=';1"(2+)F O 6?U F 6416H =6=X =6H U $V 4=1T H 6H H [H 26=X =6H U=7H 14Y 41F 64?2$=4U O B F 64?2F 2V [H T 4Y 41F 64?2$=4@2F B H [H 26$Z W 98Z =?Y 6\F T H 7B F 6Y ?T U >!引言自动测试系统!98Z &F O 6?U F 6416H =6=X=6H U "是指以计算机为控制核心&通过程序控制完成某一测试任务的测试仪器和其他设备的有机整体'%(%98Z 广泛应用于航空*航天*船舶和电子等领域&是现代化高端装备的重要保障设备%98Z 一般由自动测试设备!98D &F O 6?U F 6416H =6H ]K O 47U H 26"*测试程序集!8>Z &6H =67T ?@T F U=H 6"和8>Z 软件开发工具!即软件平台"三大部分组成'"(%其中8>Z是98Z 的重要组成部分&8>Z 的开发和调试工作在98Z 总成本中占有很大比重%由于通用98Z 一般被设计为满足多型被测设备!R R 8&O 246O 2V H T 6H =6"的自动化检测需要&这些R R 8的8>Z 目前必须在成熟度较低的情况下依次排队在紧缺的实物测试平台上进行调试&形成了严重的资源挤占%此外&98D 本身的设计制造也只能通过漫长的8>Z 调试过程来充分验证&因此极大影响了98Z 的研制进度和交付效率&增加了98Z 的研发成本%随着信息技术的发展&针对98Z 的离散信号事件系统特性采用计算机建模与仿真手段解决98Z 开发*调试和验证问题成为一个值得探索的方向%离散事件系统规范!-D _Z&V 4=1T H 6H H [H 26=X =6H U=7H 14Y 41F 64?2"'$(是一种通用的复杂动态系统建模与仿真范式&近年来获得了广泛关注%唐俊等''(证明了-D _Z 模型的封闭特性$林清泉等'((结合-D _Z 和智能体模型描述&提出一种复杂产品行为模型的多分辨率模型框架%此外&-D _Z 还被广泛用于柔性制造系统>J W 程序的辅助设计',(*机械加工过程碳排放过程动态分析*预测与定量评估'&(*构建网格世界等环境中智能体的交互行为和学习行第&期唐小峰)""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""离散信号事件驱动的自动测试系统仿真验证方法与实现#,(!#为'*(以及电力电子系统的仿真和校正')(等%针对自动测试系统&目前还未见采用离散事件建模方法对其进行全要素系统级仿真验证的报道%刘宏伟'%#(针对智能电网抄表业务设计了一种基于半实物仿真的自动测试平台$韩伟'%%(介绍了变电站的仿真自动测试系统&使用软件程序模拟实际的报文数据$赵昕红等'%"(通过Z 4U O B 423建模工具为旋翼电动折叠系统构建了虚拟实验系统%其他的相关研究包括基于J F <_/D L 的虚拟仪器技术应用'%$%'(等%本文基于-D _Z 基本概念并结合98Z 的特点对其进行了适应性改进&研究了针对自动测试硬件实体的多分辨率仿真模型描述&给出了R R 8*电缆*适配器*仪器设备和系统集成的具体建模方法&提出了一种离散信号事件驱动的仿真调度算法&给出了一个W +Z 架构的支持远程交互的仿真验证实现方案&并最终通过两个实验对所提模型和方法的有效性进行了验证%!多分辨率仿真模型描述A ?!模型框架-D _Z 中的原子模型表示单分辨率的最小描述单元&其行为具有自治性%耦合模型包含原子模型的组合与连接&根据嵌套层次的不同又可分为一阶耦合模型和高阶耦合模型%耦合模型分辨率正比于其阶数%如图%所示为离散事件系统的多分辨率模型层次框架示意图&其中底层的4%*4"和4$方框为原子模型实例$4'和4(所示的斜方框表示一阶耦合模型实例&其构成元素只含原子模型$4,所在的重叠斜方框表示高阶耦合模型实例&其中至少包含一个其他耦合模型%图%!多分辨率模型层次框架A @!原子模型离散事件系统的原子模型可以定义为一个九元组结构体)4=./;&R &D &I &/#&P &%&)&152!%"!!其中);为输入信号集&涉及的信号主要采用参数化的信号属性描述方式$R 为输出信号集$D d D M H D \为端口集&D M 和D \分别表示输入端口集和输出端口集$I .I /HI V 为状态特征集&I /表示静态属性&I V 表示状态变量$/#为初始状态$P 为故障模式集&每个故障模式可能影响多个状态或行为$%)I V @I V 为状态转移函数&规定了模型响应输入信号事件的行为$))I :;@R 为输出函数&规定了模型根据当前状态或输入产生输出信号事件的行为$15)%:)@&,#&n 为时间推进函数&描述状态转移或信号输出所需的时间长度%上述原子模型要素中&输入信号集;*输出信号集R 和端口集D 构成了模型的接口$状态特征集I !包括其初始状态/#"和故障模式集P 构成了模型的属性$状态转移函数%*输出函数)和时间推进函数15则描述了模型的行为%原子模型端口是新引入的一个概念&在后续的仿真算法实现过程!详见第$节相关内容"中具有重要作用&端口的形式化定义如下所示)<./;<&R <&*B ''&'B @E &D <\2!""!!其中);<和R <分别为经由当前端口输入和输出模型的信号集&若;<C ,I R <.,则<为输入端口&若;<.,I R <C ,则<为输出端口&若;<C ,I R <C ,则<为双向端口$*B ''表示端口上的输入信号缓存&只有当<为输入或双向端口时有效$'B @E 称为关联行为函数&其中封装了针对当前端口输入信号事件的行为实现代码!包括状态转移和输出信号等"&只有当<为输入或双向端口时有效$D <\为与当前端口相连并能接收输出信号R <的端口集&只有当<为输出或双向端口时有效%A C !耦合模型考虑耦合模型的原子特性&可将其定义为一个三元组结构)4-./4=H B Y &G &-<2!$"!!其中)4=H B Y 为耦合模型本身的原子模型定义!如!%"式所示"&其中完整定义了其接口*属性和行为$G 为组成耦合模型的其他模型实例的集合&若G 中任意一个元素#46$G 均为原子模型&则4-为一阶耦合模型&若G 中存在元素J 46$G 为耦合模型&则4-为高阶耦合模型&模型嵌套的深度即为其阶数$-D 为端口间连接的集合&其中的元素E %&$.!<%&<$"$-D 表示从端口<%指向<$的连接&描述了模型中的耦合关系&此时有<$$<%0D <\%若<%$4=H B Y 0D M I <$$460D M !46$G &6C =H B Y "则为外部输入耦合&此时可将<%称为一类特殊的端口)入口!4U 7?T 6"&记为</P%&用于引入外部输入信号$若<%$460D \I <$$4=H B Y 0D \!46$G &6C =H B Y "则为外部输出耦合&此时可称<$为出口!H N ]7T 6"&记为<H ;$&用于将内部模型产生的信号输出到耦合模型外部$若<%$46%0D \I <$$46"0D M !46%$G &46"$G &6%C 6"C =H B Y"则为内部耦合&表示内部模型之间的连接%综上所述&可得如图"所示的耦合模型结构&若其中虚线框中的模型要素为空&则该模型即退化为一个原子模型%@!自动测试系统建模方法本节基于上述多分辨率模型描述方法&针对自动测试系统中的典型硬件实体构建其仿真模型%一个完整的自动测试系统如图$所示&其中主要包含R R 8*电缆*适配器*仪器设备以及由这些仪器设备集成得到的98D %电缆和适配器的作用是将R R 8的接口连接到98D 的外部接口&使!!计算机测量与控制!第$%""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""卷#,,!#图"!耦合模型结构得98D 具备测试多个不同型号R R 8的通用化能力%98D中的控制计算机通过各类测控总线!如;>/A *>S /*_S /*J S /和串口等"与仪器设备的程控端口相连%仪器设备的功能接口通常通过98D 的外部接口转接实现互连或与适配器端口相连&从而间接地连接到R R 8接口%图$!典型自动测试系统组成结构自动测试系统的基本工作原理为由控制计算机运行当前R R 8的8>Z &其间通过调用仪器驱动程序)$控制开关的闭合和断开&在R R 8和仪器设备之间建立和切换信号通路$%控制信号源输出激励信号!如供电信号*通信控制信号*射频信号和离散量信号等"&该信号通过适配器和电缆传递到R R 8&从而对R R 8的工作状态施加控制和影响$&控制测量仪读取R R 8输出信号的测量值&然后将结果逐层返回给驱动程序和8>Z &进行后续的判读或处理%@A ?!DD :建模首先根据R R 8的接口控制文件梳理R R 8模型的端口D 和信号!;和R "%例如由两个针脚S Z %]--和S Z %];E -构成R R 8的直流供电输入端口&输入信号类型为-W 3>.L D `&其主要信号属性为电压幅度和电流限&也可包含关于信号质量的描述&如允许的电压浮动范围或电压精度等%在面向信号的测试中&上述信息是R R 8测试需求的重要组成部分'%((%R R 8的内部状态I 与其具体的设计规范相关&例如静态属性I /中包含该设备的型号*名称*序号等信息$状态变量I V 则可能涉及上电状态*工作电流*工作模式*工作参数以及当前工况下的性能指标等%R R 8的故障模式P 可参考其故障模式*影响及危害性分析报告进行设置%考虑到离散事件模型具有耦合封闭性特点&即耦合模型总能转化为一个等价的原子模型''(&在进行R R 8建模时可根据掌握资料的详细程度确定其模型分辨率以及行为描述的实现方式!包括%*)和15"%若能获取较详细的内部设计信息&则采用耦合模型!即G C ,"将更加清晰和直观%@A @!电缆和适配器建模电缆和适配器主要用于转接信号&它们的模型特点是)$端口和信号数量较多!即:D :和:;:,:R :的值较大"$%动态的状态变量为空!I V d,"$&故障模式P 主要涉及接触不良等连接型故障&这些故障模式直接影响信号的输出函数)$'行为模式较为单一&通常是简单地将一端的输入信号从另一端输出&只有输出函数)!其中可以对信号属性进行简单处理&如功率衰减等"&无状态转移函数%&信号传输的时间可忽略不计!即时间推进函数15的值恒为#"%电缆和适配器的建模以使用单分辨率的原子模型为主%@A C !仪器设备建模仪器设备主要用于产生激励*测量信号和切换信号通路!开关类仪器"%在自动测试系统中它们通常是可程控的&因此具有与控制计算机进行通信的端口<16T B $D %其他端口主要用于输出激励信号或接收测量信号%普通仪器的建模过程与R R 8类似&不再赘述%值得注意的是&在描述仪器的控制信号和行为时应充分参考相关开发手册或使用说明&增强模型的拟真度%开关作为一类比较特殊的仪器&其模型特点是)$由于通道数一般较多&故端口和信号数量较大$%状态变量I V 记录当前所有开关单元的连接和断开状态$&故障模式P 与电缆和适配器特点相似&主要是连接型故障$'状态转移函数%主要受程控端口输入信号事件触发&用于更新指定开关单元的开闭状态$(输出函数)依据连接关系传递端口上的信号$)时间推进函数15主要作用于状态转移过程&用于模拟开关动作时延&而信号在开关内部传输的时间可以忽略不计%开关模型中有输入信号在开关单元闭合前和闭合后到达端口的两种情况%前者需要将该信号暂存在端口的缓存<0*B ''中&开关闭合后再从中取用信号并输出$后者则可以直接从相连的另一端输出该信号%开关模型通常为原子模型&但若开关是由多个开关子模块拼接而成!例如大型矩阵开关"则更宜采用耦合模型%@A B !系统集成自动测试系统模型的集成涉及两个层面&一是98D 的集成!即将仪器设备模型集成到一起&形成一个98D 耦合模型"&二是测试系统的集成!即R R 8e 电缆e 适配器e 98D "%系统集成的过程就是将相同层次的模型实例端口相互连接!即内部耦合"或连接到高层次模块的外部端口!即外部输入或输出耦合"&从而构成一个整体%第&期唐小峰)""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""离散信号事件驱动的自动测试系统仿真验证方法与实现#,&!#集成后的98D 可能是一阶耦合模型&也可能是高阶耦合模型&这主要取决于其中仪器设备模型的实现方式%并且&从通用化的工程经验看98D 模型中主要是外部耦合&即仪器设备模型之间直连的情况较少!除了控制计算机与仪器设备程控端口的连接"%整个测试系统则是一个典型的高阶耦合模型&且其中以内部耦合为主%C !仿真调度算法自动测试系统仿真算法实质上是离散信号件驱动的仿真调度过程&需要解决端口信号事件的产生和处理*行为函数触发执行以及输出延时等问题&既能模拟硬件的并行行为特征&又能高效利用仿真时钟%仿真调度算法的基本原理如图'所示&下面结合该原理图对算法过程的详细步骤进行说明%图'!仿真调度算法基本原理%"状态初始化%加载系统模型时对各级模型实例的状态I 进行初始化&即I K /#%""仿真启动%令;#为原始输入信号集&通过将其中的信号依次施加到原始输入端口集D #来启动仿真过程%$"输入信号事件处理%如图'所示&每当有信号"$;!包括;#中的信号"输入到一个模型实例的端口<$D 时&即触发一个输入信号事件%首先&将该信号对象进行缓存&即<0*B ''K "%然后&若<为入口或出口!即耦合模型的外部输入+输出端口"&则直接将"输入到<0D <\中的每个端口$若<为一个模型实例的输入端口&则以"为参数调用执行<0'B @E 函数&转步骤'"%'"行为函数触发执行%受端口上的输入信号事件调度&行为函数执行时通过状态转移函数%根据输入信号的属性值和当前状态I 更新状态变量I V %然后&输出函数)根据当前输入或状态产生输出信号%函数%和)需要根据对象的行为特点编写计算机代码实现%("注册时钟事件%对模型响应的总时长01进行估计&将其作为时间推进函数6F 的输出值&构造一个事件项8./1<&D 4\&"42&其中仿真时刻1<K 1,01!1为当前仿真时刻"&D 4\是输出信号的输出端口集&"4即为输出信号%将8按1<升序插入到全局的时钟事件列表)H 中&完成事件的注册%,"事件循环处理%仿真启动之后&调度算法循环从)H 中提取首元素8%&更新当前仿真时刻1K 8%01<&然后将信号8%0"4从8%0D 4\中的每个端口输出&进入与之相连的其他端口,<4%&<4"&<4$&000.&触发新的信号事件&并返回步骤$"继续执行%通过这种方式实现了模型输出信号的延迟处理&能较好地模拟硬件的响应性能%&"仿真结束%当)H .,时&仿真结束&系统进入稳态%B !自动测试系统仿真验证实现自动测试系统仿真验证的目的有三个)%"验证8>Z 的逻辑是否满足R R 8测试需求$""验证仪器驱动程序的调用是否正确$$"验证98D 的行为是否符合预期的设计规范%8>Z 是一组可执行的程序或脚本&通常需要在开发阶段进行调试&因此将8>Z 的仿真验证与程序调试进行结合是比较自然的思路%驱动程序是受8>Z 执行过程中调用的计算机程序&可与8>Z 的调试同步执行&对传参和测量值返回显示功能进行验证$98D 的设计验证主要关注仿真过程中各种信号是否沿着正确的路径传输并被处理%为提高实现方案的灵活性以及满足远程仿真验证等需求&采用了如图(所示的W +Z 架构&其中8>Z !及其执行器"和驱动程序运行于客户端进程&用于模拟图$中所示的控制计算机模型%自动测试系统模型的仿真在服务端运行%前后端通过Q 88>协议经仿真服务接口进行交互%表%中所示为主要的通信接口描述%图(!自动测试系统仿真验证实现原理表%!仿真验证实现的网络通信接口描述接口类型接口参数模型初始化指令系统模型标识*模型文件路径R R 8控制指令R R 8模型地址*控制端口/-*读写模式*指令内容仪器控制指令仪器模型地址*程控端口/-*读写模式*指令内容模型返回值数据类型&数据内容模型复位指令系统模型标识当8>Z 启动执行时&向后端发送模型初始化指令&加载对应的系统模型%8>Z 执行过程中可以通过发送R R 8控制指令并通过仿真服务接口转入R R 8模型的控制端口&触发R R 8模型行为执行&得到的响应数据再依次返回给执行器和8>Z &进行判读*显示或其他处理%当8>Z 执行过程中需要控制仪器设备时&通过调用相应的驱动程序&结合传参内容构造仪器程控指令!如标准的Z W >/指令或模拟的!!计算机测量与控制!第$%""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""卷#,*!#接口函数调用等"&然后发送到仪器模型的程控端口&触发其产生信号*进行测量或切换开关等动作&响应后的数据同理逐层返回到8>Z %E !实验及结果分析仿真验证实验基于自主研发的自动测试系统软件平台产品!Z W 98Z_%:#"实现&它具备测试系统建模*测试程序开发+调试*测试程序执行*仪器驱动辅助开发和故障诊断等功能&并且能够在主流的国产W >R 计算机和国产操作系统上进行安装*部署和使用%Z W 98Z 为8>Z 调试功能提供了一个/模型仿真0的选项&能够基于本文所提方法对自动测试系统进行全要素的仿真验证'%,(%下面通过两个实验演示本文所研自动测试系统仿真验证方法和实现的效果%实验一是一个较为简单的示例&主要用于对所提方法进行进一步的举例说明$实验二是针对一个真实的航空机载设备R R 8开展的应用验证&用于证明本文研究的实用性%E A ?!实验一本实验以如图,所示的自动测试系统为例!简洁起见其中省略了测试电缆"&其测试需求为通过局域网控制R R 8先后产生一个正弦波信号"%和方波信号""&然后通过射频开关的切换&分别将两个信号输入到频谱仪和示波器测量它们的幅值%图,!自动测试系统实例图,中的R R 8*适配器*频谱仪*示波器和射频开关均为原子模型%以射频开关为例&它的输入和输出信号为图中所示的正弦波和方波信号&即;&R .,"%&"".$该模型有&个端口D d ,/E %&/E "&.>%&-&.>'&W .P .&其中/E %和/E "为输入端口&.>%".>'为输出端口&W .P 为串口控制端口$主要静态属性I /d /4V &F V V T 2分别为设备标识信息和逻辑地址!如F V V T d /1?U '0是射频开关的串口通信地址"&状态变量I V ./6%&6"2&分别表示其中的两个开关单元a %和a "的掷所在的位置&初始状态为/#.,6%.%&6".%.$射频开关的故障模式P 如表"所示&这些故障将在行为函数中改变模型正常的执行逻辑$状态转移函数%主要用于更改6%和6"的值$输出函数)根据开关单元的状态将输入的信号从相应的输出端口输出$时间推进函数15主要决定状态转移!即开关单元切换"所需的时间01&本例中假定为%个仿真时间单位&即01d %8%表"!射频开关模型中的故障模式故障代码故障描述####正常###%a %固定在W Q %###"a %固定在W Q "###$a "固定在W Q%###'a "固定在W Q "###(a "固定在W Q $###,a "固定在W Q '###&a %或a "的公共端开路###*控制电路故障射频开关的射频信号输入端口/E %!/E "同理"关联一个名为/=4@3G F 2V B H 0的行为函数!即/E %:Y O 21d /=4@3G F 2V B H 0"%信号输入时&该函数通过判断当前a %和a "的状态&调用)从正确的端口输出该信号&同时令其他端口输出一个空信号!模拟信号被断开的情况"%程控端口W .P 关联一个名为/\T 46H 0的行为函数!即W .P :Y O 21d /\T 46H 0"&该函数对程控指令进行解析&从而调用%更新开关单元的状态%例如程控指令为//E /80!初始化"或/`Z 80!复位"时&则分别置6%K %和6"K %%同时&该函数还检查/E %:<O Y Y 是否有缓存的信号&若有则调用)输出信号&实现与真实射频开关行为的一致%图,中的98D 是一个一阶耦合模型&它的端口+%]%和+%]$是入口&+%]"是出口$组件集G d ,频谱仪&示波器&射频开关.$连接集-D d ,!98D :+%]$&射频开关:/E %"&!射频开关:.>'&98D :+%]""&-&!射频开关:.>%&示波器:/E %"&-.&其中所列元素分别表示外部输入耦合*外部输出耦合和内部耦合%基于该自动测试系统开发的8>Z 中包含"#个测试步骤%以/模型仿真0模式启动8>Z 调试&在测试程序执行到第'行时&经信号路由搜索算法计算得到需要闭合a %的第%掷和a "的第'掷才能将正弦波信号输入到频谱仪测量%假设控制a "的指令内容为/W .Ea "'0&通过8>Z 执行器调用射频开关的驱动程序将该指令发送到服务端的射频开关程控端口W .P &调用上述/\T 46H0函数对其进行解析后置状态6"K '%执行8>Z 第(行时执行器向R R 8模型发送指令&控制它从端口S %]%输出一个中心频率为%##PQ ^&功率为5$(V A U 的正弦波信号"%%该信号分别通过端口89%]%和入口+%]$到达射频开关的/E %端口&触发上述/=4@3GF 2V B H 0函数执行!当前仿真时刻1d ,8"&完毕后时钟事件列表8D 中包含一个事件8d /&8&,射频开关:.>'.&"%2%根据仿真算法&下一个仿真时刻1d &8时!即延时01d %8"&将从射频开关的端口.>'输出"%&进入与.>'相连的端口+%]"触发新的输入信号事件和行为&直到)H .,&系统进入稳态%。
嘉兴FM电台表87.9中国国际广播电台EASY FM88.2嘉兴电台城乡生活频率88.9昆山电台89.0杭州电台新闻综合AM95489.1吴江电台89.4无锡电台新闻综合AM116189.6湖州电台经济台89.7上虞电台89.9东方电台都市792 AM79290.2中央人民广播电台中国之声（杭）90.6平湖电台91.1苏州电台新闻综合AM108091.4中央人民广播电台经济之声（沪）91.8杭州电台经济之声92.2嘉兴电台交通经济频率★AM657 92.4上海电台戏曲频率92.6无锡电台江南之声AM60393.0浙江电台交通之声★93.4上海电台新闻频率AM99094.0上海体育频率94.1绍兴电台经济频率AM125194.7东方电台经典94794.8苏州电台都市音乐频率AM152195.0浙江电台经济台95.3江苏电台新闻综合AM702/131496.0海宁电台96.0绍兴电台新闻综合AM73896.1宜兴电台96.5苏州生活广播网96.6余姚电台96.8浙江电台音乐调频96.8上海电台文艺频率AM119797.1桐乡电台97.4浙江电台新闻综合△AM540/810 97.7东方电台第一财经△AM142297.9中央人民广播电台经济之声（杭）98.1东方明珠移动电视伴音98.5湖州电台文艺台AM125198.7无锡电台健康之声99.0中央人民广播电台中国之声（沪）99.3嘉善电台99.6浙江电台文艺频率99.8舟山电台新闻综合AM684100.1嘉定电台100.3南汇电台100.6上海体育频率100.8北仑电台101.7东方电台动感101102.1余杭电台102.5浙江电台音乐调频（绍兴）102.7闵行电台103.2杭州电台音乐台103.5绍兴电台戏曲频率103.7东方电台魅力103104.0无锡电台经济台AM801104.1嘉兴电台新闻台★AM1107 104.3浙江电台旅游之声104.5东方电台新闻综合AM1296 104.5浙江电台旅游之声AM603/1521 104.7镇海电台104.8苏州交通经济频率AM846 105.0湖州电台新闻台AM873105.1金山电台105.4杭州电台西湖之声105.7上海电台交通频率AM648 106.0海盐电台106.4慈溪电台106.7青浦电台106.9无锡电台交通台107.0浙江电台城市之声AM1530 107.7中央人民广播电台音乐之声（沪）107.9萧山电台91.5 中国国际广播电台。
螺纹的等级和标准各种螺丝螺纹一、螺纹是一种在固体外表面或内表面的截面上，有均匀螺旋线凸起的形状。
根据其结构特点和用途可分为三大类：（一）、普通螺纹：牙形为三角形，用于连接或紧固零件。
普通螺纹按螺距分为粗牙和细牙螺纹两种，细牙螺纹的连接强度较高。
（二）、传动螺纹：牙形有梯形、矩形、锯形及三角形等。
（三）、密封螺纹：用于密封连接，主要是管用螺纹、锥螺纹与锥管螺纹。
二、螺纹配合等级：螺纹配合是旋合螺纹之间松或紧的大小，配合的等级是作用在内外螺纹上偏差和公差的规定组合。
（一）、对统一英制螺纹，外螺纹有三种螺纹等级：1A、2A和3A级，内螺纹有三种等级：1B、2B和3B级，全部都是间隙配合。
等级数字越高，配合越紧。
在英制螺纹中，偏差仅规定1A和2A 级，3A级的偏差为零，而且1A和2A级的等级偏差是相等的。
等级数目越大公差越小。
1、1A和1B级，非常松的公差等级，其适用于内外螺纹的允差配合。
2、2A和2B级，是英制系列机械紧固件规定最通用的螺纹公差等级。
3、3A和3B级，旋合形成最紧的配合，适用于公差紧的紧固件，用于安全性的关键设计。
4、对外螺纹来说，1A和2A级有一个配合公差，3A级没有。
1A 级公差比2A级公差大50%，比3A级大75%，对内螺纹来说，2B 级公差比2A公差大30%。
1B级比2B级大50%，比3B级大75%。
（二）、公制螺纹，外螺纹有三种螺纹等级：4h、6h和6g，内螺纹有三种螺纹等级：5H、6 H、7H。
（日标螺纹精度等级分为I、II、III三级，通常状况下为II级）在公制螺纹中，H和h的基本偏差为零。
G的基本偏差为正值，e、f 和g的基本偏差为负值。
如图所示：1、 H是内螺纹常用的公差带位置，一般不用作表面镀层，或用极薄的磷化层。
G位置基本偏差用于特殊场合，如较厚的镀层，一般很少用。
2、g常用来镀6-9um的薄镀层，如产品图纸要求是6h的螺栓，其镀前螺纹采用6g的公差带。
3、螺纹配合最好组合成H/g、H/h或G/h，对于螺栓、螺母等精制紧固件螺纹，标准推荐采用6H/6g的配合（三）、螺纹标记四、自攻、自钻螺纹的主要几何参数：（一）、大径/牙外径（d1），为螺纹牙顶重合的假想圆柱直径。
螺纹精度等级•螺纹精度等级,螺纹的精度等级螺纹精度等级1、公制（din、iso、gb）分为6h、6g等级。
通常状况下是6h级。
公制日标(jis）分为ⅰ级、ⅱ级、ⅲ级等三种。
通常状况是ⅱ级。
2、英制为1b、2b、3b通常状况下是2b等级。
3、目前攻牙使用到的牙攻之牙山角度为二种：60度和55度,60度有公制牙 ...•螺纹精度等级？纹等级：5h、6h、7h。
（日标螺纹精度等级分为i、ii、iii三级，通常状况下为ii级)在公制螺纹中，h和h的基本偏差为零。
g 的基本偏差为正值，e、f和g的基本偏差为负值。
如图所示:1、h是内螺纹常用的公差带位置，一般不用作表面镀层,或用极薄的磷化层。
g位置基本偏差用 .。
.•螺纹精度等级纹等级：5h、6h、7h.(日标螺纹精度等级分为i、ii、iii三级，通常状况下为ii级）在公制螺纹中，h和h的基本偏差为零。
g 的基本偏差为正值，e、f和g的基本偏差为负值。
如图所示：1、h是内螺纹常用的公差带位置，一般不用作表面镀层,或用极薄的磷化层。
g位置基本偏差用 ..。
•螺丝--螺纹精度公差等级螺纹精度是由螺纹公差带和旋合长度共同组成的衡量螺纹质量的综合指标。
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.•光滑极限螺纹量规如何判定精度等级？内螺纹的小径（顶径)应用光滑极限量规检定，提供的标识还不够全,应该有该顶径的公差等级的标识。
查看原帖。
.。
•螺纹底孔加工直径的经验算法螺纹直径×1.0825＝底孔直径，5h／6h是螺纹精度等级,他们的公差是反映在中经上。
查看原帖 .。
•谁能告诉我m16×1的螺纹外径是多少啊？m16×1的螺纹外径是16mm－公差。
(其公差值可以根据螺纹精度等级查“细牙普通螺纹公差"表)查看原帖 ...•什么是螺纹公差带代号表示螺纹配合的公差等级,它即说明了螺纹是何种配合（过赢,间隙，过渡)又说明了螺纹的精度等级，旋合长度代号即表示螺纹旋合时的长度 .。
!计算机测量与控制!"#"$!$%!&"!!"#$%&'()'*+%('#',&-!",&(".!#%"!#收稿日期 "#""%##)$!修回日期"#""%%#$%作者简介 薛帅宁!%((#"&男&河南偃师人&硕士&助理工程师&主要从事气象信息化技术方向的研究%引用格式 薛帅宁&孔卫奇!基于海洋气象漂流浮标的动态测风技术研究'+(!计算机测量与控制&"#"$&$%!&")%"%)!文章编号 %&'%,*() "#"$ #&##%"#'!!-./ %#!%&*"& 0!1234!%%5,'&" 67!"#"$!#&!##$!!中图分类号 8;"',e `"!!文献标识码 :基于海洋气象漂流浮标的动态测风技术研究薛帅宁% 孔卫奇"!%`重庆市气象信息与技术保障中心&重庆!,#%%,'$"`成都市气象局&成都!&%%%$$"摘要 利用海洋气象漂流浮标对海洋风数据进行观测具有成本低*可抛弃性的优势&然而&海洋气象漂流浮标在海上动态观测环境中传感器倾角不断变化且改变速度不确定&引起了较大的测量误差$针对这一问题&搭建了模拟海洋动态环境的测风实验平台&选用_8',"V >@型超声波测风传感器对风速风向数据进行测量&并利用欧拉角模型和四元数模型对测风传感器姿态变化时的三个倾角进行解算$通过多次实验数据对比分析&发现传感器俯仰角$和横滚角)对风速风向测量影响最大&进而提出了多变量拟合的方法对所测风速风向数据进行误差补偿&补偿后的数据准确性得到了较大的提升$最后&结合真风订正算法设计了漂流浮标测风算法总流程&为后续的海洋气象漂流浮标测风提供了很好的参考价值%关键词 海洋气象漂流浮标$传感器倾角$动态测风$误差补偿$真风订正8'+'*(:H",/7,*#0:M 0,2)'*+%('#',&6':H ,"."17;*+'2",)*(0,')'&'"("."10:*./(04&0,1;%"7<=f>J F D 4242I %&[.9N M K 4Y4"!%`R J H 2I Y 42I @K 6K H O H S H I 41D S /2L H O P D 64H 2D 2Q8K 1J 2H S H I X >F 77H O 6R K 26K O &R J H 2I Y 42I!,#%%,'&R J 42D $"`R J K 2I Q F @K 6K H O H S H I 41D S ?F O K D F &R J K 2IQ F !&%%%$$&R J 42D "<=+&(*:&)D 2.1K D 2P K 6K H O H S H I 41D S Q O 4L 642I T F H X J D G 6J K D Q U D 26D I K G H L S H Z1H G 6D 2Q Q 4G 7H G D T S K 6H H T G K O U K H 1K D 2Z 42Q Q D 6D !A H Z V K U K O &6J K G K 2G H O 421S 42D 64H 2H L 6J K H 1K D 2P K 6K H O H S H I 41D S Q O 4L 642I T F H X 4G 1J D 2I 42I 426J K Q X 2D P 41H T G K O U D 64H 2K 2U 4O H 2P K 26D 6G K D &D 2Q 6J K 1J D 2I 42I G 7K K Q 4G F 21K O 6D 42&Z J 41J O K G F S 6G 42S D O I KP K D G F O K P K 26K O O H O !:4P K Q D 66J 4G 7O H T S K P &D 2K W 7K O 4P K 26D S 7S D 6L H O PL H OZ 42Q P K D G F O K P K 264G T F 4S 6&D 2Q D 2F S 6O D G H 241Z 42Q G K 2G H O !_8',"V >@"4G G K S K 16K Q 6HP K D G F O KZ 42Q G 7K K Q D 2Q Q 4O K 164H 2&D 2Q 6J K Y F D 6K O 24H 2P H Q K S 4G F G K Q 6H 1D S 1F S D 6K 6J O K K H T S 4Y F 464K G H L 6J KZ 42Q G K 2G H O !8J O H F I J 6J K 1H P 7D O 4G H 2D 2Q D 2D S X G 4G H L G K U K O D S K W 7K O 4P K 26D S Q D 6D &464G L H F 2Q 6J D 66J K 7461JD 2I S K $D 2Q O H S S D 2I S K )H L 6J K G K 2G H OJ D U K 6J K I O K D 6K G 642L S F K 21KH 26J KZ 42QG 7K K QD 2QQ 4O K 164H 2P K D G F O K P K 26&D 2QDP F S 64V U D O 4D T S K L 46642I P K 6J H Q 4G 7O H 7H G K Q 6H 1H P 7K 2G D 6K 6J K K O O H O H L 6J KP K D G F O K QZ 42Q G 7K K Q D 2Q Q 4O K 164H 2Q D 6D &6J K D 11F O D 1X H L 6J K 1H P 7K 2G D 6K QQ D 6DJ D G T K K 2I O K D 6S X 4P 7O H U K Q !_42D S S X &1H P T 42K QZ 46J6J K 6O F KZ 42Q1H O O K 164H 2D S I H O 46J P &6J K I K 2K O D S 7O H 1K G GH L 6J KQ O 4L 642I T F H X Z 42QP K D G F O K P K 26D S I H O 46J P4G Q K G 4I 2K Q &Z J 41J 7O H U 4Q K G D I H H Q O K L K O K 21K U D S F K L H O G F T G K Y F K 26P D O 42KP K 6K H O H S H I 4V 1D S Q O 4L 642I T F H X Z42QP K D G F O K P K 26!>'7?"(2+)P D O 42KP K 6K H O H S H I 41D S Q O 4L 6T F H X $G K 2G H O D 2I S K $Q X 2D P 41Z 42Q $K O O H O 1H P 7K 2G D 64H 2$6O F KZ 42Q 1H O O K 164H 2@!引言海洋风是海洋学和气象学观测中的基本要素参数&更是人类在海洋开发过程中必须参考的要素之一'%(%海上风灾难事故频发&根据之前的中国渔船安全分析统计研究表明&%(((!"##*年各类海上事故导致渔船损失'#,艘&其中风灾害事故就占据了其中的*%`)*g %由此可见&风灾害是导致渔船安全事故发生的主要原因&对海洋风的观测愈发显得重要'"(%通常所说的测风为陆地平面测风&对于海洋环境下风的观测&由于海面海浪*湍流等各种不稳定因素影响&使得在海上动态环境下的测风技术难度增大&测量结果误差较大%目前较多的有利用无人机携带传感器*多普勒激光雷达*船舶等进行海洋风数据观测'$*(%随着卫星跟踪*定位和通信技术的不断发展&越来越多的卫星跟踪浮标被用以开展海洋观测'&(%海洋气象漂流浮标是集海洋水文要素和气象要素为一体的*具有完全自主知识产权的国产海洋气象观测设备&具有观测要素多*经济性*可抛弃性等优点%基于海洋气象漂流浮标上的测风技术是指!投稿网址 Z Z Z!0G 01S X3B !1H P Copyright ©博看网. All Rights Reserved.第&期薛帅宁&等)""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""基于海洋气象漂流浮标的动态测风技术研究#%$!#搭载于海洋气象漂流浮标上的测风传感器在姿态动态变化条件下的测风技术%海洋气象漂流浮标长期工作在海面上&受海况影响&浮标体运动姿态不断变化&导致测风传感器倾斜角度也不断发生着变化&测量误差较大%因此在进行海面风要素测量时&对漂流浮标实时姿态数据进行观测很有必要%利用漂流浮标实时姿态变化数据&得出传感器的倾斜角度&对漂流浮标上搭载的测风传感器测得的风速风向数据进行质量控制和误差补偿&使所得数据满足气象观测业务的需要%传统的测风方法包括机械式*热线式*激光多普勒式等''(%机械式测风虽较为普遍&且价格低廉&但是不符合复杂海况条件下的观测环境$热线式测风具有易携带*灵敏度高等优点&但更多用于矿洞等狭窄空间中')($激光多普勒式测风仪具有响应快速*精度高的优点&但是需要人工掺入粒子作为散射中心&并且价格昂贵'((%超声波测风传感器具有精度高*稳定性强*能适应复杂的观测环境等优势&较为适合用来在动态环境下的风速风向测量'%#%%(%结合复杂海况的测量条件和经济成本&本文选取了_8',"V >@型超声波测风传感器&它采用声共振技术!D 1H F G 641O K G H 2D 21K "&体积小&可补偿温度*气压和湿度所带来的测量误差%采用固态一体化设计&无活动零部件&无需重新标定&且采用硬质阳极氧化铝外壳&具有极强的抗物理冲击性和极高的抗盐雾腐蚀能力&是专门为恶劣环境下测风技术设计的&符合此次海洋气象漂流浮标测风的技术要求%A !传感器倾角解算本文漂流浮标姿态信息的测量采用基于陀螺仪*加速度计和磁力计九轴测姿技术的@;=(#*#传感器&根据它测量出的四元数数据P #&P %&P "&P $进行三个姿态角的解算%为便于计算&本文选用欧拉角内旋转模型&即绕载体自身三个坐标轴的三次旋转的复合作用&各种不同的旋转顺序只要满足任意两个连续旋转必须绕着不同的两个旋转轴旋转的原则&即可对同一时刻载体的姿态进行正确的描述'%"(%本文选用的旋转顺序为Q R S R N &也称为,航空次序欧拉角-&旋转过程如图%所示%其中)T 7E E ;E 为载体坐标系&T 78?8;8为地理坐标系%定义绕S 轴旋转角度称为横滚角=>M M &用字母)表示&取值范围为\%)#b$绕N 轴旋转称为俯仰角4L ")&&用字母$表示&取值范围为\(#C $绕Q 轴旋转称为航向角O K &用*表示&取值范围为)#!$&#b &各个旋转正方向满足右手定则'%$(%欧拉角模型可以十分形象地表述出载体姿态角在三轴空间中的变化&因此最终的姿态解算结果都用欧拉角作为显式%但是在基于角速度传感器的姿态解算过程中&欧拉角法存在三角函数计算问题及方程的奇异现象'%,%&(&而四元数法不仅不会出现方程更新的奇异现象&而且易于计算%所以&具体的姿态解算过程一般转化为四元数法进行计图%!欧拉角旋转示意图算'%'(%四元数解算模型的基本思路是)定义一个绕参考坐标系的矢量通过单次转动可实现两个坐标系之间的转换&表达式如下)%#O -E L -)U -A6#O -P !%"式!%"中&L *U *6是虚数&O 是实数%其中三个虚数L *U *6满足)L #L #U #U #6#6#%%!""L #U #%U #L #6!$"U #6#%6#U #L!,"6#L #%L #6#U !*"!!根据fF S K O 定理和姿态四元数的,轴角-表示方法&可设一空间向量&等效载体旋转方向&由向量&和载体转动角度$可构造四元数来表示载体坐标方位%这样就可以用范数将载体所处的三维空间与四维空间联系起来&然后通过规范化后的四元数来描述三维空间的旋转%得到式!%"的最简形式'%)()%#1H G $'("-&#G 42$'("#P #-P %L -P "U -P $6!&"式中&P #&P %&P "&P $满足P "#e P "%e P ""e P "$d%设空间任一矢量'#d 7#L e #U e ;#6绕某一固定点旋转得到矢量'%d 7%L e ?%U e ;%6&利用姿态四元数表示旋转前后的坐标方位&可得)'%#.)#'##.!'"!!其中).为单位旋转四元数&.)为.的共轭&利用方向余弦矩阵作为转换桥梁&展开后可得方向余弦矩阵和四元数的关系转换表达式)7%%;*+,-%#P"#-P "%%P ""%P "$"!P %#P "-P ##P $""!P %#P $%P ##P """!P %#P "%P ##P $"P "#%P "%-P ""%P "$"!P "#P $-P ##P %""!P %#P $-P ##P """!P "#P $%P #P %"P "#%P "%%P ""-P *+,-"$#7##;*+,-#!)"!投稿网址 Z Z Z!0G 01S X3B !1H P Copyright ©博看网. All Rights Reserved.!!计算机测量与控制!第$%""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""卷#%,!#!!再对同一姿态不同的表达方式进行转换&即可得到欧拉角的四元数表达式))#D O 16D 2"!P "P $-P #P %"P "#%P "%%P ""-P "$!("$#%D O 1G 42"!P %P $%P #P ""!%#"*#DO 16D 2"!P %P "-P #P $"P "#-P "%%P ""%P "$!%%"B !实验平台搭建此次动态环境下测风的实验目的在于模拟海洋动态环境&对传感器姿态无规则变化下的动态测风进行数据测量和误差补偿&得到更加准确的风速风向值&为实际海况下海洋气象漂流浮标上的测风技术研究打下基础%实验过程中&将测姿模块与超声波测风传感器同轴安装&固定于风洞工作段中的垂直托盘上&随机晃动托盘改变传感器姿态&以秒数据同时接收实时风速风向数据和传感器姿态数据&对比风洞风速风向标准值&对传感器动态测风数据误差进行补偿%为方便多次测量&本文动态测风实验在^.N C :?!佐格"小型风洞中进行&测量过程如图"所示&该风洞能够提供最大"#P +G 的测试环境%风速测量标准器为^.N C :?!佐格"计量-;@"*##精密压差计&支持压差测风&风速数据可直观显示&实物图如图$所示&风向标准数据以超声波测风传感器自身无倾角状态下所测多组风向取均值作为标准值%图"!动态测风实验示意图图$!佐格计量-;@"*##精密压差计D !实验结果与分析D C A !实验步骤和方法%"实验设备安装%将超声波测风传感器与姿态测量模块同轴安装于实验风洞测试段下方的托盘上&可随托盘一体随机转动%""实验风场风速设置%选择*P +G *%#P +G *%*P +G *"#P +G 四种风速测试环境进行实验%$"测试数据的采集*处理与分析%随机晃动托盘动态地测量各种倾角下的风速风向数据和姿态变化数据&等风速风向测量数据稳定后&连续读取)组数据和同时刻风洞风速风向标准值!其中测试数据均取,秒-数据"&求出测量误差&并对其进行处理和分析&以便后续的误差补偿算法研究%D C B !实验数据处理分析,种风速测试环境下姿态倾角值*超声波风速风向测量值*风洞对比风速风向值以及误差值分析如表%!,所示%表%!*P +G 风洞风速下的测量数据及误差测试时间姿态角数据+!b "风速数据+!P +G"俯仰角横滚角航向角标准器传感器风速误差+!P +G "风向数据+!b "标准器传感器风向误差+!b"()%&)$%%!""%!&,!('*#!#$$*(!'""!$()%&)$"%$!)%!%%!&,!(',!(5#!#'#$*)5"()%&)$$"&!'$!,%!&*!#%,!)5#!"%#!$$*&5,!$()%&)$,$)!,%'!$$!"*!#%,!,5#!&%#!%$**5*!%()%&)$*"$!"$%!&$!"*!#%,!&5#!,%$*(!#$*&5$()%&)$&(!"%)!$$!"*!#",!)5#!""$*)!'$*$5*!'()%&)$'5%!$5,!""!%,!('*!%#!%$#!%$*)5"!%()%&)$)5%*!'5"%!,"!%*!#%,!)5#!"%%!'$*)5$!'由表%可知&风速测量误差区间为5#`&%!#`%$P +G &风向测量误差区间为)5*`'!"`$b %表"!%#P +G 风洞风速下的测量数据及误差测试时间姿态角数据+!b "风速数据+!P +G"俯仰角横滚角航向角标准器传感器风速误差+!P +G "风向数据+!b "标准器传感器风向误差+!b"()*%)%%#!'%!%%!'%#!#%%#5#!#%"!$$*'5*!$()*%)%"(!,"!$$!%%#!#%(!&5#!,%#$*'5$()*%)%$""!$)!($!%(!('(!$5#!&'$*(!'$*&5$!'()*%)%,$*!&%'!)%!'(!(')!)5%!%'%!%$*$5)!%()*%)%*"#!*%(!$%!'%#!#%(!,5#!&%#!'$**5*!'()*%)%&*!(%&!%$*(%#!#$(!&5#!,$$*)!($*,5,!(()*%)%'5%!&*!$$*(%#!#$(!(5#!%$$*(!*$*,5*!"()*%)%)5(!)5%#!&$*&(!('%#!$#!$$#!&$*'5$!&由表"可知&风速测量误差区间为5%`%'!#`$$P +G &风向测量误差区间为)5)`%!5$b %!投稿网址 Z Z Z!0G 01S X3B !1H P Copyright ©博看网. All Rights Reserved.第&期薛帅宁&等)""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""基于海洋气象漂流浮标的动态测风技术研究#%*!#表$!%*P+G 风洞风速下的测量数据及误差测试时间姿态角数据+!b"风速数据+!P +G"俯仰角横滚角航向角标准器传感器风速误差+!P +G "风向数据+!b "标准器传感器风向误差+!b"%#)"%)%)5%!"5"!$$*(%*!#%%*!%#!#($*(!*$*(5#!*%#)"%)%(5%&!'5"!%$*'!)%,!($%,!,5#!*$$*($**5,%#)"%)"#5$$!$5$!"$*'!)%,!($%$!(5%!#$$*)!'$,(5(!'%#)"%)"%5"#!'5%'!$*!'%,!($%,!"5#!'$$*($*%5)%#)"%)""5,!,5$%!&*!'%*!%#%,!'5#!,#!'$*,5&!'%#)"%)"$)!'5%*!"*!'%,!($%,!,5#!*$"!'$*,5)!'%#)"%)","%!)5%!'$!*%,!(&%$!(5%!#&"!'$*,5)!'%#)"%)"*$'!$5%&!*$!"%,!(&%$!,5%!*&$*)!&$*"5&!&由表$可知&风速测量误差区间为5%`*&P +G !#`#(P +G&风向测量误差区间为)5(`'!5#`*b %表,!"#P +G 风洞风速下的测量数据及误差测试时间姿态角数据+!b "风速数据+!P +G "俯仰角横滚角航向角标准器传感器风速误差+!P +G "风向数据+!b"标准器传感器风向误差+!b"%#)*%)"$5%!'5%!%"!%"#!#%%(!'5#!$%$*(!'$!,$!'%#)*%)",5%$!"5&!$$*'!&%(!("%(!"5#!'"%!%$!,"!$%#)*%)"*5")!*%,!"$*'!&%(!("%'!(5"!#""!$$*%!&5%#!'%#)*%)"&5%'!)5*!($!$%(!("%)!&5%!$"$*)!$$,(!,5)!(%#)*%)"'5%!"5(!)$!$%'!)"%&!)5%!#"$*)!$"*$!'5,!&%#)*%)")%"!'$!$$!$"#!"$%)!)5%!,$$*)!$$*"!"5&!%%#)*%)"("%!&%"!$$*(!""#!,%%)!$5"!%%$*'!&*!,'!)%#)*%)$#$,!*"%!)$*(!"%)!*"%*!(5"!,"$*)!$*!,'!%由表,可知风速测量误差值区间为5"`,"!5#`$%P +G &风向测量误差值区间为)5%#`'!'`)b%但是&实验过程中当风洞风速设为"#P +G 时&风速数据有突变&后经工作人员验证&该实验风洞由于电机功率问题&风洞风速在超过%)P +G 时不稳定&数据可靠性得不到保证&因此不再对"#P +G 风速下的测量数据进行分析研究%对表%!,中动态测风数据误差结果进行处理分析可知)%"随着风洞风速逐渐增大&测风误差随之增大&符合_8',"V >@型超声波测风传感器测量规律$""在倾角动态变化过程中&风数据测量不仅受到倾角变化还受到倾角变化速度等因素的影响$$"风速测量值随传感器倾角增大特别是俯仰角的增大而增大&横滚角的变化对其影响则不是很大&特别是前后倾斜角度对其影响较大!传感器自身有遮挡"&并且动态风速测量误差超过标准值%#g &因此需要对动态风速测量误差进行补偿$,"风向测量误差范围在\%#b以内&误差较小&但仍可对其进行误差补偿&以求测得更加精确的风向值%D C D !动态测风数据误差补偿$`$`%!风速测量数据误差补偿结合前文对动态测风误差影响因素的分析&将载体的线速度*角速度变化所带来的测量误差综合考虑为传感器姿态角的实时动态变化所带来的测量误差%由$`"节实验数据分析结果可知测量模块的俯仰角$和横滚角)两个因素对风速测量影响较大%因此&提出使用多变量拟合的方法&通过实验中测得的多组动态倾角下的风速测量数据与风洞风速标准值进行对比&可得到测量误差与俯仰角$和横滚角)的高次多项式&从而得到误差与这两个变量的关系&对所测量的风速数据进行误差补偿'%("#(%运用多变量数据拟合的方法&可得)%H #H %H )#.5##&,$8##&,!/M $5)8"!%""式中&H 表示标准风速值&H )表示在对应横滚角和俯仰角下的风速值&%H 为误差值$其中多项式的项数为M P D W #(%5-%(%8-%#!5-%"B !8-%"$/M 为系数$!5-8"为多项式最高项&应用有限元法离散出3组数据M !%"&M !""&M !$"&1&M !6"&相应地为俯仰角$和横滚角)标上上标&将每组数据代入式!%""中&可以得到如下方程组)!$"!%"!$""!%"!$$"!%"1!$5)8"!%"!$"!""!$""!""!$$"!""1!$5)8"!""22222!$"!6"!$""!6"!$$"!6"1!$5)8"!6*+,-"B /#/%2/M *+,-#%H !%"%H !""2%H !6*+,-"!%$"!!将式!%$"简写为)(!6B M P D W "B /#%H !%,"!!其中)(和%H 已知&/未知&该式属于超定方程组!6#MP D W "&解不存在'"%""(%但可以找到一个特定的/&使得等号两端的差值达到最小&这个差值可写为)H 7%(/"#!H 7%(/"D!H 7%(/"!%*"!!利用最小二乘法求出其最小二乘解&使其总的平方误差达到最小'"$",(%求出式!%$"的解'/#!/%!/"!1!/S P D W D&代入式!%""可得到多变量拟合表达式%得到风速测量误差与俯仰角$和横滚角)之间的关系&从而对动态测风结果进行误差补偿%在使用式!%""对误差进行拟合处理时&选择5d 8d "&可得)%H 7#V H %H )V #/))"$"-/')"$-/&)"-/*)$"-/,)$-/$)-/"$"-/%$-/#!%&"!!选取所测风洞风速为%#P +G 的实验数据进行多变量拟合误差补偿&根据所测得的风速数据误差值与对应的俯仰角$和横滚角)值代入式!%&"&可求出误差补偿多项式的系数为)/###`#'$%&/%##`##)'&/"##`##'*&!投稿网址 Z Z Z!0G 01S X3B !1H P Copyright ©博看网. All Rights Reserved.!!计算机测量与控制!第$%""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""卷#%&!#/$#%#`#'*"&/,##`"*$)&/*#%#`#$%&&/&##`##,*&/'#%#`##&(&/)##`###'!%'"!!将式!%'"所得系数代入式!%""可得到风速多变量拟合表达式&经过误差补偿后的结果如表*所示%表*!%#P +G 风速下误差补偿结果P +G 测试时间标准器风速测量风速补偿后风速补偿前误差补偿后误差()*%)%%%#!#%%#%#!%5#!#%#!#(()*%)%"%#!#%(!&(!'5#!,%5#!$%()*%)%$(!('(!$(!*5#!&'5#!,'()*%)%,(!(')!)(!"5%!%'5#!''()*%)%*%#!#%(!,(!*5#!&%5#!*%()*%)%&%#!#$(!&(!)5#!,$5#!"$()*%)%'%#!#$(!(%#!%5#!%$#!#'()*%)%)(!('%#!$%#!%#!$$#!%$图,!%#P +G 风速下误差补偿结果经过误差补偿后&风速测量误差结果区间为)5#`''!#`%$P +G &相较于补偿前误差结果得到明显改善%同样地&分别对*P +G 和%*P +G 风速下测量误差进行补偿%选取风洞风速为*P +G 的测试数据进行多变量拟合误差补偿&根据所测得的风速数据误差值与对应的俯仰角$和横滚角)倾斜角度代入式!%&"&可求出误差补偿多项式的系数为)/###`#&,'&/%##`##*"&/"##`##'$&/$#%#`#'*"&/,##`$&)'&/*#%#`#$%$&/&##`##,%&/'#%#`##&)&/)##`###'!%)"!!将式!%)"所得系数代入式!%""可得到风速多变量拟合表达式&经过误差补偿后的结果如表&和图*所示%经过误差补偿后&风速测量误差结果区间为)5#`$,!#`#,P +G &相较于补偿前误差结果得到明显改善%同样地&求出%*P +G 风速下误差补偿多项式的系数)/###`##)"&/%##`#$$&&/"##`%#%)&/$#%#`*'$"&/,##`%(&#&/*#%#`#$%*&/&##`##$(&/'#%#`##&'&/)##`##&(!%("!!将式!%("所得系数代入误差补偿多项式!%""可得到风速的多变量拟合表达式&经过误差补偿后结果如表'和图&所示%表&!*P +G 风速下误差补偿结果P +G测试时间标准器风速测量风速补偿后风速补偿前误差补偿后误差()%&)$%,!('**!#%#!#$#!#,()%&)$",!(',!(,!(*5#!#'5#!#"()%&)$$*!#%,!),!)'5#!"%5#!%,()%&)$,*!#%,!,,!&'5#!&%5#!$,()%&)$**!#%,!&,!)5#!,%5#!"%()%&)$&*!#",!),!(%5#!""5#!%%()%&)$',!('*!%*#!%$#!#$()%&)$)*!#%,!),!(5#!"%5#!%%图*!*P +G 风速下误差补偿结果表'!%*P +G 风速下误差补偿结果P +G 测试时间标准器风速测量风速补偿后风速补偿前误差补偿后误差%#)"%)%)%*!#%%*!%%*#!#(5#!#%%#)"%)%(%,!($%,!,%,!*5#!*$5#!,$%#)"%)"#%,!($%$!(%,!%5%!#$5#!)$%#)"%)"%%,!($%,!"%,!,5#!'$5#!*$%#)"%)""%*!%#%,!'%,!(5#!,5#!"%#)"%)"$%,!($%,!,%,!&5#!*$5#!$$%#)"%)",%,!(&%$!(%,!$5%!#&5#!&&%#)"%)"*%,!(&%$!,%$!(5%!*&5%!#&经过误差补偿后&风速测量误差结果区间为)5%`#&!#`#%P +G &相较于补偿前误差结果也得到明显改善%综上可知&通过多变量拟合的方法对动态风速测量误差进行拟合能够有效减小测量误差%$`$`"!风向测量数据误差补偿同样地&对风向测量误差!设为%$"与俯仰角$和横滚角)的变化值建立多变量拟合误差表达式)%$#V $%$)V #.5##&,$8##&,!/M $5)8"!"#"!!经过所测得的风向数据求解出表达式系数&利用最小二乘法求出表达式系数代入式!"#"得到多变量拟合表达式&从而得出风向测量误差与俯仰角$和横滚角)之间的关系&对动态测风风向误差结果进行误差补偿%!投稿网址 Z Z Z!0G 01S X3B !1H P Copyright ©博看网. All Rights Reserved.第&期薛帅宁&等)""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""基于海洋气象漂流浮标的动态测风技术研究#%'!#图&!%*P +G 风速下误差补偿结果经过校正处理后&风向测量数据误差补偿结果如表)和图'!(所示%表)!动态风向测量数据误差补偿结果!b"*P +G 测试风速%#P +G测试风速%*P +G 测试风速测试时间补偿前误差补偿后误差测试时间补偿前误差补偿后误差测试时间补偿前误差补偿后误差()%&)$%"!$"!,()*%)%%5*!$5$!&%#)"%)%)#!*5%!*()%&)$"5"5"!)()*%)%"5$5"!'%#)"%)%(5,5"!)()%&)$$5,!$5$!%()*%)%$5$!'5$!,%#)"%)"#5(!'5'!(()%&)$,5*!%5$!(()*%)%,5)!%5*!,%#)"%)"%5)5*!"()%&)$*5$5$!)()*%)%*5*!'5$!(%#)"%)""5&!'5,!"()%&)$&5*!'5$!*()*%)%&5,!(5$!)%#)"%)"$5)!'5&!%()%&)$'5"!%5"!'()*%)%'5*!"5$!"%#)"%)",5)!'5&!"()%&)$)5$!'5$!&()*%)%)5$!&5$!,%#)"%)"*5&!&5&!%图'!*P +G 风速下风向误差补偿结果D C F !实验结果与分析经过上述实验结果分析可知&经过误差补偿后&*P +G 风速下风速测量误差区间由5#`&%P +G !#`%$P +G 减小到5#`$,!#`#,P +G $%#P +G 风速下的风速测量误差区间由5%`%'!#`$$P +G 减小到5#`''!#`%$P +G $%*P +G 风速下的风速测量误差区间由5%`*&!#`#(P +G 减小到5%`#&!#`#%P +G %相较于补偿前风速测量误差结果均得到明显改善%对于风向测量数据&经过误差补偿后&风向测量误图)!%#P +G 风速下风向误差补偿结果图(!%*P +G 风速下风向误差补偿结果差整体有所减小%总体呈现出测试点误差较大时补偿效果较好&测试点误差较小时补偿效果不太好&甚至有所增大&但是经过补偿后误差效果整体更优%综上可知&通过多变量拟合法对动态风速风向测量误差进行补偿能够有效减小测量误差%F !真风订正算法设计漂流浮标的工作场所在海上&在动态海况条件下&装载于漂流浮标上的超声波测风传感器测量出的风速风向数据并不是自然情况下的真实值%经过前面动态环境下测风误差补偿后&还应该考虑由漂流浮标随洋流移动速度*方向的影响%当然&根据需要有时还需考虑由海面湍流等因素造成的浮标体旋转带来的测风误差%将漂流浮标上搭载的超声波测风传感器所测风速风向值&结合姿态测量模块所测出的漂流浮标姿态信息&经过测风误差补偿后&还应再结合漂流浮标上安装的N ;>定位系统所测出的浮标漂流速度和漂流方向进行真风订正计算&最终得到海面真实风速风向值%因此&将超声波传感器所测风数据称为,视风-&用W /0H 表示$浮标随洋流位置变化造成的风数据称为,船风-&用W /0!表示$自然风场的风数据称为,真风-&用W /0D 表示%可知三者的计算满足,平行四边形法则-&由浮标安装的N ;>定位系统可以获得浮标移动位置&进而求出其移动速度&即可得到,船风-数据'",(%!投稿网址 Z Z Z!0G 01S X3B !1H P Copyright ©博看网. All Rights Reserved.!!计算机测量与控制!第$%""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""卷#%)!#综上&可得真风计算公式)W /0D #W /0H %W /0!!"%"!!根据平行四边形法则定理&由下列公式便可得出真实风速风向值)N #(#C %$H !"""O #!H B 1H G N !"$"E X #!H B G 42N !","E #E X %!!!"*"!D #O "-E 槡"!"&"$D #(#C %D O 16D 2E O-$!!"'"式中&$H 为视风风向$!H 为视风风速$!!为船风风速$!D 为真风风速$$!为船风风向$$D 为真风风向%将前面误差补偿后的风速风向数据与真风订正算法相结合&便可以得到如下海洋漂流浮标测风算法流程)%"采集漂流浮标上超声波测风传感器所测实时风速H )和风向$)的值&以及同轴安装测姿模块所测同时刻的俯仰角$和横滚角)的值$""得出实时风速风向测量误差与对应时刻传感器俯仰角$和横滚角)的多变量误差补偿表达式$$"应用有限元法和最小二乘法得到误差补偿表达式的系数&从而得到补偿后的风速!Y 和风向$Y 的值$,"最后&根据N ;>定位系统所测得的,船风-风速!+和风向$+值&结合真风订正算法求出真实海况下的风速风向值%L !结束语本文模拟海洋动态观测环境&分别对*P +G *%#P +G 和%*P +G 风速下的风速风向数据进行观测分析&发现传感器俯仰角$和横滚角)对风速风向测量影响最大%于是&提出使用多变量拟合的方法对误差进行补偿&通过实验中测得的多组动态倾角下的风速风向测量数据与风洞标准值进行对比&建立了测量误差与俯仰角$和横滚角)的误差补偿多项式&从而得到误差值与这两个变量的关系&进而对风速风向数据进行误差补偿%对比补偿前后的数据&风速测量数据经过补偿后误差明显减小&风向测量值经过补偿后&准确度也有了较大提高&可以作为海洋气象漂流浮标测风技术误差补偿方法使用%该误差补偿算法在实验室测试阶段数据较为可靠&但仍可增加其他误差补偿方法与之进行对比&得出更优的补偿方法%最后&结合真风订正算法设计了真实海况下漂流浮标测风算法总的测试流程&为后续真实海况下漂流浮标测风提供技术支撑%参考文献'%(匡昌武&张雪芬&黄!斌&等`南海海洋气象观测技术现状与发展'+(!气象科技进展&"#"#&%#!,")%*%%*"`'"(尹尽勇&刘!涛&张增海&等`冬季黄渤海大风天气与渔船风损统计分析'+(!气象&"##(&$*!&")(#(*`'$(方!磊`基于多旋翼无人机海洋气象数据采集系统设计'-(!南京)南京信息工程大学&"#"%`',(景旭阳`相干多普勒测风激光雷达回波特性及风速估计算法研究'-(!济南)山东大学&"#"%`'*(慈元达`一种海上船载测风装置的设计与实验'-(!大连)大连理工大学&"#"#`'&(王!辉&丁军航&兰!勇&等`表层漂流浮标系统超低功耗改进设计及实现'+(!现代电子技术&"#"%&,,!%"")%%*%"#`''(李新波&朱阁彦&李厚禹&等`三维超声阵列风速风向测量方法'+(!西安交通大学学报&"#%(&*$!(")'#')`')(王纪强&李!振&孟!辉&等`矿用光纤热线式风速传感器设计'+(!工矿自动化&"#"%&,'!*")$#$,`'((马福民&陈!涌&杨泽后&等`激光多普勒测风技术最新进展'+(!激光与光电子学进展&"#%(&*&!%)")$%,"`'%#(文桂伏&郭子靖&沈洪奇`基于时差法的三维超声波测风传感器设计'+(!机械工程师&"#"%!%"")"'"(`'%%(郭星辰`三维超声波测风系统的设计'-(!南京)南京信息工程大学&"#%$`'%"(余博嵩&何!姣&曹晓钟`基于@f @>的海洋漂流浮标运动姿态测量系统设计'+(!电子测量技术&"#%(&,"!%#")((%#,`'%$(秦永元`惯性导航'@(!北京)科学出版社&"#%,`'%,(杜亚玲&刘建业&熊!智&等`N ;>+捷联惯性导航系统全组合导航系统的姿态组合算法'+(!中国空间科学技术&"##&!%")*$*)`'%*(黄!勇&方海斌`三种平台式惯导系统方案的性能分析'+(!现代电子技术&"##(!"()")%,`'%&(贾立山&李!昂`基于改进欧拉角公式的飞行仿真建模方法'+(!系统仿真学报&"#"%&$$!"")$$($,*`'%'(余博嵩`海洋漂流浮标运动姿态的测量和识别技术研究'-(!成都)成都信息工程大学&"#%*`'%)(周姜滨&袁建平&罗建军&等`基于联邦滤波的捷联惯性导航系统+N ;>全组合导航系统研究'+(!系统仿真学报&"##(&"%!&")%*&"%*&(`'%((唐达獒&史慧生`空心电抗器电感的多变量拟合及其优化'+(!大功率变流技术&"##(!%")$*$)`'"#(周亦武&王国锋&赵永生`船舶摇摆状态下风速测量误差分析与补偿研究'+(!仪器仪表学报&"#%,&$*!&")%"$(%",*`'"%(刘!浩&吴道庆&蒋跃红`基于超定方程组的分布式相参雷达标校方法'+(!空军预警学院学报&"#"#&$,!%")%)"#&$#`'""(李猷民&吕守国&周!洋&等`利用超定方程组的行波故障定位新方法'+(!山东大学学报!工学版"&"#%)&,)!&")(*%##`'"$(张宏群&陈!思&周!望&等`基于迭代重加权最小二乘法的雨滴谱函数拟合研究'+(!气象科学&"#""&,"!"")"$*",$`'",(丁华泽&胡育昱&魏!智&等`基于最小二乘法的地磁传感器轻量级温补机制设计与实现'+(!传感器与微系统&"#""&,%!"")'))%`!投稿网址 Z Z Z!0G 01S X3B !1H P Copyright ©博看网. 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!计算机测量与控制!"#"$!$%!&"!!"#$%&'()'*+%('#',&-!",&(".!#)&!#收稿日期 "#"$#%"&$!修回日期"#"$#$"#%作者简介 杨!彦!%)*)"&男&广西南宁人&硕士研究生&高级工程师&主要从事电子信息方向的研究%通讯作者 韦朝欣!%)&,"&男&广西河池天峨县人&硕士研究生&高级工程师&主要从事电子信息方向的研究%引用格式 杨!彦&韦朝欣!基于-[c 和交换芯片的中频软件无线电接收控制系统设计'+(!计算机测量与控制&"#"$&$%!&"))&%#$!文章编号 %'*%,()& "#"$ #&##)&#'!!-./ %#!%'("' 0!1234!%%5,*'" 67!"#"$!#&!#%(!!中图分类号 8@)%%!!文献标识码 :基于/6F 和交换芯片的中频软件无线电接收控制系统设计杨!彦% 韦朝欣"!%;广西农业职业技术大学信息工程学院&南宁!($####$";广西壮族自治区人力资源和社会保障厅信息中心&南宁!($####"摘要 软件无线电是无线通信方式之一&为了精准接收中频软件无线电信号&确保中频软件无线电信号接收控制效果&设计了基于-[c 和交换芯片的中频软件无线电接收控制系统$加设数字信号处理芯片和交换芯片&通过振荡器*滤波器*混频器等元件的连接&设计无线电接收机&通过调整逻辑控制电路优化接收控制器&生成并执行接收控制指令$在系统硬件的支持下&利用-[c 技术采集并处理中频软件无线电信号&校准无线电信号的不平衡程度&通过调制样式识别*解调以及分类存储等步骤&实现系统的接收控制功能$系统测试结果表明&在此次设计系统的控制下&无线电接收信号的平均信噪比高达,*;,S P &能够精准接收中频软件无线电信号&具有较好的中频软件无线电信号接收控制效果&有效扩大无线电的接收范围%关键词 -[c 芯片$交换芯片$振荡器$中频软件无线电$接收控制系统/'+37,"5H E6"5&;*('C *13"C '4'303,7!",&(".6:+&'#G *+'1",/6F *,16;3&4D 3,7!D 3$=:@9=?2%&Y K /<F ?I Z 42"!%;[1F I I O I J /2J I H M ?64I 2K 2A 42G G H 42A &9>?2A Z 4b I 1?64I 2?OD 24N G H Q 46T I J:A H 41>O 6>H G &@?2242A!($####&<F 42?$";/2J I H M ?64I 2<G 26G H I JC >M ?2^G Q I >H 1G Q ?2S[I 14?O [G 1>H 46T -G 7?H 6M G 26I J9>?2A Z 4E F >?2A :>6I 2I M I >Q^G A4I 2&@?2242A!($####&<F 42?"28+&(*4&)[I J 6V ?H G H ?S 4I 4Q I 2G I J 6F GV 4H G O G Q Q 1I M M >241?64I 2M G 6F I S Q !/2I H S G H 6I?11>H ?6G O T H G 1G 4N G /XQ I J 6V ?H G H ?S 4IQ 4A 2?O Q 2SG 2Q >H G 6F G H G 1G 764I 2?2S 1I 26H I O G J J G 16I J /XQ I J 6V ?H G H ?S 4IQ 4A 2?O Q &?2/XQ I J 6V ?H G H ?S 4IH G 1G 764I 2?2S1I 26H I O Q T Q 6G M W ?Q G SI 2-[c?2S Q V 461F 42A 1F 474Q S G Q 4A 2G S !:S SS 4A 46?O Q 4A 2?O 7H I 1G Q Q 42A 1F 47?2S Q V 461F 42A 1F 47&S G Q 4A 26F G H ?S 4I H G 1G 4N G H 6F H I >A F 6F G 1I 2U 2G 164I 2I J I Q 14O O ?6I H &J 4O 6G H &M 4Z G H ?2SI 6F G H 1I M 7I 2G 26Q &I 764M 4\G 6F G H G 1G 4N 42A 1I 26H I O O G HW T ?S 0>Q 642A 6F G O I A 411I 26H I O 14H 1>46&?2S A G 2G H ?6G ?2SG Z G 1>6G 6F G H G 1G 4N 42A 1I 26H I O 1I M M ?2S !Y 46F 6F G Q >77I H 6I J 6F G Q T Q 6G MF ?H S V ?H G &-[c 6G 1F 2I O I A T 4Q >Q G S 6I 1I O O G 16?2S 7H I 1G Q Q /XQ I J 6V ?H G H ?S 4I Q 4A 2?O Q &1?O 4W H ?6G 6F G 4M W ?O ?21G I J H ?S 4I Q 4A 2?O Q &?2S H G ?O 4\G 6F G Q T Q 6G M h Q H G 1G 764I 21I 26H I O J >2164I 26F H I >A F M I S >O ?64I 27?66G H 2H G 1I A 2464I 2&S G M I S >O ?64I 2?2S1O ?Q Q 4J 41?64I 2Q 6I H ?A G !8F GQ T Q 6G M6G Q 6H G Q >O 6Q Q F I V6F ?6>2S G H 6F G1I 26H I O I J 6F G S G Q 4A 2Q T Q 6G M &6F G ?N G H ?A G Q 4A 2?O U 6I U 2I 4Q G H ?64I I J 6F G H ?S 4I H G 1G 4N G S Q 4A 2?O 4Q >76I ,*;,S P &V F 41F 1?2?11>H ?6G O T H G 1G 4N G 6F G /XQ I J 6U V ?H G H ?S 4I Q 4A 2?O &F ?Q ?A I I S /XQ I J 6V ?H G H ?S 4I Q 4A 2?O H G 1G 764I 21I 26H I O G J J G 16&?2SG J J G 164N G O T G Z 7?2S Q 6F G H ?S 4I H G 1G 764I 2H ?2AG !9':;"(1+)-[c1F 47$Q V 461F 42A 1F 47$I Q 14O O ?6I H $/XQ I J 6V ?H G H ?S 4I $H G 1G 4N 42A 1I 26H I O Q T Q 6G M <!引言软件无线电是基于现代通信原理&以数字信号处理为中心的开放式无线通信结构体系%软件无线电体系是将模块化*标准化的硬件部件以总线形式相连&组成一个通用的硬件平台&再由软件负载实现多通道*多层次的无线通信功能'%(%软件无线电具有可编程的^X 波段*通道访问模式*调制解调模式&将从信源基带信号处理到^X 信号的发射与接收均趋于数字化&其目标是使通讯系统脱离硬件架构的限制'"(%由于系统结构比较稳定&因此可以采用软件来完成各种功能&从而可以进行有效地更新&同时&也可以降低体系之间的交换和兼容性%鉴于上述特点&软件无线电被广泛地应用于各个领域%根据软件无线电的传输频率&可以将其分为低频*中频和高频$种类型%其中&中频软件无线电是指频段在$##"$###3C \的无线电&该类型无线电的传输需要经过$个过程&分别为发送*传送和接收&受到诸多因素的影响&!投稿网址 V V V!0Q 01O T3\!1I M Copyright ©博看网. All Rights Reserved.第&期杨!彦&等)基于-[c """"""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""和交换芯片的中频软件无线电接收控制系统设计#))!#中频软件无线电在接收环节存在明显的功能问题&主要体现在无线电信号接收丢失*信噪比低等方面&为此&设计中频软件无线电接收控制系统具有重要意义%文献'$(采用模拟最小化和数字最大化方法&利用芯片内部集成的高速模数转换器&结合时钟锁相环&设计了一种软件无线电架构的接收机控制模拟前端电路&并完成软件无线电的接收控制工作%文献',(采用本振光梳解调射频信号&并接收带宽的子信道&调整了信号的接收方式&根据信号接收原理&实现对接收程序的控制%然而上述方法存在接收控制效果差的问题&无法实现对接收范围*接收精度的有效控制%为了提高中频软件无线电信号接收控制效果&在-[c 和交换芯片的支持下&设计中频软件无线电接收控制系统%将-[c 芯片*交换芯片*中频软件无线电接收机和中频软件无线电接收控制器作为控制系统的主要硬件设备&提高数据的读取速度和同步存取能力%采用:+-*-+:转换器对信号进行数字化处理&通过调制样式识别*解调和分类存储&解决了中频软件无线电信号接收控制效果差的问题%=!中频软件无线电接收控制系统硬件设计从硬件和软件两个方面设计中频软件无线电接收控制系统&应用-[c 芯片作为无线电信号的处理元件&采用交换芯片&接收控制指令传输&利用供电电源电路连接硬件设备&完成中频软件无线电接收控制系统硬件设计&为控制程序的运行提供硬件支持&中频软件无线电接收控制系统原理如图%所示%图%!中频软件无线电接收控制系统原理框图图%中&中频软件无线电接收控制系统的核心为数字信号处理部分&信号输入后&经过:+-转换器处理为高速数字信号&交由-[c 芯片*交换芯片对无线电信号进行进一步的处理&经过-+:转换器完成信号的采集和处理任务&输出最终信号%=>=!数字信号处理芯片-[c 芯片可以为中频软件无线电解码*操作*甚至是在时间和频率上生成离散信号提供最优的处理器&在-[c 芯片中加入了乘法累积运算&因为一般采用卷积运算&所以在-[c 中R:<运算被优化处理为单个-[c 的单周期指令&使得-[c 的工作效率得到了显著地改善%另外&-[c 还通过优化寻址方式&使其能够有效地读出或写出存储器电路的离散数据%利用哈佛结构&-[c 实现了对数据和指令的同步存取&极大地加快了读写的速度%在此次设计的中频软件无线电接收控制系统中&采用8R [$"#<'*%$型号的-[c 芯片&其内部结构如图"所示%8R [$"#<'*%$芯片内置%U *R W 的芯片内存&具有$"图"!数字信号处理芯片内部结构图W 46的存储空间%片内^:R 由两个部分组成&分别为程序+<?1F G 存储器和数据+<?1F G 存储器%二者均使用B %c +B "级缓冲结构%8R [$"#<'*%$指令集里的所有命令都是条件指令&根据某种条件决定是否执行%位运算指令&包含位域抽取*设定*清除*位计数*规格化等%也可以进行位元寻址&得到&W 46+%'W 46+$"W 46的数据%=>?!交换芯片交换芯片是千兆通信网络技术的核心&它能将多个局域网的网络部分连接起来&扩大网络的覆盖范围&从而实现中频软件无线电的远距离接收&并支持无线电接收控制指令的远距离传输%中频软件无线电接收控制系统中加设交换芯片的组成结构如图$所示%图$!交换芯片组成结构图在运行过程中&交换芯片采用/K K K &#";$协议&在&个不同的千兆位端口间进行R:<帧的交换&主要包括学习和转发%学习是指在端口收到R:<帧后&从R:<帧中抽取出相应的数据&然后在索引表中搜索相应的数据项&根据搜索结果生成地址索引信息&确定主机地址与端口之间的映射关系'((%而在转发过程中&当端口收到请求转发的R:<帧时&从R:<帧中抽取目标地址&在R:<地址列表中寻找对应的节点&从而获得对应目标地址的端口号&然后再将R:<帧发送到相应的端口%根据交换芯片所需的%##R 网口和%个%3R 网口&选择P <R ($","型交换芯片&它包括",个全双工%#P :[K U 8+%##P :[K U 8e &并具有!投稿网址 V V V!0Q 01O T3\!1I M Copyright ©博看网. All Rights Reserved.!!计算机测量与控制!第$%""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""卷#%##!#通信网络诊断功能%=>@!中频软件无线电接收机设计使用的中频软件无线电接收机由振荡器*滤波器*混频器*数字上+下变频器等部分组成&其内部连接方式如图,所示%图,!中频软件无线电接收机组成元件连接示意图中频软件无线电接收机中使用的振荡器单元采用双锁相环开关模式&其中一个正常使用时&则另一个进行配置并完成锁定%两个锁相环轮流执行组态锁相&确保每个时间都能有一台锁相环信号源工作%在接收机中&中频滤波器的作用是选择中频&减少频段干扰&提高信号的信噪比''(%在此次设计中&选择了'RC \的频带%它是一种用于接收的滤波器&它包括一个预选择滤波器和一个镜频抑制滤波器%预选择滤波器通常是在低噪声放大器前面的射频前端的一阶$镜频抑制滤波器是实现对图像信号的抑制&通常是在低频放大器后面进行'*(%混频器'&(的功能主要是由一个倍增电路来实现&将相关设备元件按照图,表示方式进行连接&即可得出中频软件无线电接收机的设计结果%=>A !中频软件无线电接收控制器中频软件无线电接收控制器主要用来生成并执行接收控制指令&控制器内部的逻辑控制电路由<c B -完成&逻辑控制电路如图(所示%图(!中频软件无线电接收逻辑控制电路图此次设计的无线电接收控制器采用逻辑时序作为驱动原理&其主要包含宽动态范围信号检测与处理单元中的数字衰减器驱动*高速:-<采样驱动以及相关运算&高速振荡器单元中的c B B 器件驱动以及相关频率运算和切换控制&中频处理单元中调整中频:9<增益的-:<驱动')(%将中频软件无线电接收控制器与接收机相连&保证控制器输出的控制信号能够直接作用在中频软件无线电接收机上&从而执行相应的控制任务%!中频软件无线电接收控制系统软件功能设计在中频软件无线电接收控制系统硬件的支持下&采集传输的中频软件无线电信号&并对其进行预处理&校准信号的不平衡度&经过解调*分类存储等环节&实现系统的无线电接收控制功能%>=!利用/6F 技术采集并处理中频软件无线电信号中频软件无线电的传输原理是)在尽可能接近天线的位置&采用宽带的:+-*-+:预先把接收到的信号进行数字化&然后通过数字信号处理技术&对数字信号进行同步提取*信号调制样式的识别*信道解码*信号特征提取&整个无线电控制协议部分全部由软件编程来完成'%#(%利用带通采样原理对传输的中频软件无线电信号进行采集&以此作为接收对象%设中频软件无线电信号的频带范围为'/O I V G H &/>77G H (&则中频软件无线电信号的采样速率设置为)/Q ?M 7O 42A 6"!/O I V G H M />77G H ""'H ?S 4I M %!%"式中&'H ?S 4I 为中频软件无线电信号的采样量&该变量要求满足如下条件)%2'H ?S 4I 25/>77G H '(J!""式中&5'#(整型函数表达式&J 为中频软件无线电信号带宽%按照设置的信号采样速率&得出第4个中频软件无线电信号的采样结果为)H !4"6"槡9'!%M %M *"4<2(71I Q '!0=M 0$"<2M %(M '!4"!$"式中&9为无线电达到接收机的功率&%**和%分别表示的是多普勒频移影响的码速率偏移*相位时延的归一化值和初始相位&<2为无线电信号的采样周期&0=和0$对应的是载波和多普勒频移的角频率&'!4"为无线电信号中的噪声部分'%%(%在:+-带通采样之后&在低频部分仍会产生与原始信号相同的数字信号%在'H ?S 4I 为偶的情况下&取样后的低频带会产生与原始信号频率一致的频谱$但是如果'H ?S 4I 是奇数&那么采样后的基带频谱就会发生与它的中心频率相反的现象&如果在带通取样之后&基带上的频谱是负的&那么对信号进行正交变换即可%为保证系统中频软件无线电信号的接收控制效果&需要对初始采集的无线电信号进行变换处理'%"(%另外&数字混频正交变换过程可以量化表示为)H I H 6F I AI 2?O !'"6H !'".7>"'/<!,"式中&/O I ?S 为载频%按照上述过程&在-[c 芯片的支持下&完成中频软件无线电信号的采集与处理工作%>?!中频软件无线电信号不平衡校准根据采集的中频软件无线电信号估计接收机在任意位置上的不平衡度&无线电信号在幅度与相位两个维度上的不平衡度估计结果可以表示为)!投稿网址 V V V!0Q 01O T3\!1I M Copyright ©博看网. All Rights Reserved.第&期杨!彦&等)基于-[c """"""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""和交换芯片的中频软件无线电接收控制系统设计#%#%!#2A 61''6%12"W!'"31''6%12"B!'槡"32%67H 1Q 421''6%12B !'"2W !'"31''6%12"B!'"31''6%12"W!'槡567"3!("式中&2B !'"和2W !'"分别表示初始采集中频软件无线电的B *W 分量'%$(%在已知不平衡度的情况下&为校正无线电的/]不平衡&需构建无线电幅值的逆矩阵&通过逆矩阵与无线电信号分量的叠加&得出中频软件无线电信号不平衡校准处理结果如下)2B 7S 01!'"2W 7S 01!''("6%#6?22%%2A 1I Q 2)*+,%2B !'"2W !''("!'"!!将实时采集的中频软件无线电信号以及公式!("的计算结果代入到公式!'"中&即可输出中频软件无线电信号不平衡的校准结果%>@!实现中频软件无线电接收控制功能在控制器的支持下&生成控制信号驱动中频软件无线电接收机&完成调制样式识别*解调以及接收存储等功能&由此实现系统的无线电信号接收控制功能%";$;%!自动识别中频软件无线电信号调制样式通过对中频软件无线电信号调制样式的识别&确定信号解调方式&从而将无线电模拟信号转换为数字信号%将所有调制样式的中频软件无线电信号采用统一数学公式来表示&数学表达式如下)2!&"6A !&"1I Q `M *!&'("!*"式中&A !&"为信号的瞬时包络&*!&"为瞬时相位&`表示的是信号综合角频率'%,(%调制样式的自动识别主要根据中频软件无线电信号特征参数与不同调制类型标准信号特征的匹配度&提取的部分无线电信号特征参数可以表示为)1:6(0)D D <'A S '!&"(";H1"6%'/'1*"/!4"(7%'/1*/!4'("槡567"!&"!!其中);H 和'/分别为无线电的取样点数及属于非弱信号的个数&A S '!&"和*/!4"为零中心归一化瞬时幅度和相位非线性分量'%((%在考虑特征权重的情况下&对公式!'"提取的特征参数进行融合处理&得出的无线电信号综合特征标记为1=&最终利用公式!)"计算4类调制标准信号与当前接收无线电信号之间的匹配系数))!4"61!4"#1=G 1!4"GG 1=G!)"式中&1!4"为4类调制标准信号的运行特征参数'%'(%利用公式!*"实现当前无线电信号与所有调制标准信号的特征匹配&取匹配系数对应的信号调制类型作为当前无线电信号调制样式的自动识别结果%";$;"!中频软件无线电信号解调根据中频软件无线电信号调制类型的自动识别结果&对实时传输过来的无线电信号进行解调处理%采用数字相干解调原理完成无线电信号解调&解调原理如图'所示%图'!中频软件无线电信号解调原理图通过正交调制得到的调制信号&可以通过正交解调来还原原始信号'%*(%中频软件无线电信号的数字相干解调过程可以分为$个步骤&分别为调幅*调频和调相&其中调幅解调过程可以表示为)A S G M I S >O ?64I 2!'"63"B !'"M 3"W !'槡"!%#"!!其中)3B !'"和3W !'"分别表示的是同相分量和正交分量&将公式!%#"的计算结果代入到初始接收到的中频软件无线电信号中&替代初始信号的瞬时包络幅值&从而完成无线电信号的调幅解调结果'%&(%同理对无线电信号中的频率和相位进行解调&通过解调系数的替换&得出中频软件无线电信号的解调处理结果%";$;$!中频软件无线电信号接收与分类存储根据中频软件无线电信号的接收量&在接收机端预留出相应的存储空间%利用公式!%%"确定中频软件无线电接收结果的所属类型),!24"6'111=1#!4"711=11#!4"'111"=7!11="槡"#'111"#!4"7!11#!4""槡"!%%"式中&'1为提取的特征参数数量&1#!4"为当前存储空间中现有无线电信号的标准特征'%)"#(%根据公式!&"的计算结果&选择,!24"取值最大的存储空间作为无线电接收信号的实际存储位置&完成该信号的分类存储%按照上述步骤&反复执行解调与分类存储过程&并对分类存储空间进行实时更新&按照接收的时间顺序生成无线电信号接收列表&由此完成系统的信号接收与控制任务%@!系统测试为了测试此次设计的基于-[c 和交换芯片的中频软件无线电接收控制系统的有效性&将硬件和软件的设计结果看作一个整体&接收多组中频软件无线电信号&并观察在控制系统作用下接收信号的精度和数量&通过对接收信号性能的分析&体现出无线电接收控制系统的控制功能%!投稿网址 V V V!0Q 01O T3\!1I M Copyright ©博看网. All Rights Reserved.!!计算机测量与控制!第$%""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""卷#%#"!#@>=!配置并调试系统运行环境系统运行环境配置主要分为两个步骤&首先将-[c 芯片*交换芯片等相关的硬件设备安装到电路板上&并与主测计算机相连&将所有的硬件设备切换至工作状态%在此基础上&利用编程工具实现系统接收控制功能程序的开发&并直接导入到主测计算机中%为保证主测计算机能够支持此次设计系统的运行工作&在主测计算机内部装设:^R 处理器&操作系统设置为B 42>Z ";'版本%系统运行环境的调试包括$个部分&在硬件设备调试工作中&先对电路板进行目测检查&即根据图纸详细的要求&对每一台设备的型号和插脚进行检查&以确保电路板上的电极元件和设备的型号准确%在电路板上电之前&先进行电气接地状况的试验&以避免因过多或设备插脚造成的电气接地故障%利用万用表测量电路板上各个供电端的接地电阻&并测量输入+输出端的接地电阻&以确保各个电源和接口的接地电阻都在正常范围之内%软件驱动调试主要是观察驱动程序的时序是否符合相关设备的驱动时序&确定了整个软件驱动的时间控制是否符合设计要求&并对整个控制过程进行了精确*合理地分析%在系统联合调试环节&验证控制系统软件程序是否能够驱动硬件设备产生控制信号&并作用在接收机上%系统运行环境配置并调试成功后&执行系统测试实验的下一步操作%@>?!生成中频软件无线电信号样本利用中频软件无线电信号发射器&生成正余弦波*方波*三角波等多种波形的无线电信号作为传输对象&将其量化保存到发射器中&然后通过信号的读取将其添加到传输队列中%#%号中频软件无线电信号样本的生成结果如图*所示%图*!中频软件无线电信号样本波形图实验共生成%##组无线电信号样本&初始生成的信号样本中存在噪声&噪声强度约为$S P %@>@!描述系统测试过程将生成的中频软件无线电信号通过无线信道定向传输给接收机&同时启动中频软件无线电接收控制系统&得出相应的无线电接收结果%中频软件无线电接收控制系统的运行界面如图&所示%按照上述方式可以得出所有无线电样本的接收结果&图&!中频软件无线电接收控制系统运行界面为了测试此次设计系统在接收控制功能方面的优势&分别设置文献'$(系统和文献',(系统作为实验的对比系统&并按照上述方式得出对比控制系统下的中频软件无线电接收结果%@>A !设置系统控制功能测试指标此次系统测试实验分别通过对接收无线电质量与数量的度量&证明此次设计系统在接收精度和接收范围两个方面的控制效果%设置无线电接收质量的测试指标为无线电信噪比&其数值结果如下),6;H ?S 4I;@I4Q G!%""!!其中);H ?S 4I 和;@I 4Q G 分别表示的是接收无线电信号中的有效信号量和噪声信号量%另外设置中频软件无线电接收范围的量化测试指标为无线电信号接收量&该指标的测试结果为);H G 1G 4N G 61'>6%'>!%$"式中&'>为传输信道>接收到的无线电信号数量&'1F ?22G O 为接收区域内包含的信道数量%最终计算得出无线电信号信噪比越高&证明无线电信号的接收质量越好&间接证明对应系统在接收精度控制方面具有明显优势&而指标;H G 1G 4N G 越大&说明信号接收数量越多*接收范围越大&则说明对应系统具有良好的接收范围控制功能%@>B !系统测试结果与分析$;(;%!中频软件无线电接收精度控制功能测试结果在不同控制系统作用下&获取中频软件无线电的接收结果&通过接收无线电信号的分析&反映出系统在接收精度控制功能方面的测试结果如表%所示%将表%中的数据代入到公式!%""中&计算得出在两个对比系统控制下&接收到中频软件无线电的平均信噪比分别为%';"S P 和"#;,S P &而在此次设计系统的控制下&得到无线电信号的平均信噪比为,*;,S P %由此可知&此次设计系统的无线电接收信号信噪比较高&具有较好的无线电信号接收质量和接收精度控制%!投稿网址 V V V!0Q 01O T3\!1I M Copyright ©博看网. All Rights Reserved.第&期杨!彦&等)基于-[c """"""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""和交换芯片的中频软件无线电接收控制系统设计#%#$!#表%!中频软件无线电接收精度控制功能测试结果无线电样本编号文献'$(系统文献',(系统此次设计系统有效无线电信号量+S P 无线电信号中的噪声量+S P 有效无线电信号量+S P 无线电信号中的噪声量+S P 有效无线电信号量+S P 无线电信号中的噪声量+SP #%*&,((*)",'&##"##"*&&,**),$%&##%,#$*&%("*)%$*&##%)#,**(,)*&,,,*)&%'#(*)#,'*)","&##"%#'*)%(#*)($&*)*%$#**&(,$*)#$'&##"##&*&#,**&(,#*))%($;(;"!中频软件无线电接收范围控制功能测试结果统计不同系统控制下&接收机收到的实际无线电信号量&通过公式!%$"的计算&得出反映系统无线电接收范围控制功能的测试结果如图)所示%图)!系统无线电接收范围控制功能测试对比结果从图)中可以看出&接收机收到的无线电信号更多&在不考虑接收机配置和发送无线电信号差异的情况下&与其他两种系统相比&此次设计系统接收到的实际无线电信号量更多%由此证明&此次设计系统能够在一定程度上扩大无线电的接收范围%A !结束语本文设计了基于-[c 和交换芯片的中频软件无线电接收控制系统&主要针对中频软件无线电的接收问题进行分析&通过-[c 和交换芯片*振荡器*滤波器*混频器等元件&设计系统硬件结构%并在系统硬件的支持下&实现系统的接收控制功能%从系统测试结果中可以看出&此次设计的控制系统能够有效提高无线电的接收质量&同时扩大接收范围&达到预期的控制效果%在今后的研究工作中&可以根据低频和高频软件无线电信号特征&对此次设计控制系统的运行系数进行调整&实现对软件无线电全频信号的接收控制%参考文献'%(庄子源&班!恬!基于软件无线电的:-[U P 信号接收机设计'+(!电讯技术&"#"%&'%!*")&$$&$&!'"(周!超&王!耀&熊仁和&等!基于无人机的无线电监测定位效率提升研究'+(!计算机仿真&"#""&$)!$")'"''!'$(孙金中&付秀兰&高艳丽!软件无线电架构的导航接收机模拟前端设计'+(!电子技术应用&"#""&,&!&")%$%%$,&%$)!',(董群锋&陈!博!基于光信号偏振复用的微波光子信道化接收机'+(!激光与光电子学进展&"#""&()!"%")%%*%"$!'((黄堂森&李小武&曹庆皎!认知网络中无线电信号智能感知方法研究'+(!应用科学学报&"#"#&$&!$"),%#,%&!''(杜太行&陈!霞&孙曙光&等!9c 周期势随机共振在无线电弱信号检测中的应用'+(!仪表技术与传感器&"#"#!*")%##%#,!'*(罗义军&覃语豪!中频宽带信号采集存储回放系统设计'+(!科学技术与工程&"#""&""!%#")$))&,##,!'&(刘金霞!基于深度学习的无线电信号分类'+(!兰州理工大学学报&"#"%&,*!,")%#'%%#!')(邱钊洋&李天昀!面向中频的短码直扩信号数字盲解扩算法'+(!系统工程与电子技术&"#"#&,"!%#")"$''"$*$!'%#(肖!玮&闫隆基&刘思蔚&等!基于相关融合的B X R <Y 雷达规则区中频信号提取法'+(!计算机应用研究&"#"#&$*