相控阵天线主控系统中实时数据交互

波束控制系统是高功率相控阵天线的神经中枢,负责天线阵面中所有单元相位的精确控制和状态监测任务。为实现天线阵面的快速、精确波束转换,采用分布式拓扑结构和嵌入式实时操作系统,设计了两级分布式波束控制方案,开发了基于VxWorks的相控阵天线主控系统。通过UDP协议实现主控系统与其他系统的多节点网络通讯;针对高速、实时通讯需求,利用VxWorks多任务编程接口,设计了一种基于双缓冲队列的Socket通讯方法;为使通讯被各方正确解析,制定了自定义的应用层协议。基于VxWorks的相控阵天线主控系统的开发应用,验证了方案的可行性以及控制软件的可靠性和稳定性。     

航天卫星遥测数据管理与应用系统设计过程控制方法研究

过程控制技术应用于航天器地面系统开发过程已成为航天领域研究的热点问题。本文基于航天卫星遥测数据管理与应用系统的设计过程,研究了航天卫星遥测数据管理与应用系统设计过程的基本框架,分析了系统结构,以模块化化设计的理念,搭建了遥测数据管理系统的设计过程,给出了各模块系统的定义和功能结构,分析了系统模块的通信协议,最后对系统设计过程的基线确定和基线变更给出了统一的管理过程设计。     

控制器局域网络总线在阵列天线中的应用

为控制数万单元的阵列天线,基于控制器局域网络（CAN）总线设计了一套多级通信系统。分析了CAN总线的拓扑结构,根据每路CAN的带负载能力设计了多级CAN总线通信网络的基本结构;基于Nios II软核处理器设计了CAN总线通信节点硬件电路;最后根据阵列天线控制功能的要求,基于CAN2.0B协议设计了应用层通信协议和应用程序。阵列天线波束扫描实验表明,通信系统满足500 kbps以上传输速率的要求,通信时间抖动小于1 ms,当阵列天线辐射峰值功率达到GW量级时仍可以有效控制天线系统。     

控制器局域网络总线在阵列天线中的应用

为控制数万单元的阵列天线,基于控制器局域网络（CAN）总线设计了一套多级通信系统。分析了CAN总线的拓扑结构,根据每路CAN的带负载能力设计了多级CAN总线通信网络的基本结构;基于Nios II软核处理器设计了CAN总线通信节点硬件电路;最后根据阵列天线控制功能的要求,基于CAN2.0B协议设计了应用层通信协议和应用程序。阵列天线波束扫描实验表明,通信系统满足500 kbps以上传输速率的要求,通信时间抖动小于1 ms,当阵列天线辐射峰值功率达到GW量级时仍可以有效控制天线系统。     

光纤CAN环形网络的研究

由于光纤优良的抗电磁干扰能力、低损耗等特点,使光纤CAN网络在微波加热等复杂工业环境中得到越来越广泛的应用。在分析了CAN总线通信协议和光纤媒介拓扑结构的基础上,提出了一种基于LPC2292微控制器的光纤CAN环形网络的设计方案。采用光收发一体模块和2X2光分路器相结合的方式,设计了相应的接口电路和CAN控制器软件,并根据信号衰减和延时计算出网络可容纳的最大节点数。通过3个节点的光纤CAN环网实验,验证了该网络设计方案的有效性。     

基于光伏逆变器通信协议的智能匹配技术研究

随着能源危机、气候变暖、环境污染等问题日益严重,发展分布式清洁能源已经成为一项国策。大量企业采用基于RS485、RS232等通信接口的Modbus协议作为一种通用工业标准在光伏逆变器等电站设备中作为数字化通信标准,针对不同厂家、不同型号的光伏逆变器与光伏主站之间存在多种协议规约需要主动适配的工程问题,通过对不同厂家、不同型号的光伏逆变器所涉及各种类型通信协议的深入分析和大量工程应用实践,提出了一种用于自动解析光伏逆变器通信协议的算法模型,并基于此模型研发了一种基于光伏逆变器通信协议的智能匹配技术,有效解决了不同类型光伏逆变器与光伏主站的通信问题。经过工程应用验证表明,应用该技术可以实现已解析协议的快速接入、新接入协议的快速解析匹配和已接入设备的现场调试等功能。     

有源星型光纤CAN网络的数据传输系统的研究设计

在电磁干扰较强的工业现场环境下,为了提高数据传输的可靠性,以光纤作为数据传输介质的应用越来越广泛。目前以光纤作为传输介质的CAN总线的标准并没有形成,对各种CAN网络的拓扑结构和光纤CAN网络的特点进行了分析之后,提出了一种基于光纤的有源星型CAN网络的数据传输系统的设计方案。设计出数据传输系统的结构、硬件和软件,其中硬件主要包括用LPC2292作为CAN控制器,光纤收发模块的设计以及采用FPGA芯片作为有源耦合器的主控芯片,软件主要包括基于LPC2292微控制器实现CAN应用层协议和上位机监控软件的设计。通过四个CAN节点的实验的测试,系统具有良好的可靠性,同时验证了系统设计方案的正确性与可行性。     

一种链式无线路由协议的液压支架压力监测系统设计

本文研究并设计了一种基于无线传感器网络的液压支架压力信息采集节点,并以此为基础搭建了监测系统平台。首先对无线网络拓扑结构分析,以提高网络整体生命周期为目的,设计了一种链式结构的简单无线路由协议。在此基础上,以CC2530为主处理器完成压力采集节点软、硬件设计。最后,给出了系统采集到的液压支架工作阻力数据。测试结果表明,系统能够实现液压支架压力实时监测功能,满足应用需求。     

基于HLA的仿真运行控制方法设计

仿真运行控制是仿真运行支撑平台的关键技术,大型复杂仿真试验需要将仿真运行平台部署在多个运行终端上,针对分布式网络通信的需求,基于HLA分布式网络通信协议,提出一种基于HLA的仿真运行控制方法;该方法基于HLA的6大标准服务设计了包括对象管理、试验调度、事件管理等功能的仿真引擎,并考虑终端的承载能力实现终端节点的分布式部署,在仿真试验运行过程中对系统运行状态和成员信息进行动态实时监控,较好地提高了仿真试验的运行效率。     

水声通信网竞争式介质访问控制协议的研究

水声通信网介质访问控制(Media access control,MAC)协议决定了节点共享水声信道资源的方式,它直接影响到水声信道的利用率和网络的整体性能。本文简要介绍了Aloha、MACA-U和UW-CSMA/CA三种竞争式MAC协议的基本原理,并基于NS2仿真平台,在集中式单跳网络和分布式多跳网络两种拓扑结构中对Aloha、MACA-U和UW-CS/MACA三种竞争式MAC协议的吞吐量、平均端对端时延、冲突率和协议开销等性能进行对比,并分析数据包长度对三种协议性能的影响,为实用MAC协议的设计提供了有效的参考数据和策略。     

基于小波分析的某型装备发动机分布式在线检测系统设计

针对现代战车大型发动机强干扰下的在线故障检测需求,设计了一种基于小波分析的某型发动机分布式在线检测系统。整体设计基于分布式设计思想,在某型发动机合适部位设置检测节点,通过CAN总线传递数据到显控中心;利用CAN总线进行数据传送,提高了测量与控制的精确度,减少了传送误差,增强了故障分析的准确度;显控中心综合运用了小波变换和模式识别技术进行故障诊断,具有快速故障定位能力和拓扑适应能力;应用表明,该系统能够较好的适用于某型发动机的在线监控,使用方便,故障诊断快速有效,解决了发动机在线预警和故障诊断的问题。     

可用于建筑结构检测的分布式光纤形变片

本文在光时域反射计(OTDR)和光纤形变片的基础上,提出了一种分布式光纤传感器-分布式光纤形变片.该检测方法属于OTDR的损耗调制法,即通过测量粘贴于光纤形变片上的光纤弯曲损耗来获取测量点的应变量或位移量.作者分别在微位移架和悬臂梁进行了位移检测和应变检测,结果表明该分布式光纤形变片提供了一种可检测应变量与位移量的检测方法.值得注意的是,该分布式光纤形变片的传感网络采用时分复用的总线拓扑,能在一根光纤上同时检测多个检测点的变化.     

ARINC659总线桥接的设计及对总线同步的影响分析

ARINC659总线因其在时间和空间上均提供了完备的故障冗余和操作健壮性,已经逐渐在对数据通信确定性及故障沉默和屏蔽要求较高的航天领域中展开应用。为了使ARINC659总线能够更好的适应航天器综合电子系统的高度冗余容及分布式控制的需求,对一种能够在不同设备中ARINC659总线之间相互桥接的技术进行了研究,进而实现分布式综合电子系统中所有硬件模块的统一时序规划和通信调度,可以显著提升系统中的资源共享、并行处理、故障冗余及分布式控制能力,同时也为关键系统中不同设备中的硬件模块间实现严格的时序关系操作提供了一种解决方案。最后就桥接对ARINC659总线同步机制的影响进行了分析,据此提出了桥接设计的约束和实现规则。     

分布式大容量光纤光栅传感网络的组网技术

基于光纤光栅复用传感原理,结合F-P可调谐滤波技术,采用波分复用与空分复用相结合的方法构建光纤光栅复用传感网络,并对传感网络中的电源、可调谐滤波器、光电探测器、光开关及传感光纤光栅阵列的组成等进行分析和选择,提出了结构优化的分布式、大容量光纤光栅传感网络的组网方案。通过在光路中使用F-P标准具和参考光栅对波长值进行标定和校准,提高了传感系统的测量精度,为构建大容量、高精度、实时性强的光纤光栅传感系统提供了设计参考。分布式大容量光纤光栅传感网络在多点、多参量和大空间范围传感测量领域具有广阔的应用前景。     

安全传送明文的量子直传实验方案设计

乒乓直传协议是一种新颖的量子直传通信协议。基于量子纠缠特性,乒乓协议允许绝对安全地进行明文直接通信和渐进地进行密钥安全分发。是一种绝对安全的即时通信协议。该量子直传协议将来有望成为安全稳定的光量子通信的主流方式。然而,目前还没有该协议的物理实现方案。分析了乒乓直传协议的工作原理．给出了该协议的流程图,进而分析了协议的物理实现机制,结合纠缠光子源、自由空间单光子路由控制和单光子检测技术,提出了在自由空间中实现乒乓直传协议的实验技术方案,并设计出了乒乓直传协议的实验装置。此实验技术方案为从实验角度进一步研究乒乓协议,以及未来此协议的商业化应用提供了参考。     

可用于建筑结构检测的分布式光纤形变片

本文在光时域反射计（OTDR）和光纤形片的基础上,提出了一种分布式光纤传感器－分布式光纤形变片,该检测方法属于OTDR的损耗调制法,即通过测量粘贴于光纤形变片上的光纤弯曲损耗来获取测量点的应变量或位移量,作者分别在微位移架和悬臂梁进行了位移检测和应变检测,结果表明该分布式光纤形变片提供了一种可检测应变量与位移量的检测方法,值得注意的是,该分布式光纤形变片的传感网络采用时分复用的总线拓扑,能在一根光纤上同时检测多个检测点的变化。     

数据传输模式自适应切换的设计与实现

给出一种采集数据传输到服务器过程中,互联网和GSM两种模式之间自动切换的机制,以处理业务运营中的不同情况。若采集器无互联网环境,则启动GSM模式,即通过短信发送数据。若有互联网环境,则启动互联网模式。并在互联网模式下,根据业务需求,对采用的通信协议(TCP/UDP)进行自适应调整。为满足即时性要求,选择UDP作为通信协议,但当通信时延超过限定值时,则切换至TCP协议;为满足可靠性要求,选择TCP作为通信协议,但当接收的连接数将超过服务器最大承载量时,切换至UDP协议。另在互联网模式下,若长期得不到采集器响应,则切换至GSM模式。在JAVA开发环境下对该机制进行设计,并通过socketTool工具对其功能进行验证。结果显示,自适应融合模型能根据不同业务需求进行模式间切换,运行平稳。     

基于布里渊光时域反射仪的边坡监测光纤传感器结构

分布式布里渊光纤传感技术在边坡监测领域中有极大的应用潜力。坡体局部产生的大应变往往会超过光纤的承受能力导致光纤断裂,并且由于系统空间分辨率的限制,难以获得一个准确的测量结果。为适应边坡监测,开发了用于分布式布里渊光纤传感的光纤传感结构,通过管子和滑轮构成具有保护作用的往返式结构,在短距离上增加了传感光纤的长度,不仅扩展了光缆对局部变形的耐受度,同时也提高了应变监测准确度。设计对比校准实验,验证了其在空间分辨率为1 m时的性能,并在人工浅层边坡上进行现场监测实验,验证了其对滑坡监测的有效性。此外,由于光缆在改良装置的保护下不与外界接触,光缆的存活率显著提高。     

基于侧向耦合结构的准分布式光纤液漏传感器

针对现有的准分布式光纤传感测量技术复杂、精度不高且响应时间较慢等问题,设计出一种实时性高且成本更低的准分布式光纤传感器。传感器主要由柔性LED灯带和带有侧向耦合结构的聚合物光纤组成。侧向耦合结构被LED逐一照亮,形成一系列传感单元。光通过侧向耦合结构入射聚合物光纤中,当LED和耦合结构之间的介质改变时,耦合光强增加,光纤两端输出光强随之增加,则可将液漏事件转化为耦合介质改变来测量。结果表明,准分布式光纤液漏传感器具有检测和定位漏水信号的能力且定位精度小于等于10cm,实现了液漏检测和漏点定位的功能。     

基于实验物理与工业控制系统的EAST真空抽气及加料控制系统设计

介绍EAST 真空及加料监控系统底层和顶层的架构设计、连锁保护设计、运行模式设计以及系统部署。在底层架构中,真空抽气和加料监控系统分别采用两套相互独立的光纤环网拓扑,构成双光纤环网结构。顶层设计主要采用符合大科学装置规范的实验物理与工业控制系统(EPICS)架构。系统设计主要特点是将底层双光纤环网结构拓扑和顶层EPICS 架构相结合,构建了大型分布式真空抽气和加料数据采集与监视控制系统。测试结果表明整套监控系统运行稳定可靠,该监控系统不仅为EAST 装置实验提供了可靠支撑,同时也为未来其它大科学装置的监控系统构建提供参考和借鉴。