风机塔筒刚度圆监测技术的应用研究

依据塔筒刚度与塔筒变形的关系,通过监测塔筒的倾斜角度获得塔筒的刚度圆。以风电机组塔筒及基础结构变形特点为研究对象,通过实时采集机组塔筒和基础的实时晃动角度数据,利用刚度圆分析技术,对风电机组塔筒及基础的刚度变化进行实时监控,实现了对风电机组塔筒的螺栓松动、基础损伤等故障的监测。

基于电磁能量收集的无源WiFi物联网散射通信

为解决传统的物联网(IoT)通信设备功耗大、需要人工定期维护、频繁更换电池等问题,该文提出一种基于电磁波能量收集的无源WiFi物联网散射通信方法。该方法基于低功耗微处理器实现WiFi反向散射通信,同时利用自身收集的电磁波能量实现系统自供电,具有功耗低、无需电池、体积小、成本低、免人工维护、容易大量部署等诸多优势,可广泛用于物联网领域。

射频隐身数据链的通信波形参数优化建模

针对数据链在恶劣环境下被截获概率过高的问题,建立了一种基于射频隐身的通信波形参数优化模型。基于环境感知系统得到的通信距离和截获距离等先验知识,该优化模型以原始消息序列长度、编码码率、扩频因子、调制方式和波形分集度为优化参数,以指定距离的通信速率和被截获概率为优化目标,通过归一化和线性加权变换得到总优化目标,最后使用遍历法得到总优化目标的最大值并将对应的通信波形参数作为最优解。仿真结果表明:当载体信息安全等级提高时,优化模型在约束值范围内将通信速率适度降低,将被截获概率从原来的8.6×10-7降低至6.9×10-9;当数据链处于最恶劣的环境时,相同平均通信速率条件下优化后数据链的被截获概率可降低至优化前的1/1 000,大大提高了射频隐身性能。

基于图像信息熵的随机数可视化表达

为了提高严格受控环境下信息隐写算法的安全性和鲁棒性,基于网络图像大数据提出了一种针对小容量负载的图像零隐写隐秘通信算法.在构建算法所需的完备库时,首先根据网格描述符对图像进行单元熵的提取以形成熵矩阵,然后提取熵矩阵的特征值以降维从而减少计算量,最后根据量化算法将特征值量化为一组随机数以构建完备库.实验结果表明:该算法由于没有改变原始载体图像,所以对于抗击已知原始载体的统计、比对分析和尺度缩放攻击、旋转攻击具有非常好的效果,在尺度缩放和旋转攻击的实验中数据恢复率达到95%以上.在安全级别高、受监控程度严格、容量较小的隐匿通信中,比如对称密码系统密钥的交换,具有重要的应用价值.

面向物联网的抗干扰LoRa物理层设计

为降低LoRa物理层在相同扩频因子(Spreading Factor,SF)干扰下的误比特率(Bit Error Rate,BER),设计一种新的抗干扰LoRa物理层通信模型,采用汉明码作为信道编码,利用啁啾扩频调制(Chirp Spread Spectrum,CSS)作为调制方式,设计符号交织和双倍对角矩阵交织器将汉明码和CSS调制串联,形成一种比特交织编码调制结构,分散干扰造成的突发连续错误。采用蒙特卡洛法在高斯和瑞利信道下进行BER性能仿真,结果表明,在干扰通信环境下,传统LoRa物理层BER曲线存在误码平层问题,BER降至10-3后不再随信噪比增加而降低,而抗干扰LoRa物理层有效消除误码平层现象,高信噪比下的BER比传统LoRa降低一个数量级。说明抗干扰LoRa物理层可有效改善干扰下的BER性能,降低多节点物联网通信网络的数据包重传次数和能量消耗,从而延长网络生命周期。

一种可编程宽带放大器的设计

以AT89S51单片机和FPGA为控制核心,利用可编程增益放大器THS7001和可变增益放大器AD603,设计一种可编程精密宽带放大器。测试结果表明:该可编程宽带放大器的增益范围为-6～70 dB,通频带为40 Hz～15 MHz,低噪声,并具有自动增益控制功能,动态范围达60 dB。

基于加权效用函数的LoRa扩频因子和码率分配

针对大规模LoRa网络数据包到达率下降、能耗急剧增加的问题,提出了基于加权效用函数的LoRa扩频因子和码率分配方法。首先,建立扩频因子和码率对数据包到达率和能耗的耦合影响关系;然后,基于赏罚机制建立数据包到达率和能耗的效用函数,并以它们的加权值为目标函数,利用贪心算法进行扩频因子和码率联合分配;最后,通过遍历搜索的方法确定最优的权重系数。仿真结果表明,相比目前最新的CA-ADR算法,所提算法的网络平均数据包到达率提高了21.2%,网络平均能效提高165%。本文算法有效提高了LoRa网络的通信可靠性和终端设备的生命周期,在智慧城市、智慧农业等众多场景具有较高的应用价值。

数字幅频均衡功率放大器设计

一、方案的选择 数字幅频均衡功率放大器设计，其难点主要有两个，即数字幅频均衡与功率放大。采用何种方案以及方案的优劣直接决定了能够达到指标的高低和实现起来的难易程度，下面我们就两者方案选择进行介绍。

一种PCIe 3.0高速数据采集卡驱动及上位机软件的实现

信息化条件下的联合一体化战争中,实时采集到的海量数据对上位机和采集卡间的数据传输速率提出了更高的要求。为解决采集卡与上位机之间的海量数据传输问题,结合Arria 10GX1150器件,实现了一种基于PCIe 3.0的驱动与上位机软件的开发方案。对使用WinDriver开发设备驱动和DMA传输方法进行了介绍,并设计和实现了一种使用乒乓操作优化DMA传输链路的方法。实验结果表明,在PCIe 3.0链路下,数据采集速度可达到200 MB/s,而且稳定高效,能够满足高速数据采集要求。

一种新的衰落信道自适应Turbo码调制方法

针对衰落信道下频谱资源利用率较低的问题,提出了一种自适应Turbo码调制方法。该方法在一定平均辐射功率和通信误码率的约束下,以优化平均频谱效率为目标,将衰落信道划分为N个相邻的衰落区域,并利用拉格朗日函数法求得了最优的衰落区域边界值。仿真结果表明：与同等复杂度的自适应网格编码调制方案相比,本文方法的平均频谱效率获得了将近2~3dB的性能增益,与香农极限仅相差3dB;与非最优4衰落区域相比,最优4衰落区域有将近1dB的性能增益。本文方法可显著提高无线通信系统的平均频谱效率。

基于互联网+大学生创新创业大赛培养学生工程意识和创新能力——以铝电解炭渣浮选后碳粉中碳回收工艺设计为例

在"大众创业,万众创新"的时代背景下,由兰州理工大学化学工程与工艺专业本科生组建的创新团队,针对铝电解炭渣的污染问题,结合企业的技术与经济效应需求,设计开发了铝电解炭渣浮选后碳粉中碳回收工艺。本设计获全国大学生创新创业年会"最佳创意项目"称号及"互联网+"大学生创新创业大赛银奖。

基于STM32和FPGA的远程宽带幅频特性测试系统

介绍一种基于STM32与FPGA双控制核心的远程宽带大动态范围的幅频特性测试装置。该装置采用直接数字频率合成芯片AD9959产生频率和幅度均可控的正弦信号,并将其发送至待测网络。接收端对待测网络的输出信号进行可变增益放大和欠采样数字峰值检测后,将幅频信息通过WiFi模块无线传输至上位机进行幅频特性曲线的显示。该装置具有500 kHz～100 MHz的宽带扫频范围,52 dB的大动态范围,灵敏度可达100μV,支持多节点测试。由于采用了欠采样技术,该系统不需要高速ADC即可完成宽带信号采样,具有成本低、易维护等特点,可满足分布式测量、野外作业等特殊场景下的幅频特性测试需要,具有广阔的应用前景。

基于FPGA的便携式正交锁相放大器研制

基于FPGA研制了一种用于微弱信号检测的便携式正交锁相放大器。先由信号处理模块接收待测信号并对其进行可变增益放大与工频噪声滤波,经过A/D转换模块转换后输入FPGA,通过数字锁相环完成对待测信号的相位锁定,提取反馈信号以计算待测信号幅度,实现微弱信号检测。该锁相放大器的幅度测量范围为100 nV^100μV、动态范围达60 dB,相位精度达0.001°。该系统设计为便携式设备,成本低,易维护,可满足野外作业等特殊环境的测量要求,具有广阔的应用前景。

一种面向物联网的轻量级增强型长距离物理层设计方法

为了提高LoRa在衰落信道下的误码率性能,该文设计了一种轻量级的增强型长距离(EnLoRa)物理层。首先,采用循环码移位键控(CCSK)作为纠错码,级联对角矩阵交织和啁啾扩频(CSS)调制技术,构造了一种新的比特交织编码调制(BICM)结构。然后,基于该结构,提出了一种基于比特对数似然比信息的软CSS解调和软译码算法,并将译码输出后的外信息作为先验信息反馈至解调模块,进行迭代译码。仿真结果表明,与相同码率的LoRa系统对比,EnLoRa系统在高斯信道下的编码增益提高了0.8 dB,在瑞利信道下的编码增益提高了7 dB。在此基础之上,通过多次迭代译码,还可以获得最大2.5 d B的额外收益。时间复杂度增加不到10%,空间复杂度增幅可忽略不计。该方法可望进一步降低物联网节点的功耗,在室内、市区和工业等复杂多径场景具有较大的应用价值。

基于Turbo码和ODPD判决法的LoRa改进方法

为了提高LoRa技术的通信距离,提出了一种基于Turbo码和正交二分峰差(ODPD)判决法的LoRa改进方法。首先设计了一个基于Turbo码的编码方案,提高LoRa的接收灵敏度,从而提高了LoRa通信距离;然后以LoRa的频移啁啾调制(FSCM)技术为基础,提出正交二分峰差判决法,改进现有LoRa技术的解调方法,进一步提高系统接收灵敏度和通信距离。实验表明,在相同条件下与现有LoRa技术相比,该改进方法在接收灵敏度上提高了约3 dB,在自由空间下的通信距离提升了约40%。

自适应量化索引调制音频信息隐藏算法

在保证良好的透明性和鲁棒性基础上,为了提高隐蔽信息的容量,提出了一种基于听觉掩蔽效应的自适应量化索引调制（QIM）音频信息隐藏算法。该算法首先针对人类听觉感知特性,综合考虑同时掩蔽和后掩蔽效应,独立计算掩蔽阈值,相对于固定划分临界带,嵌入隐蔽信息后,透明性大大提高;其次将量化索引调制应用于音频信息隐藏,相对于经典的音频信息隐藏技术,量化索引调制方法能提高信息隐藏容量。实验表明,量化索引调制方法结合信道编码技术后,能够保证在低误码率的条件下,隐蔽信息容量能达到2500bps。因此,通过该算法嵌入隐蔽信息后的音频文件不仅在隐蔽信息容量上有显著的提高,而且具有很好的透明性,同时也能抵抗一定的攻击,算法在隐蔽信息容量、透明性和鲁棒性达到了很好的平衡。

基于直接数字频率合成的远距离散射通信方法

远距离(LoRa)散射通信(BC)不仅成本低、功耗低,而且通信距离远。但现存散射方案的系统组成复杂,且无法应用于实际工程。为此该文提出一种新的LoRa散射通信方法,采用直接数字频率合成(DDS)技术产生频率线性变化的方波作为LoRa散射调制信号,并据此首次展示了基于MCU的LoRa散射通信系统原型样机。实验结果表明,该方法能够在相距208 m的基站和接收端之间的任意位置实现低功耗LoRa散射通信,且兼容现有的商用LoRa射频芯片组。此外,该方法还适用于专用集成电路(ASIC)设计,可使LoRa散射IC有更高的鲁棒性、更低的成本和功耗。

基于FPGA的全数字高速跳频信号发生器设计

为了提高跳频信号的频率,改善频率分量的杂散,提出了一种基于FPGA的全数字高速跳频频率合成器的设计方法。基于数字控制振荡器技术(NCO)和并行架构的思路确定8路并行NCO;借助低电压差分信号(LVDS)技术,将各路NCO输出的全数字低速信号串行化为高速信号。实验结果表明,采用全数字设计方法,跳频信号的采样率可达到单路时钟的8倍;跳频带宽在300~550 MHz之间时,跳频频率杂波抑制优于60 dB。

多用户多相DCSK保密通信方案

多用户和多进制差分混沌移位键控因可有效提高通信速率而得到广泛研究,但传统的多用户多进制差分混沌移位键控采用多电平实现多进制通信,存在误码率高的缺陷,因此提出了一种基于相移键控的多用户多进制差分混沌移位键控方案。利用星座点上的相位来代表多进制信息,星座点对应的两路分量分别调制正交的混沌载波序列,并采用沃尔什码区分不同的用户。推导了该方案在高斯白噪声信道下的理论误码率并进行了蒙特卡洛仿真。仿真结果表明,仿真值和理论上推导的误码率一致,当传输数据量小且保证同样的传输速率下,误码率要求为10-4时,本方案所需的比特信噪比比现有的保密系统少6 dB。因此,该方案可明显降低误码率,在混沌保密通信领域具有很好的应用前景。

基于MCU的无源Wi-Fi散射通信方法

与有源Wi-Fi相比,Wi-Fi散射通信具有功耗低、成本低的优势.但目前大多数研究都存在现场可编程门阵列(FPGA)功耗大和专用集成电路(IC)制作成本高的问题.为此该文提出一种基于微控制器(MCU)的无源Wi-Fi散射通信方法,用低主频MCU生成了纳秒级时序精度的Wi-Fi散射调制波形,并进行了低功耗设计和优化,开展了基于能量收集的MCU电源管理和无源系统设计,并首次展示了基于室内弱光能量收集的无源Wi-Fi原型样机.测试表明,通信瞬时功耗1.8mW,比有源器件降低了2~3个数量级.系统待机功耗2.5μW,有效通信距离15m,兼容现有的商用Wi-Fi设备,且成本低,无需电池.