面向工业互联网的语义编码传输方法及应用

通过将语义通信技术引入工业网络,构建了一个面向工业互联网的语义编码传输系统。系统中设计了语义编解码器以提取信源中的语义信息,相对于传统通信系统,基于语义信息的通信有更高的信息压缩效率与更高的符号差错容忍能力。同时引入信源信道联合编解码器,以信源信道联合编码的方式将语义信息转化为信道符号传输,进一步提升系统对工业网络通信资源的利用效率。所有编解码器均构建在深度神经网络架构Transformer上,确保了编解码器对语义信息的理解能力及系统的泛化能力。在工业药品生产场景中,对该系统进行测试,结果显示:相较于传统通信方案,该语义编码传输系统在图像重建质量和传输处理速度方面均有显著提升。且系统对下游任务的性能影响极小,保证了工业生产中如缺陷检测等关键任务的准确性。

基于区块链的车联网跨域数据安全传输系统设计

为有效应对车联网系统在数据传输过程中的安全问题,提出一种基于区块链的车联网跨域数据安全传输系统。该系统将车联网安全数据传输过程划分为注册、安全通信与数据共享三个关键环节。在注册阶段,车辆和路边单元需要通过可信机构完成注册,以确保其的身份合法性;在通信阶段,为了减少路边单元与车辆频繁认证,设计了跨域认证的方法,保障数据传输的可靠性和完整性,并引入假名来保护用户隐私;在共享阶段,文中设计了基于多线程遍历共享广播森林的事务广播算法,利用广度优先搜索思想建立广播森林,并使用多线程遍历进行数据事务广播传输。实验仿真结果显示,文中方案的签名计算成本减少70%,验证计算成本减少41%;其次,在ER模型下,相比使用Gossip协议进行事务数据传输,该方案中交通数据事务总时间降低了93%;在BA模型下降低了87%。

基于电场耦合的电能信号并行传输系统串扰抑制方法

针对较大功率电场耦合无线电能传输系统信号双向高速传输的需求,该文提出一种基于部分能量通道的电能与信号并行传输系统的串扰抑制方法。通过对所提出的系统拓扑进行分析,给出了电能传输增益表达式与电能串扰增益表达式,并分析了阻波电路参数变化对电能串扰增益的影响;基于交流阻抗法及香农定理分别给出了信号传输增益及信道容量表达式,分析了信号支路参数对信道容量的影响;在综合考虑信号传输增益、信道容量及阻波电路参数敏感性的情况下,给出系统信号支路参数的设计方法。该方法能保证系统在较大功率下降低电能串扰,保障信号稳定传输,实现信号的双向高速传输。通过仿真与实验验证了所提出的拓扑和参数设计方法的有效性。搭建的实验装置实现了传输530.4 W的电能,23.28 Mbit/s信号正向传输速度和24.2428 Mbit/s信号反向传输速度。

虚实结合的传输线工作状态仿真与应用实验设计

针对传统微波实验少、教学难和设备维护成本较大、实验与工程脱节等问题,以同轴电缆故障检测为应用背景,将传输线理论与工程应用结合,设计虚实结合的传输线工作状态仿真与应用实验。采取工程问题引入、虚实结合、软硬搭配的方式,从传输线工作状态分析入手,利用终端短路和开路传输线模拟存在短路或断路故障的同轴电缆,通过仿真完成故障建模分析,掌握不同工作状态下电压、电流、阻抗和反射系数特性,自主设计方案完成故障检测。实践结果表明,传输线工作状态仿真与应用实验有利于学生深化对理论的理解、明晰理论的应用和提升解决工程问题能力,较好地满足实验教学要求。

微波传输线虚拟仿真教学辅助工具设计与实践

根据“透过现象揭示本质,依据理论探究工程”的教学思想,针对微波传输线教学中存在的理论抽象及与工程实际脱节的问题,开发了微波传输线虚拟仿真教学辅助工具。该工具参数设置丰富,结果形象直观,理论联系实际,分别从时域和频域两种角度,仿真并分析了不同信号在无耗及有耗传输线上传播的变化过程,具有一定的引导性和启发性。教学实践表明,该工具的应用能够有效辅助学生理解抽象的理论,激发学生主动探究思考的兴趣,提高学生在工程应用层面的认识,极大地改善了教与学的效果。

基于频率切换实现恒流/恒压输出的电场耦合无线电能传输系统

电场耦合无线电能传输(electric-field coupled wireless power transfer,EC-WPT)技术的实际应用中,有些用电设备需要系统具有不同的恒定输出特性(恒流/恒压),即系统输出电压或输出电流与负载解耦,此外,系统还需具备在恒流、恒压模式间按需切换的功能。针对该需求,基于LC-CLC谐振网络提出1种具有恒流/恒压输出特性的EC-WPT系统,分析LC-CLC谐振网络特性,推导恒流/恒压输出特性的实现条件以及恒流频率和恒压频率的计算方法,并给出系统参数设计方法,分析系统对工作频率的敏感性。最后通过仿真和实验验证所提出的EC-WPT系统恒流/恒压输出特性及其参数设计方法的正确性和有效性。实验结果表明所提出的系统在输入电压恒定的不同负载工况下分别实现2 A的恒流输出以及96 V的恒压输出,其最大传输效率分别为87.83%及88.17%。

多因素耦合的混凝土结构硫酸盐传输多尺度模拟分析

提出一种能考虑多因素耦合的混凝土结构硫酸盐传输多尺度模拟分析方法。基于Fick第二定律与化学反应动力学提出一种同时包括离子浓度梯度作用、考虑离子活性的化学反应消耗、钙溶蚀、钙矾石膨胀、温度等多因素耦合的硫酸盐传输模型。首先,将混凝土结构等效为一种匀质材料,从宏观尺度研究匀质混凝土结构硫酸盐传输规律,通过与试验结果对比,验证传输模型的有效性。然后,基于Monte Carlo方法和Fuller级配曲线,建立能够真实反映混凝土随机性与非均质性的随机骨料混凝土模型,从细观尺度研究在随机粒径和位置的骨料影响下混凝土结构硫酸盐传输特征。研究结果表明:当外界硫酸根离子质量分数越大、温度越高、孔隙溶液中钙离子浓度越大时,混凝土中硫酸根离子质量分数显著增大。钙溶蚀固液平衡转化比其导致的混凝土孔隙率改变对硫酸根离子传输的影响更显著;此外,细观尺度下的硫酸盐传输模型很好体现了骨料的粒径和位置的随机性导致的硫酸根离子浓度分布呈现的随机性与不均匀性现象,同时,骨料的存在使得靠近侵蚀边界的骨料外侧硫酸根离子聚集偏多,远离侵蚀边界的骨料外侧硫酸根离子质量分数偏低。

无线电能传输系统最大效率追踪及恒压输出复合控制方法

针对无线电能传输(WPT)系统的传输效率受耦合线圈之间的互感以及负载影响的特点,该文提出一种基于阻抗匹配技术的最大效率追踪及基于前馈PI控制的恒压输出复合控制方法。首先,对双边LCC型WPT系统的参数和传输效率进行分析,通过调整系统参数优化系统的传输效率。其次,在二次侧使用DC-DC变换器采用阻抗匹配的方法实现最大效率追踪,同时在一次侧采用DC-DC变换器利用前馈PI控制器闭环控制负载端电压实现恒压输出。该方法中,效率追踪和电压控制之间相互独立,互不干扰。此外,该方法还通过系统工作时的电路参数来估算线圈间的互感值,并通过线性拟合的方法对该估算互感值进行修正,得到更精确的互感估算值。最后,通过搭建实验平台验证了该方法的可行性和有效性。与PI控制相比,前馈PI控制方法在快速性和抗扰动性上均具有明显优势。

非厄米物理启发的高效无线电能传输

无线电能传输技术是指不需要线缆或者波导结构,利用电磁波直接将电能从电源传输到负载的技术。作为能量传输的一种全新方式,无线电能传输技术可以极大地提高供电设备的安全性、可靠性和便捷性,其在消费电子行业、自动化工业车间以及人工智能平台等需要高自由度供能的场景中具有重要的应用价值。目前无线电能传输技术仍存在一定的局限性,特别是对于广为关注的磁共振耦合无线电能传输技术,面临着高效率和稳定性难以兼顾的巨大挑战。文章以近场无线电能传输技术为研究框架,深入介绍非厄米新物理在无线电能传输系统中的调控机理,及其在高效、稳定、待机功率损耗、电磁环境兼容等方面的突出优势,最后对无线电能传输未来的研究方向进行了展望。

面向无线网络数据安全的非对称加密传输方法

针对无线网络数据安全传输时延较长的问题,提出一种基于矩阵计算的数据开放隐私泄露评估方法。设计基于小波变换算法的无噪声数据传输通道,获取用户信息并计算网络传输数据泄露风险;依托于非对称加密技术中典型的RSA算法,设计一个密钥生成器,分别获取数据传输相关的加密秘钥、解密秘钥;基于DFT-S-OFDM模型,完成无线网络数据加密信号的高效发送与接收。实验结果表明:该方法的数据加密传输时延保持在2ms以下,平均时延约为1.02ms,数据加密传输时延降低了76.55%、88.37%。

一种小型无人机飞行控制及图像传输系统设计研究

文章设计了无人机的飞行控制及图像传输,将PID算法和飞行控制的公式相结合,建立更平稳的飞行控制模型。采用功能较为强大的STM32F4系列单片机作为中心处理器进行设计,分模块分平台来模拟实现无人机的飞行控制、图像采集和图像传输等功能。不仅可以增加飞行拍摄稳定性,也可以为跨平台飞行摄像传输提供参考。

5G通信技术对卫星电视节目传输的影响及发展

【目的】我国5G通信技术的成熟与发展,开始对诸多传统行业造成冲击。比如卫星电视节目传输在5G通信技术出现之前,通常拥有较高延迟,影响电视节目传输效率。而将5G通信技术应用于卫星电视节目传输中,能够提高卫星电视节目的传输效率。【方法】文章从5G通信技术角度出发,首先探究了5G通信技术下传输技术的发展趋势,其次分析了5G通信技术对卫星电视节目传输的影响,最后为5G通信技术下卫星电视节目传输提供了一些发展对策。【结果/结论】通过分析发现,5G通信技术能够从发展、行业、市场、干扰四个方向,对卫星电视节目传输带来影响,因此通过采用转变卫星电视节目传输模式、完善5G通信技术与卫星电视节目传输场景与框架、加快对5G基站的施工管理与建设、利用5G通信技术丰富卫星电视节目用户体验等发展对策,能够在提高卫星电视节目传输效率的同时,进一步扩大卫星电视行业的市场竞争优势。

一种角向传输线B-dot标定平台的设计

基于感应电压叠加器感应腔角向传输线电流探头离线标定的需求,设计了离线标定平台。离线标定平台为平板传输线结构,与在线标定相比,对标定信号的畸变更低。分析了跨平台标定误差的来源,并针对性提出降低误差的措施。分析表明,安装偏心及探头纵向安装深度是跨平台标定误差的最大来源,需要在工程设计中重点关注。实际建立了离线标定平台并开展误差分析,得到跨平台标定误差3.3%的结果。

船舶交通数据实时传输可靠性评估系统

为保障船舶交通数据实时传输的可靠性,设计船舶交通数据实时传输可靠性评估系统。从网络条件、节点设备、环境因素与网络管理4个主要方面出发选取评估指标,构建船舶交通数据实时传输可靠性评估指标体系;采用基于三角模糊数的模糊层次分析法计算评估指标的权重值;将各评估指标与对应的权重值形成并进行汇总,由此得到最终船舶交通数据实时传输可靠性评估结果。实验结果显示,该系统能够获取准确的评估结果,且由于不同因素造成的船舶交通数据实时传输故障发生概率下降幅度均达到50%以上,由此说明基于该系统的评估结果能够有效保障船舶交通数据实时传输的可靠性。

基于部分能量耦合线圈的无线能量与信号同步传输方法研究

针对无线电能传输系统中能量发送端与接收端进行全双工通信的需求,提出一种基于部分能量耦合线圈的无线能量与信号同步传输方法。利用能量耦合线圈的内侧和外侧部分线圈分别作为信号正反向传输耦合机构,并在信号接收回路中采用LC并联支路抑制同侧信号载波的串扰。通过构建系统模型,分析能量传输与信号传输的增益以及系统传输干扰,得到系统参数对传输特性影响规律。为提高信号传输增益以及减小信号正反向传输之间的串扰,优化了耦合机构线圈布置方案。最后,搭建了传输功率为20 W的无线能量与信号全双工同步传输平台,实验结果表明,在电能传输不受影响的同时,实现了正向传输速率200 kbps、反向传输速率400 kbps的信号全双工同步传输,验证了所提方法的可靠性和有效性。

基于谐波通讯的无线电能与反向信号同步传输技术

针对现有无线电能与反向信号同步传输(simultaneous wireless power and reverse signal transmission,SWPRST)系统存在较大无功功率、负载电压易受信号传输发生波动或需要额外增加高频信号源等问题,提出一种基于谐波通讯的SWPRST技术,通过利用逆变器输出方波电压中的基波分量传输电能,三次谐波分量传输信号。不需要外加高频信号发射电路,实现了可靠的电能与反向信号同步传输。首先,给出基于谐波通讯的SWPRST系统结构,对其工作模式和基本原理进行分析;接着,建立系统等效数学模型,分析系统参数取值对信号与电能传输之间的互扰影响;然后,对信号的调制解调电路进行设计,分析信号检测通道参数对信号传输速率的影响;最后,搭建实验平台对理论分析进行验证,实验结果表明,该方法在有效实现了无线电能与反向信号同步传输的同时,信号无误码率传输速率可达5 kbps,同时系统具有无功小,输出负载电压几乎无波动(电压波动率0.33%)等优点。该方法采用谐波作为信号载体,为多频利用式实现电能与反向信号同步传输系统提供一种新的思路,具有较好的理论意义与实际工程应用价值。

一种轻小型遥感相机多通道高速图像传输方案

遥感相机图像传输接口性能是影响相机整体性能的重要指标,为解决多通道相机图像数据传输速率高且同时满足轻小型化需求的问题,文章提出一种高吞吐率、低误码率的轻小型相机多通道高速图像数据传输方案,该方案基于CoaXPress接口采用Aurora 8B/10B通信协议,通过FPGA吉比特发送器(Gigabit Transceiver,GTX)实现4套焦面组件下行的高速图像传输,测试数据率达到13 Gbit/s,同时实现上行21 Mbit/s的相机控制数据率。仿真及测试结果表明:该方案极大地提高了相机的图像数据传输速率,接口电缆数量较传统减少近50%,可满足轻小型遥感相机多通道高速图像传输需求,为各类遥感相机高速小型化提供新的解决方案。

基于统计的语音传输指数预测方法实验对比

良好的言语可懂度是语言声厅堂声环境设计的重要目标,语音传输指数(STI)是言语可懂度的客观评价参量。在设计阶段就能对STI做出准确预测,对语言声厅堂的声环境控制具有重要意义。基于统计的STI预测方法是IEC 60268-16标准推荐的主要预测方法,但对于使用该方法时的影响因素以及预测精度,当前仍缺少系统性的实验对比研究。该文使用4个房间中13个测点共52种听音条件下的STI实测结果,分析了基于统计的STI预测方法的精度以及影响因素,结果表明:考虑和不考虑直达声的两种预测方法,都存在着系统偏差,预测结果普遍小于实测值;在距离声源较近测点的预测都产生了较大误差,在距离声源较远测点的预测误差相对较小;基于单指数衰变声场不考虑直达声的预测方法操作简单,但误差较大,52种听音条件的平均误差达到了-0.032,最大误差达到了-0.131;考虑直达声的预测方法误差相对较小,52种听音条件的STI平均误差为-0.018,最大误差为-0.080;预测精度主要受所使用的信噪比、扬声器的指向性、房间的声场条件等因素影响,并对这些因素的影响进行了对比分析。结果可为STI预测方法的使用者提供参考。

基于SerialLite Ⅱ协议的磁共振采集数据传输系统设计

磁共振成像(MRI)是一种无创检测人体内部结构的技术,随着接收通道数量增多,产生的采集数据量越来越大,给快速成像带来了巨大的挑战。文中设计一种基于SerialLite Ⅱ协议的磁共振采集数据传输系统。系统功能主要由FPGA实现,分为数据缓存模块和数据传输模块两类,数据缓存模块基于双缓存区和状态机控制的乒乓操作,有效地解决了因数据量大而带来的读写冲突问题;数据传输模块基于FPGA建立SerialLite Ⅱ数据传输链路,实现了采集数据的光纤传输。通过仿真和实验验证了系统功能的正确性,表明其能够实现磁共振采集数据的高速稳定传输。

新型无线电能传输三维耦合机构的设计与优化

为了进一步提高无线电能传输系统(WPT)的空间自由度,提出了一种新型类半球体状发射机构,从理论角度出发,利用互感叠加原理与等效电路模型分析了三维无线电能传输系统的特性;建立阵列式三维电能传输系统仿真模型,分析不同控制方式下的磁场分布规律,分别从距离特性与磁场分布研究系统传输性能,并搭建了无线电能三维传输实验系统,对该发射机构的传输性能进行验证。结果表明:新型结构最远可在400 mm处实现效率为19.2%的能量传输;在相同距离下,处于同一水平面的负载线圈在各方向接收功率最大效率偏差仅为8%,具有高均匀度磁场;该新型三维耦合机构具有空间高自由度、无方向性等良好的传输性能。