遠(yuǎn)程自動(dòng)采集艦船電力系統(tǒng)參數(shù)的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種遠(yuǎn)程自動(dòng)采集艦船電力系統(tǒng)參數(shù)的方法，首先通過采集器對(duì)電氣設(shè)備當(dāng)前的運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行采樣保持、離散化、編碼、調(diào)制，形成高頻載波信號(hào)通過采集器的耦合電路耦合入照明電網(wǎng)電纜，通過照明電纜傳輸至集中器處，集中器從照明電網(wǎng)電纜中濾出高頻載波信號(hào)，對(duì)其進(jìn)行解調(diào)、譯碼，獲得當(dāng)前電氣設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)。本發(fā)明采集器中的耦合電路共軛匹配于艦船照明電纜，能實(shí)現(xiàn)最大的載波信號(hào)發(fā)射功率，集中器中的濾波電路無反射匹配于艦船照明電纜，所濾出的高頻載波信號(hào)不受反射波的干擾，通信頻帶范圍內(nèi)艦船照明電網(wǎng)的噪聲小，具有較好的通信信噪比。
【專利說明】遠(yuǎn)程自動(dòng)采集艦船電力系統(tǒng)參數(shù)的方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種遠(yuǎn)程自動(dòng)采集艦船電力系統(tǒng)參數(shù)的方法，具體涉及一種應(yīng)用于艦船照明電網(wǎng)的遠(yuǎn)程自動(dòng)采集艦船電力系統(tǒng)參數(shù)的方法。

【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)代艦船各數(shù)據(jù)終端的通信連接通過船用通信電纜實(shí)現(xiàn)，一般為按照特定需求鋪設(shè)通信線路進(jìn)行點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信，施工面臨很多物理鋪設(shè)過程，破壞各艙室的水密性能。少數(shù)大型船舶采用了 CAN總線，花費(fèi)大量人力物力資源且需要提前規(guī)劃預(yù)留空間和端口。然而隨著技術(shù)日新月異的發(fā)展，特別是海軍艦船需要不斷地更新添加設(shè)備以保持先進(jìn)戰(zhàn)力，每種設(shè)備的增加都帶來接口的增加也要求更多的電纜來連接，采用不斷鋪設(shè)通信電纜的方式來滿足通信端口的增加和采集電氣信息參數(shù)的要求會(huì)帶來成本高、工程量大、降低水密性、干擾艦船設(shè)備正常運(yùn)行等不足，所以如能依托廣泛分布的艦船照明網(wǎng)絡(luò)，利用電力載波通信以電力電纜作為通信媒介的特點(diǎn)，建立電力載波通信平臺(tái)，則可在省去通信電纜鋪設(shè)同時(shí)實(shí)現(xiàn)廣泛的電力系統(tǒng)參數(shù)信息采集。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是為了克服上述缺陷和不足，提供一種遠(yuǎn)程自動(dòng)采集艦船電力系統(tǒng)參數(shù)的方法。
[0004]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明設(shè)計(jì)的遠(yuǎn)程自動(dòng)采集艦船電力系統(tǒng)參數(shù)的方法，包括以下步驟:
[0005]I)載波通信集中器對(duì)采集器啟動(dòng)輪詢，由采集器對(duì)電氣設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行采樣，將采樣值離散化編碼為數(shù)字碼元序列P (η)，并調(diào)制成高頻載波信號(hào)D (t)；
[0006]2)采集器將調(diào)制信號(hào)D(t)耦合入艦船照明電網(wǎng)電纜中進(jìn)行傳輸，并由集中器將D(t)從電纜中濾出；
[0007]3)集中器對(duì)來自各路采集器的載波信號(hào)進(jìn)行解調(diào)、譯碼，儲(chǔ)存更新當(dāng)前電氣設(shè)備運(yùn)行參數(shù)值，對(duì)異常值進(jìn)行報(bào)警，再等待T時(shí)間后啟動(dòng)輪詢。
[0008]上述技術(shù)方案中，所述采集器包括采樣電路、調(diào)制電路和耦合電路，由采樣電路對(duì)電氣設(shè)備運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行采樣，而后將采樣序列送入調(diào)制電路進(jìn)行載波信號(hào)調(diào)制，最后將調(diào)制好的載波信號(hào)通過耦合電路耦合入艦船照明電網(wǎng)電纜中傳輸。
[0009]上述技術(shù)方案中，所述載波信號(hào)調(diào)制對(duì)二進(jìn)制碼元序列P (η)變換為四進(jìn)制數(shù)列，00、01、10、11分別映射為-1-j、-l+j、l-j、l+j，映射序列x(n)通過正交頻分復(fù)用調(diào)制為高頻載波信號(hào)D (t)，碼元序列P (η)進(jìn)行移相鍵控和正交頻分復(fù)用調(diào)制，其調(diào)制過程可以通過以下公式表示:
[0010]D(t) = ^X(n)ei2^Je\0,T]
?=°(I)
[0011]其中X(n)為P(n)四進(jìn)制移相鍵控映射的序列，fn為η個(gè)載波的調(diào)制頻率，調(diào)制中心頻率300-400KHz，帶寬為46-96KHZ，耦合部分為實(shí)現(xiàn)采集器與照明電纜的阻抗匹配，在上述頻帶的匹配參數(shù)為特性阻抗25-32 Ω，輸入電阻20-39 Ω，輸入電抗-8-8 Ω。
[0012]上述技術(shù)方案中，所述集中器包括濾波電路和解調(diào)電路，由濾波電路從電纜中濾除載波信號(hào)送入解調(diào)電路并將其解調(diào)為所采集的電氣參數(shù)數(shù)字序列，濾波電路實(shí)現(xiàn)帶通濾波功能的設(shè)計(jì)，參數(shù)為 Fsttjp = 90Hz-200Hz, Astop = 30_50dB，F(xiàn)pass = 10-50KHz, Apass=-1O-1OdB,通過特性阻抗阻抗匹配實(shí)現(xiàn)通信頻帶范圍內(nèi)的無反射匹配，艦船照明電網(wǎng)電纜的匹配參數(shù)為特性阻抗25-32Ω，將濾出的高頻載波信號(hào)進(jìn)行解調(diào)，解調(diào)過程可以表示為:
[0013]X(m) = 士 ￡ D(t)e e [O, T](2)
[0014]其中X(m)為解調(diào)出的四進(jìn)制移相鍵控序列，將其從復(fù)數(shù)域映射到實(shí)數(shù)域，變換為編碼的二進(jìn)制序列P(Hl)，最后將P(Hl)譯碼可得當(dāng)前電力系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)的采樣值，集中器更新當(dāng)前電氣設(shè)備運(yùn)行參數(shù)值，對(duì)異常值進(jìn)行報(bào)警，等待T時(shí)間后再啟動(dòng)對(duì)采集器的輪詢。
[0015]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是:
[0016](I)依托廣泛分布的艦船照明網(wǎng)絡(luò)，利用電力載波通信以電力電纜作為通信媒介，建立實(shí)現(xiàn)艦船電力系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)的遠(yuǎn)程自動(dòng)采集，具有接入方便、不需重新鋪設(shè)電纜、不破壞水密性、不干擾艦船正常運(yùn)行的特點(diǎn)。
[0017](2)該通信調(diào)制方式下的載波信號(hào)符合的國(guó)軍標(biāo)水面艦艇電磁兼容性要求，載波信號(hào)不影響電能質(zhì)量，工頻諧波不降低載波通信質(zhì)量。
[0018](3)通信頻帶范圍內(nèi)艦船照明電網(wǎng)的噪聲小，具有較好的通信信噪比。
[0019](4)采集器中的耦合電路共軛匹配于艦船照明電纜，能實(shí)現(xiàn)最大的載波信號(hào)發(fā)射功率。
[0020](5)集中器中的濾波電路無反射匹配于艦船照明電纜，所濾出的高頻載波信號(hào)不受反射波的干擾。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0021]圖1是本發(fā)明實(shí)現(xiàn)艦船電力系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)采集的流程圖；
[0022]圖2是采用本發(fā)明的通信調(diào)制方式在GJB151A水面艦艇CE102項(xiàng)目標(biāo)準(zhǔn)曲線下的載波信號(hào)頻譜圖；
[0023]圖3是艦船照明電網(wǎng)在通信頻帶附近的噪聲譜圖；
[0024]圖4是照明電纜輸入阻抗與特征阻抗隨頻率變化曲線圖。

【具體實(shí)施方式】
[0025]以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)描述:
[0026]圖1為本發(fā)明實(shí)現(xiàn)艦船電力系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)采集的流程圖，其步驟為:1)、載波通信集中器對(duì)采集器啟動(dòng)輪詢，由采集器對(duì)電氣設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行采樣，將采樣值離散化編碼為數(shù)字碼元序列P (η)，并調(diào)制成高頻載波信號(hào)D (t)；
[0027]2)、采集器將調(diào)制信號(hào)D (t)耦合入艦船照明電網(wǎng)電纜中進(jìn)行傳輸，并由集中器將D(t)從電纜中濾出；
[0028]3)、集中器對(duì)來自各路采集器的載波信號(hào)進(jìn)行解調(diào)、譯碼，儲(chǔ)存更新當(dāng)前電氣設(shè)備運(yùn)行參數(shù)值，對(duì)異常值進(jìn)行報(bào)警，再等待T時(shí)間后啟動(dòng)輪詢。
[0029]采集器包括采樣電路、調(diào)制電路和耦合電路，由采樣電路對(duì)電氣設(shè)備運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行采樣，而后將采樣序列送入調(diào)制電路進(jìn)行載波信號(hào)調(diào)制，最后將調(diào)制好的載波信號(hào)通過耦合電路耦合入艦船照明電網(wǎng)電纜中傳輸，載波信號(hào)調(diào)制對(duì)二進(jìn)制碼元序列P(n)變換為四進(jìn)制數(shù)列，00、01、10、11分別映射為-1-」、-1+」、1-」、1+」，映射序列乂(11)通過正交頻分復(fù)用調(diào)制為高頻載波信號(hào)D (t)，碼元序列P (η)進(jìn)行移相鍵控和正交頻分復(fù)用調(diào)制，其調(diào)制過程可以通過以下公式表示:
[0030]
?=ο(I)
[0031]其中Χ(η)為Ρ(η)四進(jìn)制移相鍵控映射的序列，fn為η個(gè)載波的調(diào)制頻率，調(diào)制中心頻率300-400ΚΗΖ，帶寬為46-96ΚΗΖ，耦合部分為實(shí)現(xiàn)采集器與照明電纜的阻抗匹配，在上述頻帶的匹配參數(shù)為特性阻抗25-32 Ω，輸入電阻20-39 Ω，輸入電抗-8-8 Ω。
[0032]集中器包括濾波電路和解調(diào)電路，由濾波電路從電纜中濾除載波信號(hào)送入解調(diào)電路并將其解調(diào)為所采集的電氣參數(shù)數(shù)字序列，濾波電路實(shí)現(xiàn)帶通濾波功能的設(shè)計(jì)，參數(shù)為 Fstop = 90Hz-200Hz, Astop = 30_50dB，F(xiàn)pass = 10_50KHz，Apass = -lO-lOdB，通過特性阻抗阻抗匹配實(shí)現(xiàn)通信頻帶范圍內(nèi)的無反射匹配，艦船照明電網(wǎng)電纜的匹配參數(shù)為特性阻抗25-32Ω，將濾出的高頻載波信號(hào)進(jìn)行解調(diào)，解調(diào)過程可以表示為:

I τ
[0033]X(m) = -￡ D、t、e "成t e [O, T]1 2 /
[0034]其中X(m)為解調(diào)出的四進(jìn)制移相鍵控序列，將其從復(fù)數(shù)域映射到實(shí)數(shù)域，變換為編碼的二進(jìn)制序列P(Hl)，最后將P(Hl)譯碼可得當(dāng)前電力系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)的采樣值，集中器更新當(dāng)前電氣設(shè)備運(yùn)行參數(shù)值，對(duì)異常值進(jìn)行報(bào)警，等待T時(shí)間后再啟動(dòng)對(duì)采集器的輪詢。
[0035]具體過程是，首先由集中器通過艦船照明電纜作為通信媒介對(duì)各電氣設(shè)備上的采集器進(jìn)行輪詢，需要測(cè)試載波通信的連通性。由集中器產(chǎn)生請(qǐng)求通信握手的信號(hào)，發(fā)送至采集器，若收到采集器的回復(fù)，則確定采集器載波通信已經(jīng)連通，集中器向采集器再次發(fā)送確認(rèn)握手的信號(hào)，集中器與采集器通信握手成功。若未收到采集器的回復(fù)，則等待t時(shí)間后再次發(fā)送請(qǐng)求通信握手信號(hào)，直到收到采集器的回復(fù)。經(jīng)過三次等待重發(fā)，仍未收到采集器的回復(fù)，則確認(rèn)采集器無法連通，轉(zhuǎn)向采集器2發(fā)送請(qǐng)求通信握手信號(hào)。按此流程依次輪詢采集器，2，3...N。
[0036]集中器與各個(gè)采集器通信握手成功之后，再次啟動(dòng)輪詢，要求采集器采集當(dāng)前電氣設(shè)備電氣參數(shù)并上傳。采集器對(duì)電氣設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行采集，將采集值離散化，編碼為四進(jìn)制序列，進(jìn)行移相鍵控調(diào)制和正交頻分復(fù)用，形成調(diào)制中心頻率300-400KHZ，帶寬為46-96KHZ的載波調(diào)制信號(hào)。最后將高頻載波信號(hào)在阻抗匹配的環(huán)境下耦合入照明電網(wǎng)電纜中并傳輸至集中器。集中器在無反射接收的匹配環(huán)境下通過濾波電路將高頻載波信號(hào)從電纜中濾出，并將載波信號(hào)解調(diào)、譯碼為二進(jìn)制序列，從而獲得電氣設(shè)備的電氣參數(shù)，并輸出參數(shù)異常的設(shè)備號(hào)，等待T時(shí)間后進(jìn)行下一輪采集。
[0037]該過程中所采用的通信調(diào)制方式為四進(jìn)制移相鍵控和正交頻分復(fù)用，此通信調(diào)制方式在GJB151A水面艦艇CE102項(xiàng)目標(biāo)準(zhǔn)曲線下的載波信號(hào)頻譜圖如圖2所示，表面此調(diào)制方式符合國(guó)軍標(biāo)要求，具有良好的電磁兼容性。
[0038]該過程中高頻載波信號(hào)在照明電纜中傳輸?shù)耐ㄐ蓬l帶為調(diào)制中心頻率300-400KHZ、帶寬為46-96KHZ，此通信頻帶周圍的噪聲分布如圖3所示，表面此通信頻帶避開了低頻噪聲和電子設(shè)備運(yùn)行產(chǎn)生噪聲的干擾，具有更優(yōu)的通信信噪比。
[0039]該過程中將高頻載波信號(hào)耦合入照明電纜以及將高頻載波信號(hào)從照明電纜中濾出分別具有共軛匹配和無反射匹配的特性，匹配參數(shù)輸入阻抗、特性阻抗和頻率的關(guān)系如圖4所示。
【權(quán)利要求】
1.一種遠(yuǎn)程自動(dòng)采集艦船電力系統(tǒng)參數(shù)的方法，其特征在于包括以下步驟: 1)、載波通信集中器對(duì)采集器啟動(dòng)輪詢，由采集器對(duì)電氣設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行采樣，將采樣值離散化編碼為數(shù)字碼元序列P (η)，并調(diào)制成高頻載波信號(hào)D (t)； 2)、采集器將調(diào)制信號(hào)D(t)耦合入艦船照明電網(wǎng)電纜中進(jìn)行傳輸，并由集中器將D(t)從電纜中濾出； 3)、集中器對(duì)來自各路采集器的載波信號(hào)進(jìn)行解調(diào)、譯碼，儲(chǔ)存更新當(dāng)前電氣設(shè)備運(yùn)行參數(shù)值，對(duì)異常值進(jìn)行報(bào)警，再等待T時(shí)間后啟動(dòng)輪詢。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的遠(yuǎn)程自動(dòng)采集艦船電力系統(tǒng)參數(shù)的方法，其特征在于:所述采集器包括采樣電路、調(diào)制電路和耦合電路，由采樣電路對(duì)電氣設(shè)備運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行采樣，而后將采樣序列送入調(diào)制電路進(jìn)行載波信號(hào)調(diào)制，最后將調(diào)制好的載波信號(hào)通過耦合電路耦合入艦船照明電網(wǎng)電纜中傳輸。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的遠(yuǎn)程自動(dòng)采集艦船電力系統(tǒng)參數(shù)的方法，其特征在于:所述載波信號(hào)調(diào)制對(duì)二進(jìn)制碼元序列P(n)變換為四進(jìn)制數(shù)列，00、01、10、11分別映射為-1-j、-l+j、l_j、l+j，映射序列X (η)通過正交頻分復(fù)用調(diào)制為高頻載波信號(hào)D (t)，碼元序列p(n)進(jìn)行移相鍵控和正交頻分復(fù)用調(diào)制，其調(diào)制過程可以通過以下公式表示:
N-1
D(t) = ^X(n)ej2"IJJe\0, T] β=0(I) 其中x(n)為Ρ(η)四進(jìn)制移相鍵控映射的序列，4為η個(gè)載波的調(diào)制頻率，調(diào)制中心頻率300-400ΚΗΖ，帶寬為46-96ΚΗΖ，耦合部分為實(shí)現(xiàn)采集器與照明電纜的阻抗匹配，在上述頻帶的匹配參數(shù)為特性阻抗25-32 Ω，輸入電阻20-39 Ω，輸入電抗-8-8 Ω。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的遠(yuǎn)程自動(dòng)采集艦船電力系統(tǒng)參數(shù)的方法，其特征在于:所述集中器包括濾波電路和解調(diào)電路，由濾波電路從電纜中濾除載波信號(hào)送入解調(diào)電路并將其解調(diào)為所采集的電氣參數(shù)數(shù)字序列，濾波電路實(shí)現(xiàn)帶通濾波功能的設(shè)計(jì)，參數(shù)為Fstop =90Hz-200Hz, Astop = 30_50dB，F(xiàn)pass = 10_50KHz，Apass = -lO-lOdB，通過特性阻抗阻抗匹配實(shí)現(xiàn)通信頻帶范圍內(nèi)的無反射匹配，艦船照明電網(wǎng)電纜的匹配參數(shù)為特性阻抗25-32 Ω，將濾出的高頻載波信號(hào)進(jìn)行解調(diào)，解調(diào)過程可以表示為: X(m)=j￡ D(t)eie[0,7~](2) 其中X(m)為解調(diào)出的四進(jìn)制移相鍵控序列，將其從復(fù)數(shù)域映射到實(shí)數(shù)域，變換為編碼的二進(jìn)制序列P(m)，最后將P(m)譯碼可得當(dāng)前電力系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)的采樣值，集中器更新當(dāng)前電氣設(shè)備運(yùn)行參數(shù)值，對(duì)異常值進(jìn)行報(bào)警，等待T時(shí)間后再啟動(dòng)對(duì)采集器的輪詢。
【文檔編號(hào)】G08C19/00GK104299395SQ201410208081
【公開日】2015年1月21日 申請(qǐng)日期:2014年5月16日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月16日
【發(fā)明者】賀慧英, 羅寧昭, 張浩嵐, 李紅江, 楊鋒, 黃靖 申請(qǐng)人:中國(guó)人民解放軍海軍工程大學(xué)