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40000字硕士毕业论文基于智能仪表控制的无线信道和干扰半实物仿真

论文类型:硕士毕业论文
论文字数:40000字
论点:仿真,信道,信息化
论文概述:

本文主要工作为仿真无线信道及电子干扰信号对无线信号传输的影响,并搭建硬件仿真平台达到实时仿真的要求。另外,在上层用户工作站在编写应用程序,将硬件平台仿真功能加以集成,以形成一

论文正文:

第一章是绪论

1.1课题背景和选题依据信息化装备在移动传播环境的信道模拟,是武器装备信息化作战的要求。随着信息时代的到来和逐步深入,世界新军事变革加速推进,战争形态由机械化战争逐步向信息化战争转变。在此背景下,世界新军事变革时代的逐渐到来,伴随出现了信息作战的样式,各种军事系统快速向信息化、网络化、数字化、一体化发展,许多国家都在研究和建设“数字化部队”、占领“数字化战场”、构建“全球化信息栅格”、积极推进“网络中心战”等。综合电子信息系统(C4ISR),即指挥、控制、通信、计算机、情报、监视、侦察系统,发挥了 “神经中枢”的作用。信息化作战条件下,信息的传递是制胜指挥之根本,.信息不流动就不能有效形成战斗力,因而确保军事通信系统的顺畅可靠无疑是十分重要的。如果信息化装备无法实现“动中通、山中通、抗中通”,那就意味着军队的信息系统在作战时不能有效地运行,因而开展无线通信系统的移动传播环境模拟研究,即是军用通信技术的需要和军事斗争准备的迫切需求,也是军队信息化建设和信息作战的一个重要方面。信息化装备在移动传播环境的信道模拟,是信息化装备研制的保障条件。信息化装备在研制周期的方案、初样、试样、定型和批产各阶段,均需要开展野外机动通信能力的验证试验,而传统的研制方法是通过机动平台,对信息化设备试样阶段的产品,拉到野外环境中进行测试,成本高、效率低,而且在研制初期缺乏验证方法,大大降低了信息化设备的研制效率,严重影响我军信息化水平的提升。通过本课题研究,可在实验室环境下,等效进行野外拉距试验,可大大缩短信息化装备研制周期,且能覆盖到研制各个阶段,是信息化装备研制的保障条件。本论文的研究既有空中无线信道实际环境测试和理论的研究,又有测试系统的搭建,既有新技术,又有新方法,在军队的信息化建设中占有十分重要的地位,是信息作战条件下,军队战斗力生成的重要内容,对信息化装备的研制具有非常重大的意义。本论文在军工横向课题“通信性能分析评估软件、测试自动控制与仿真软件、指挥通信系统测试信息统计分析软件合作幵发”(H2011303)的资助下,通过搭建信息化装备的移动传播环境的信道模拟平台,实现在实验室环境下等效测试信息化设备的野外机动拉距试验,验证信息化装备在不同机动速度、地形地貌、天气条件下的无线通性能,为信息化装备的研制提供基础理论支持和研制保障条件。
 1.2无线通信发展概况在日益发展的现代信息社会,通信手段成为现代社会生活的重要组成部分。自从1897年马可尼完成第一次无线通信实验,移动通信经历了迅猛的发展,也因此大大改变人类的生活方式。人们可以在更大的范围内进行通信,从最初的18海里,到现在的全球范围,甚至是整个太阳系。不仅如此,通信的内容也日益丰富,最初只可以传送简单的语音,并且经常受到各种噪声的影响,现在,移动通信可以传送各种文件,包括大数据量的图片和视频。另外,通信终端的体积也日益缩小,最初,移动通信就如一台机器,需要机动车才可将其移动,但到现在,手机到处可见,几乎所有人都可随身携带,其重量甚至略轻于一颗鸡蛋。最后,通信终端成本也迅速降低,在无线通信刚发明之初,只有个别单位才能拥有这些机器,到九十年代,高收入者已能购买体积略大的“大哥大”,但到现在,无论贫富,几乎每个人都拥有一部或多部手机,据统计局数据,至2012年末,中国手机用户数量已达12.7亿。移动通信的发展跟以下三个因素密切相关。移动通信技术是电子技术的一个应用,所以移动通信技术依赖于电子技术的发展。首先,是元器件集成程序。二十世纪初,电子技术发展初期,电路的设计全部依赖于电子管,因为电子管体积相对较大,故即使一个简单的电路,也会占据大片的面积。至二十世纪五十年代,晶体管的问世,相对于电子管,其不仅体积更小,并且其性能更加稳定和优秀,这大大促进电子信息技术的发展,作为电子信息技术的一个应用,移动通信也因此迅猛发展。人造卫星发射、载人登月等里程碑的项目,很大程度上依赖于无线通信,是无线通信发展的标志。至六七十年代,集成电路出现,把电子技术的发展推向另一个高度。集成电路最大的特点就是在很小体积里,可集成复杂的电路,其功能相当于上千万个晶体管设计的电路。这是一个人的进步,它大大扩展了信息技术的功能,使其能够承担更加复杂的逻辑功能及算法。同样的功能,二十世纪初可能需要一平方米的体积,但现在,可能只需要一平方厘米。这一点可从通信终端的看出,初始的终端是安放在机动车上,但现在的手机可以放在衣袋里,并且现在通信功能更加丰富。集成电路的出现是大大促进了电子信息技术的发展,也推动无线通信的发展。除了集成度提高之外,还有另外一个因素影响着电子信息技术及无线通信的发展,那便是材料及工艺。众所周知,对一个数字电路功能模块,如果给其输入五十兆的时钟,其可能可以正常运转,但当将时钟频率提高到五百兆,其很可能便不能正常运转。其原因便是电子元器件及材料对频率的非线性造成的。当频率提高时,同样的器件或电路却表现出不同的电流特性,故难以维持同样的功能。时钟频率是影响无线通信通信速率的重要因素,决定了通信速度的上限,如对于一千兆的时钟,其通信速率永远达不到一千兆。
 第二章测试系统需求分析及总体功能设计
 本章主要对测试系统的需求进行分析,并相应地阐述测试系统的总体功能设计,在宏观角度上给出一个总体的概括。本项目来源于航天一院一部武器技措项目:电子化指挥系统那个机动指挥通信验证与评估平台,所以本测试系统的需求分析大部分是依据于此平台相应的任务书。本章主要内容以如下结构整理组织。首先,介绍测试系统的硬件仿真平台架构,并分析信号数据流的流动路径;其次,阐述无线电台基本特性的测试方案;再而,阐述无线信道特性仿真测试、电子干扰信号仿真测试及其混合模型测试的测试方案;最后,从用户角度上,分析应用层软件应具备的功能,并给出相应的总体设计。
 第三章仿真模型算法及底层软件设计..............273.1无线信道模型仿真..............273.2电子干扰算法模型..............413.3底层软件设计及智能仪器远程控制..............48第四章应用层软件设计..............574.1用户接口设计..............574.2软件间网络通信功能的实现..............664.3数据存储功能实现..............704.4自动生成WORD格式测试报告..............74第五章总结与展望..............795.1工作总结..............795.2工作展望..............79
 总结
 本文主要工作为仿真无线信道及电子干扰信号对无线信号传输的影响,并搭建硬件仿真平台达到实时仿真的要求。另外,在上层用户工作站在编写应用程序,将硬件平台仿真功能加以集成,以形成一个功能完善的无线电台性能测试系统。详细工作如下:(1)建模仿真多种无线信道因素对无线信号传输的影响为多种环境下的无线信道建立数学模型,并使用多个智能仪器搭建硬件仿真平台,实时模拟无线信道环境。能够仿真的无线信道环境因素包括地形地貌因素、相对速度、通信距离及天线特性等等。无线信道环境对无线信号传输的影响用两种现象描述,分别为小尺度衰落及传播损耗。(2)建模仿真电子干扰信号对无线信号传输的影响为多种电子干扰信号建立数学模型,并在硬件实时仿真平台实时仿真,能够测试电子干扰信号对无线通信的影响。电子干扰信号类型包括阻塞型干扰信号、梳状谱型干扰信号及扫频干扰信号等。每种干扰模型的参数能够任意设置,并且能在硬件仿真平台实时改变。(3)仿真分析弹载天线特性及其对无线信号传输的影响使用电磁场仿真软件仿真弹载及非弹载情况下通信系统天线的福射特性。在此基础上分别天线方向图对天线方向系数的影响,进而确定天线的增益系数,最后分析增益系数对传播损耗的影响。(4)底层软件设计及代码集成硬件平台构成相对复杂,包括多么分离的智能仪器,而具体算法模型由各自相应的仪器实现,为了实现功能集成封装,需使用编写程序控制仪器实现相关算法模型,并进行代码整理封装以形成统一规范的调用接口。(5)应用层软件设计使用Qt技术对测试系统三个软件的用户界面进行设计,使用套接字模块实现软件间通信功能,使用Microsoft SQL Server 2005进行数据库设计及使用ADO远程访问数据库,使用自动化客户端技术自动生成WORD格式测试报告。
 参考文献:[1]杨大成.移动传播环境[M].北京:机械工业出版社,2003[2]Simon Haykin, Michael Moher.现代无线通信[M].郑宝玉等译.北京:电子工业出版社,2006[3]郭俊强,李成.移动通信[M].北京:北京大学出版,2008[4]Theodore S. Rappaport.无线通信原理与应用[M].第二版.周文安,付秀花等译.北京:电子工业出版社,2007杨家玮,刘勤.移动通信基础[M].第二版.北京:电子工业出版社,2008吴焯文.无线信道模型的仿真与FPGA实现[D].广州:华南理工大学,2011成澜.无线信道仿真与建模[D].苏州:苏州大学,2008.李俊.无线衰落信道的建模与仿真研究[D].两安:西安电子科技大学,2008黎玉玲.无线信道仿真平台的设计与实现[D].北京:北京工业大,2003蒋泽,顾朝志.无线信道模型综述[M].重庆工学院学报,2005, 19(8): 63-67