CN104299395B - 远程自动采集舰船电力系统参数的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种远程自动采集舰船电力系统参数的方法，首先通过采集器对电气设备当前的运行参数进行采样保持、离散化、编码、调制，形成高频载波信号通过采集器的耦合电路耦合入照明电网电缆，通过照明电缆传输至集中器处，集中器从照明电网电缆中滤出高频载波信号，对其进行解调、译码，获得当前电气设备的运行参数。本发明采集器中的耦合电路共轭匹配于舰船照明电缆，能实现最大的载波信号发射功率，集中器中的滤波电路无反射匹配于舰船照明电缆，所滤出的高频载波信号不受反射波的干扰，通信频带范围内舰船照明电网的噪声小，具有较好的通信信噪比。

Description

远程自动采集舰船电力系统参数的方法

技术领域

本发明涉及一种远程自动采集舰船电力系统参数的方法，具体涉及一种应用于舰船照明电网的远程自动采集舰船电力系统参数的方法。

背景技术

现代舰船各数据终端的通信连接通过船用通信电缆实现，一般为按照特定需求铺设通信线路进行点对点通信，施工面临很多物理铺设过程，破坏各舱室的水密性能。少数大型船舶采用了CAN总线，花费大量人力物力资源且需要提前规划预留空间和端口。然而随着技术日新月异的发展，特别是海军舰船需要不断地更新添加设备以保持先进战力，每种设备的增加都带来接口的增加也要求更多的电缆来连接，采用不断铺设通信电缆的方式来满足通信端口的增加和采集电气信息参数的要求会带来成本高、工程量大、降低水密性、干扰舰船设备正常运行等不足，所以如能依托广泛分布的舰船照明网络，利用电力载波通信以电力电缆作为通信媒介的特点，建立电力载波通信平台，则可在省去通信电缆铺设同时实现广泛的电力系统参数信息采集。

发明内容

本发明的目的是为了克服上述缺陷和不足，提供一种远程自动采集舰船电力系统参数的方法。

为实现上述目的，本发明设计的远程自动采集舰船电力系统参数的方法，包括以下步骤：

1)载波通信集中器对采集器启动轮询，由采集器对电气设备的运行参数进行采样，将采样值离散化编码为数字码元序列P(n)，并调制成高频载波信号D(t)；

2)采集器将调制信号D(t)耦合入舰船照明电网电缆中进行传输，并由集中器将D(t)从电缆中滤出；

3)集中器对来自各路采集器的载波信号进行解调、译码，储存更新当前电气设备运行参数值，对异常值进行报警，再等待T时间后启动轮询。

上述技术方案中，所述采集器包括采样电路、调制电路和耦合电路，由采样电路对电气设备运行参数进行采样，而后将采样序列送入调制电路进行载波信号调制，最后将调制好的载波信号通过耦合电路耦合入舰船照明电网电缆中传输。

上述技术方案中，所述载波信号调制对二进制码元序列P(n)变换为四进制数列，00、01、10、11分别映射为-1-j、-1+j、1-j、1+j，映射序列X(n)通过正交频分复用调制为高频载波信号D(t)，码元序列P(n)进行移相键控和正交频分复用调制，其调制过程可以通过以下公式表示：

其中X(n)为P(n)四进制移相键控映射的序列，f_n为n个载波的调制频率，调制中心频率300-400KHz，带宽为46-96KHz，耦合部分为实现采集器与照明电缆的阻抗匹配，在上述频带的匹配参数为特性阻抗25-32Ω，输入电阻20-39Ω，输入电抗-8-8Ω。

上述技术方案中，所述集中器包括滤波电路和解调电路，由滤波电路从电缆中滤除载波信号送入解调电路并将其解调为所采集的电气参数数字序列，滤波电路实现带通滤波功能的设计，参数为F_stop＝90Hz-200Hz，A_stop＝30-50dB，F_pass＝10-50KHz，A_pass＝-10-10dB，通过特性阻抗阻抗匹配实现通信频带范围内的无反射匹配，舰船照明电网电缆的匹配参数为特性阻抗25-32Ω，将滤出的高频载波信号进行解调，解调过程可以表示为:

其中X(m)为解调出的四进制移相键控序列，将其从复数域映射到实数域，变换为编码的二进制序列P(m)，最后将P(m)译码可得当前电力系统运行参数的采样值，集中器更新当前电气设备运行参数值，对异常值进行报警，等待T时间后再启动对采集器的轮询。

本发明的优点是：

(1)依托广泛分布的舰船照明网络，利用电力载波通信以电力电缆作为通信媒介，建立实现舰船电力系统运行参数的远程自动采集，具有接入方便、不需重新铺设电缆、不破坏水密性、不干扰舰船正常运行的特点。

(2)该通信调制方式下的载波信号符合的国军标水面舰艇电磁兼容性要求，载波信号不影响电能质量，工频谐波不降低载波通信质量。

(3)通信频带范围内舰船照明电网的噪声小，具有较好的通信信噪比。

(4)采集器中的耦合电路共轭匹配于舰船照明电缆，能实现最大的载波信号发射功率。

(5)集中器中的滤波电路无反射匹配于舰船照明电缆，所滤出的高频载波信号不受反射波的干扰。

附图说明

图1是本发明实现舰船电力系统运行参数采集的流程图；

图2是采用本发明的通信调制方式在GJB151A水面舰艇CE102项目标准曲线下的载波信号频谱图；

图3是舰船照明电网在通信频带附近的噪声谱图；

图4是照明电缆输入阻抗与特征阻抗随频率变化曲线图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细描述：

图1为本发明实现舰船电力系统运行参数采集的流程图，其步骤为：1)、载波通信集中器对采集器启动轮询，由采集器对电气设备的运行参数进行采样，将采样值离散化编码为数字码元序列P(n)，并调制成高频载波信号D(t)；

2)、采集器将调制信号D(t)耦合入舰船照明电网电缆中进行传输，并由集中器将D(t)从电缆中滤出；

3)、集中器对来自各路采集器的载波信号进行解调、译码，储存更新当前电气设备运行参数值，对异常值进行报警，再等待T时间后启动轮询。

采集器包括采样电路、调制电路和耦合电路，由采样电路对电气设备运行参数进行采样，而后将采样序列送入调制电路进行载波信号调制，最后将调制好的载波信号通过耦合电路耦合入舰船照明电网电缆中传输，载波信号调制对二进制码元序列P(n)变换为四进制数列，00、01、10、11分别映射为-1-j、-1+j、1-j、1+j，映射序列X(n)通过正交频分复用调制为高频载波信号D(t)，码元序列P(n)进行移相键控和正交频分复用调制，其调制过程可以通过以下公式表示：

其中X(n)为P(n)四进制移相键控映射的序列，f_n为n个载波的调制频率，调制中心频率300-400KHz，带宽为46-96KHz，耦合部分为实现采集器与照明电缆的阻抗匹配，在上述频带的匹配参数为特性阻抗25-32Ω，输入电阻20-39Ω，输入电抗-8-8Ω。

集中器包括滤波电路和解调电路，由滤波电路从电缆中滤除载波信号送入解调电路并将其解调为所采集的电气参数数字序列，滤波电路实现带通滤波功能的设计，参数为F_stop＝90Hz-200Hz，A_stop＝30-50dB，F_pass＝10-50KHz，A_pass＝-10-10dB，通过特性阻抗阻抗匹配实现通信频带范围内的无反射匹配，舰船照明电网电缆的匹配参数为特性阻抗25-32Ω，将滤出的高频载波信号进行解调，解调过程可以表示为:

其中X(m)为解调出的四进制移相键控序列，将其从复数域映射到实数域，变换为编码的二进制序列P(m)，最后将P(m)译码可得当前电力系统运行参数的采样值，集中器更新当前电气设备运行参数值，对异常值进行报警，等待T时间后再启动对采集器的轮询。

具体过程是，首先由集中器通过舰船照明电缆作为通信媒介对各电气设备上的采集器进行轮询，需要测试载波通信的连通性。由集中器产生请求通信握手的信号，发送至采集器，若收到采集器的回复，则确定采集器载波通信已经连通，集中器向采集器再次发送确认握手的信号，集中器与采集器通信握手成功。若未收到采集器的回复，则等待t时间后再次发送请求通信握手信号，直到收到采集器的回复。经过三次等待重发，仍未收到采集器的回复，则确认采集器无法连通，转向采集器2发送请求通信握手信号。按此流程依次轮询采集器,2,3...N。

集中器与各个采集器通信握手成功之后，再次启动轮询，要求采集器采集当前电气设备电气参数并上传。采集器对电气设备的运行参数进行采集，将采集值离散化，编码为四进制序列，进行移相键控调制和正交频分复用，形成调制中心频率300-400KHz，带宽为46-96KHz的载波调制信号。最后将高频载波信号在阻抗匹配的环境下耦合入照明电网电缆中并传输至集中器。集中器在无反射接收的匹配环境下通过滤波电路将高频载波信号从电缆中滤出，并将载波信号解调、译码为二进制序列，从而获得电气设备的电气参数，并输出参数异常的设备号，等待T时间后进行下一轮采集。

该过程中所采用的通信调制方式为四进制移相键控和正交频分复用，此通信调制方式在GJB151A水面舰艇CE102项目标准曲线下的载波信号频谱图如图2所示，表面此调制方式符合国军标要求，具有良好的电磁兼容性。

该过程中高频载波信号在照明电缆中传输的通信频带为调制中心频率300-400KHz、带宽为46-96KHz，此通信频带周围的噪声分布如图3所示，表面此通信频带避开了低频噪声和电子设备运行产生噪声的干扰，具有更优的通信信噪比。

该过程中将高频载波信号耦合入照明电缆以及将高频载波信号从照明电缆中滤出分别具有共轭匹配和无反射匹配的特性，匹配参数输入阻抗、特性阻抗和频率的关系如图4所示。

Claims (1)

1.一种远程自动采集舰船电力系统参数的方法，其特征在于包括以下步骤：

1)、载波通信集中器对采集器启动轮询，由采集器对电气设备的运行参数进行采样，将采样值离散化编码为数字码元序列P(n)，并调制成高频载波信号D(t)；

2)、采集器将调制信号D(t)耦合入舰船照明电网电缆中进行传输，并由集中器将D(t)从电缆中滤出；

3)、集中器对来自各路采集器的载波信号进行解调、译码，储存更新当前电气设备运行参数值，对异常值进行报警，再等待T时间后启动轮询；

其中，所述采集器包括采样电路、调制电路和耦合电路，由采样电路对电气设备运行参数进行采样，而后将采样序列送入调制电路进行载波信号调制，最后将调制好的载波信号通过耦合电路耦合入舰船照明电网电缆中传输，所述载波信号调制对二进制码元序列P(n)变换为四进制数列，00、01、10、11分别映射为-1-j、-1+j、1-j、1+j，映射序列X(n)通过正交频分复用调制为高频载波信号D(t)，码元序列P(n)进行移相键控和正交频分复用调制，其调制过程可以通过以下公式表示：

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其中X(n)为P(n)四进制移相键控映射的序列，f_n为n个载波的调制频率，调制中心频率300-400KHz，带宽为46-96KHz，耦合部分为实现采集器与照明电缆的阻抗匹配，在上述频带的匹配参数为特性阻抗25-32Ω，输入电阻20-39Ω，输入电抗-8-8Ω；

所述集中器包括滤波电路和解调电路，由滤波电路从电缆中滤除载波信号送入解调电路并将其解调为所采集的电气参数数字序列，滤波电路实现带通滤波功能的设计，参数为F_stop＝90Hz-200Hz，A_stop＝30-50dB，F_pass＝10-50KHz，A_pass＝-10-10dB，通过特性阻抗阻抗匹配实现通信频带范围内的无反射匹配，舰船照明电网电缆的匹配参数为特性阻抗25-32Ω，将滤出的高频载波信号进行解调，解调过程可以表示为:

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其中X(m)为解调出的四进制移相键控序列，将其从复数域映射到实数域，变换为编码的二进制序列P(m)，最后将P(m)译码可得当前电力系统运行参数的采样值，集中器更新当前电气设备运行参数值，对异常值进行报警，等待T时间后再启动对采集器的轮询。