CN104393933B - 声表面波电力测温采集器的移相叠加抗干扰方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种声表面波电力测温采集器的移相叠加抗干扰方法，利用发射信号与测温标签回波信号之间具有固定的相位关系，通过多次重复发射射频信号，每次发射信号相位变换一个固定值，将获得的回波信号叠加，使有效回波信号能量提升，从而提高对声表面波电力测温系统中存在固定干扰的抗扰能力，包括步骤1）通过采集器天线向被测设备上测温传感器重复射频信号，射频信号被重复发射64次，2）通过采集器天线接收由相关被测设备上的声表面波测温传感器反射的回波信号；3）由DSP控制单元对回波信号进行处理，4）由DSP控制单元剔除干扰信号，保留正常谐振器的回波信号，有益效果：处理干扰信号大于正常信号时的情况，方法用于雷达导航与探测领域能提升系统抗扰度。

Description

声表面波电力测温采集器的移相叠加抗干扰方法

技术领域

本发明涉及电力测试设备，特别涉及一种声表面波电力测温采集器的移相叠加抗干扰方法，利用声表面波射频识别技术（SAW-RFID）在对物联网中电力系统相关设备进行温度测试，而在利用测频方法测温时，抗干扰技术是增强系统稳定性的重要技术。

背景技术

利用SAW-RFID（声表面波射频识别技术）实现设备运行时的实时监控，可以为电力运营部门预测故障，提前解决问题，避免故障发生所带来的巨额经济损失以及人员伤亡提供了技术保障。

在现有技术中，利用SAW-RFID测温设备进行测温的方法是，首先由测温设备发射一定频率的射频信号，然后间隔一段时间后，测温设备再对标签回波能量检测，记录能量值。之后，测温设备再进行频率递进，按上述方法重复扫描标签，当按照约定扫描完 测温系统要求的频带后。扫描停止，分析数据，找到能量最大点的频率作为当前标签温度相关联的频率，利用温度与回波频率之间的固定关系，进行温度计算，从而获得标签与电力设备被测触点的温度值。

然而，如果环境空间存在电磁干扰，那么会经常导致测温不准确，或者不能继续较好的测温，而干扰的存在是一个不可避免的事情，如何在有干扰的情况下还能继续准确测温是一个SAW－RFID测温领域需要解决的一个重要课题，尤其在存在同频干扰的情况下如何进行同频抗干扰或干扰抵消是本发明探讨的重点。

以往采用抗扰性的方法是:两个回波能量相减，不能较好的解决大功率或同频率干扰时的问题。因为在FFT的幅度相减中，当干扰信号大于回波信号时，弱信号很难正确检测出来。

在中国专利CN103490830A中，提出了声表面波电力测温设备中去噪声来获取射频频谱峰值的一种方法，这种方法也属于抗干扰技术的一种，但是该解决方法解决不了固定干扰对设备的影响。中国专利CN103017940A中提出了一种基于无源无线声表面波温度传感器饱和程度检测调节的方法来解决检测过程中传感器检测误差大和抗干扰的问题，但是该方法同样解决不了在系统中存在固定干扰时对检测设备的影响。

如何解决这个问题就成为了本技术领域的技术人员所要研究和解决的课题。

发明内容

本发明的目的就是为克服现有技术的不足，针对如何解决测温设备的同频抗干扰或干扰抵消影响，提供一种干扰抵消技术，利用相位相关性的方法进行干扰抵消，力求实现即使在同频率干扰情况下，且干扰的能量大于信号的能量，系统仍能继续进行有效测温的方法，这种技术也可以应用在雷达导航和探测上。

本发明是通过这样的技术方案实现的：声表面波电力测温采集器的移相叠加抗干扰方法，利用声表面波电力测温采集器作为实施硬件，声表面波电力测温采集器主要由发射单元、接收单元、DSP控制单元和采集器天线构成；

由发射单元发射信号，由接收单元接收回波信号，由 DSP控制单元对回波信号进行处理；其特征在于，利用发射信号与回波信号之间具有固定的相位关系，通过多次重复发射射频信号，每次发射信号相位变换一个固定值，将获得的回波信号叠加，使无干扰回波信号能量提升，从而提高对声表面波电力测温系统中存在固定干扰的抗扰能力，所述方法包括如下步骤：

步骤1、声表面波电力测温采集器通过采集器天线向相关被测设备上面的测温传感器重复射频信号，射频信号被重复发射64次，每次发射信号相位变换2*π/64，

发射信号用公式表示为：

----------------(公式1)

其中:P为发射功率相关量，发射的频率为f₀，为64个每次递进变化的相位序列；

步骤2、声表面波电力测温采集器通过采集器天线接收由相关被测设备上面的温度传感器表面反射回的回波信号；

无干扰回波信号用公式表示为：

-----------（公式2）

其中:M代表回波能量，τ₀为回波路径与谐振器延时，T为声表面波器件信号衰减常数；

干扰信号用公式表示为：

---------------(公式3 )

其中W代表干扰信号的能量，△f代表干扰与本振的频率差；

步骤3、由 DSP控制单元对回波信号进行处理的过程包括：

a)电力测温系统本振信号与发射信号差为f_if，经过混频器混频后的中频信号为：本振× (无干扰回波＋干扰信号)，即：

----（公式4）

b)化简及滤除高频量，获得中频信号为:

--------（ 公式5）

c)将公式3代表的中频信号按照64次叠加:

-------（公式6）

由公式6中频信号经过64次叠加后的无干扰回波信号为:

信号能量提升了64倍，而干扰信号为:

由上述推导可见，有效回波信号能量f_if提升64倍，而干扰信号(△f+f_if)能量大幅度下降；

步骤4、由DSP控制单元剔除干扰信号，而保留正常谐振器的回波信号。

本方法有益效果是：主要依据声表面回波信号与发射信号具有固定的相位关系而进行的干扰抵消技术，可以处理干扰信号大于正常信号时的情况，该方法也可以用于雷达导航与探测领域.提升系统抗扰度。

附图说明

图1、单回波谐振器回波信号图；

图2、谐振器回波与干扰噪声叠加后时域波形图；

图3、干扰未经处理的信号与噪声叠加后中频频谱图；

图4、位移相叠加后中频频谱图。

具体实施方式

为了更清楚的理解本发明，结合附图和实施例详细描述本发明：

如图1至图4所示，同频抗扰是指: 干扰的频率和标签的谐振频率在一个频段，或者频率重合。

本发明给出一种干扰抵消技术，实现即使在同频率干扰情况下，且干扰的能量大于信号的能量，系统仍能继续进行有效测温的方法。这种技术也可以应用在雷达导航和探测上。

因为以往采用抗扰性的方法是:两个回波能量相减，不能较好的解决大功率或同频率干扰时的问题。因为在FFT的幅度相减中，当干扰信号大于回波信号时，弱信号很难正确检测出来。

本发明是利用相位相关性的方法进行干扰抵消。

移相叠加抗扰方法原理是：测温设备(或雷达设备)，发射信号与回波信号之间具有固定的相位关系，当发射频率固定之后，回波信号与发射信号之间的相位差只取决于空间路径与声表面波器件对电磁波的回波延迟，而干扰信号与回波信号之间相位上是不相关的。这样射频信号重复发射64(该值可以调整)次，每次发射信号相位变换2*π/64，用公式描述如下:

发射信号:

----------------(公式1)

其中:P为发射功率相关量，发射的频率为f₀，为64个每次递进变化的相位序列。

无干扰回波信号:

-----------（公式2）

其中:M代表回波能量，τ₀为回波路径与谐振器延时，T为声表面波器件信号衰减常数。

干扰信号:

---------------(公式3 )

其中W代表干扰信号的能量，△f代表干扰与本振的频率差。

系统本振信号与发射信号差为f_if，经过混频器混频后的中频信号为本振*(无干扰回波+ 干扰信号)，即

----（公式4）

化简及滤除高频量，获得中频信号为:

--------（ 公式5）

将公式5代表的信号按照64次叠加:

-------（公式6）

可见，公式6中，信号能量f_if提升64倍，而干扰信号 (△f+f_if)能量大幅度下降(见图4)。

如图1所示，正常谐振器回波信号(按照10MHz模拟，衰减因子为5us)，按指数衰减。

如图2所示，谐振器回波与干扰噪声叠加后时域波形图；谐振器回波与干扰的叠加，干扰的峰值能量与谐振器回波峰值相等，干扰频点偏离信号200KHz。

按照普通方式是无法分辨回波与干扰信号的，即很难将图2中的回波信号与干扰信号分辨出来。

按照上面说的相位叠加方法处理后，回波信号能量得到大幅提升，同时干扰信号能量也大幅下降。

仿真结果具体见图3、图4；

在图3和图4中可以看出在经过移相叠加后，可以较为容易的剔除干扰信号，而保留正常谐振器的回波信号，同时信号失真度很小。

本方法主要依据声表面回波信号与发射信号具有固定的相位关系而进行的干扰抵消技术，可以处理干扰信号大于正常信号时的情况，该方法也可以用于雷达导航与探测领域.提升系统抗扰度。

根据上述说明，结合本领域技术可实现本发明的方案。

Claims (1)

1.声表面波电力测温设备的移相叠加抗干扰方法，利用声表面波电力测温采集器作为实施硬件，声表面波电力测温采集器主要由发射单元、接收单元、DSP控制单元和采集器天线构成；

由发射单元发射信号，由接收单元接收回波信号，由DSP控制单元对回波信号进行处理；其特征在于，利用发射信号与回波信号之间具有固定的相位关系，通过多次重复发射射频信号，每次发射信号相位变换一个固定值，将获得的回波信号叠加，使无干扰回波信号能量提升，从而提高对声表面波电力测温系统中存在固定干扰的抗扰能力，所述方法包括如下步骤：

步骤1、声表面波电力测温采集器通过采集器天线向相关被测设备上面的测温传感器重复射频信号，射频信号被重复发射64次，每次发射信号相位变换2*π/64，发射信号用公式表示为：

----------------( 公式1)

其中:P为发射功率相关量，发射的频率为f₀，为64个每次递进变化的相位序列；

步骤2、声表面波电力测温采集器通过采集器天线接收由相关被测设备上面的温度传感器表面反射回的回波信号；

无干扰回波信号用公式表示为：

-----------（公式2）

其中:M代表回波能量，τ₀为回波路径与谐振器延时，T为声表面波器件信号衰减常数；

干扰信号用公式表示为：

---------------(公式3 )

其中W代表干扰信号的能量，△f代表干扰与本振的频率差；

步骤3、由 DSP控制单元对回波信号进行处理的过程包括：

a)电力测温系统本振信号与发射信号差为f_if，经过混频器混频后的中频信号为：本振× (无干扰回波＋干扰信号)，即：

————（公式4）

b)化简及滤除高频量，获得中频信号为:

--------（ 公式5）

c)将公式5代表的中频信号按照64次叠加:

-------（公式6）

由公式6中频信号经过64次叠加后的无干扰回波信号为:

信号能量提升了64倍，而干扰信号为:

由上述推导可见，有效回波信号能量f_if提升64倍，而干扰信号(△f+f_if)能量大幅度下降；

步骤4、由DSP控制单元剔除干扰信号，而保留正常谐振器的回波信号。