CN106952527A - 一种基于互联网的现代数字电子技术综合实训控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明属于现代数字电子技术领域，公开了一种基于互联网的现代数字电子技术综合实训控制系统，设置有脉冲频率可调模块，产生各种频率的脉冲信号，为电路提供信号；数模和模数转换模块，将模拟量直接显示出来；电平信号输入模块，提供输入电平信号；数控分频、调频和放大模块，为电路提供信号；显示模块，能实现各类信息显示，显示高低电平、数码、文字和波形等各类信息；外部控制和报警模块，能实现外部控制和报警功能，用数字信号控制外部开关和报警；编程模块，能实现大容量与多I/O端口的数字逻辑功能可编程，可以随意构成所希望的逻辑功能，实际使用时，外围接输入输出电路构成完整的数字系统。

Description

一种基于互联网的现代数字电子技术综合实训控制系统

技术领域

本发明属于现代数字电子技术领域，尤其涉及一种基于互联网的现代数字电子技术综合实训控制系统。

背景技术

现有的数字电子技术装置偏向于部分通用数字集成电路的使用，数字集成电路的综合应用面不广，对数字可编程逻辑器件的综合应用不够重视，电路功能模块之间的连接不灵活，电路实现的功能局限很大，实现的功能指标一般，没有新器件和大容量与多I/O端口的可编程逻辑器件的应用；没有大面积自主功能接线区，还有使用的安全性系数低，故障率高，不方便且多无抗干扰设计。

综上所述，现有技术存在的问题是：现有的数字电子技术装置存在实现的功能指标一般，使用的安全性系数低，故障率高，不方便且多无抗干扰设计。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种基于互联网的现代数字电子技术综合实训控制系统。

本发明是这样实现的，一种基于互联网的现代数字电子技术综合实训控制系统，所述基于互联网的现代数字电子技术综合实训控制系统包括：

脉冲频率可调模块，用于产生各种频率的脉冲信号，为电路提供信号；

所述脉冲频率可调模块对跳频混合信号时频域矩阵进行预处理，具体包括如下两步：

第一步，对进行去低能量预处理，即在每一采样时刻p，将幅值小于门限ε的值置0，得到门限ε的设定可根据接收信号的平均能量来确定；

第二步，找出p时刻(p＝0,1,2,…P-1)非零的时频域数据，用表示，其中表示p时刻时频响应非0时对应的频率索引，对这些非零数据归一化预处理，得到预处理后的向量b(p,q)＝[b₁(p,q),b₂(p,q),…,b_M(p,q)]^T，其中:

所述脉冲频率可调模块利用聚类算法估计每一跳的跳变时刻以及各跳对应的归一化的混合矩阵列向量、跳频频率时，包括以下步骤：

第一步，在p(p＝0，1，2，…P-1)时刻，对表示的频率值进行聚类，得到的聚类中心个数表示p时刻存在的载频个数，个聚类中心则表示载频的大小，分别用表示；

第二步，对每一采样时刻p(p＝0，1，2，…P-1)，利用聚类算法对进行聚类，同样可得到个聚类中心，用表示；

第三步，对所有求均值并取整，得到源信号个数的估计即

第四步，找出的时刻，用p_h表示，对每一段连续取值的p_h求中值，用l＝1,2,...表示第l段相连p_h的中值，则表示第l个频率跳变时刻的估计；

第五步，根据第二步中估计得到的p≠p_h以及第四步中估计得到的频率跳变时刻估计出每一跳对应的个混合矩阵列向量具体公式为：

这里表示第l跳对应的个混合矩阵列向量估计值；

第六步，估计每一跳对应的载频频率，用表示第l跳对应的个频率估计值，计算公式如下：

数模和模数转换模块，与脉冲频率可调模块连接，用于将模拟量直接显示出来；和其它电路构成数字电路和系统完成复杂功能；

电平信号输入模块，与数模和模数转换模块连接，用于提供输入电平信号；

所述电平信号输入模块计算接收信号的广义循环累积量按如下公式进行：

与均为广义循环矩，定义为：

其中s(t)为信号，n为广义循环矩的阶数，共轭项为m项；

接收信号s(t)的特征参数M¹的理论值具体计算过程如下进行：

经计算可知，对于2FSK信号，该信号的为1，而对于MSK、BPSK，QPSK、8PSK、16QAM和64QAM信号的均为0，由此可以通过最小均方误差分类器将2FSK信号识别出来，该分类器的表达形式为：

式中为特征参数M¹的实际值；

数控分频、调频和放大模块，与数模和模数转换模块连接，用于为电路提供信号；

显示模块，与数控分频、调频和放大模块连接，用于实现各类信息显示；

外部控制和报警模块，与数控分频、调频和放大模块连接，用于实现外部控制和报警功能；

编程模块，与数模和模数转换模块连接，用于实现大容量与多I/O端口的数字逻辑功能可编程，随意构成所希望的逻辑功能。

进一步，所述显示模块显示高低电平、数码、文字和波形信息；

所述显示模块设置有定位模块，所述定位模块的定位方法包括：待定位节点O通信范围内的锚节点坐标为A_i(x_i,y_i)，其中i＝0,1,…,n(n≥4)；

步骤一，待定位节点对接收信号r(t)进行采样得到采样信号r(n)，其中，n＝0,1,…,N-1，N表示OFDM符号包含的子载波个数，同时记录所接收到的信号的发送节点为A_i；

步骤二，根据采样信号r(n)，计算互相关值E：

步骤三：根据对数距离路径损耗模型，如下公式计算待定位节点与锚节点A_i之间的距离：

Pr(d_i)＝Pr(d₀)-10·γlg(d_i)+X_σ

其中，Pr(d_i′)表示距离发送端距离为d_i′时获取的互相关值，Pr(d₀)表示距离发送端d₀＝1米处获取的互相关值，γ表示路径损耗因子，lg(·)表示底为10的对数运算X_σ，服从均值为0、标准差为σ的高斯分布；

利用上式计算出各个锚节点与待定位节点O之间的距离分别为d_i′，对应的锚节点的坐标分别为A_i(x_i,y_i)，其中i＝0,1,2,…,n；

步骤四：根据自适应距离修正算法，估计出待定位节点的坐标O(x,y)。

进一步，所述外部控制和报警模块用数字信号控制外部开关和报警；

所述外部控制和报警模块对线性正则域的短时傅里叶变换谱做Hough变换按以下进行：

2.1)极坐标方程为ρ＝tcosθ+fsinθ，其中，(t,f)为时频域上的点，ρ为该点到原点的距离，θ为过该点和原点的直线与x轴的夹角，将极坐标空间(ρ,θ)量化为(ρ_u,θ_v)，u＝1,…,M,v＝1,…,N,得到M×N的二维矩阵M(ρ,θ)；M(ρ,θ)是一个累加器，初始值为0；

2.2)对应时频域上的每个点(t,f)，其谱幅度为|L_A(t,f)|²，为提高计算速度，设定当某个点的谱幅度大于所有点的谱幅度的最大值的时则进行Hough变换，否则忽略掉该点；

2.3)对满足谱幅度大于所有点的谱幅度的最大值的点(t,f)，将θ的所有量化值代入极坐标方程，求出相应的ρ，并将累加器加上|L_A(t,f)|²，即M(ρ,θ)＝M(ρ,θ)+|L_A(t,f)|²，得到Hough变换矩阵M(ρ,θ)。

进一步，所述编程模块使用时，外围接输入输出电路构成完整的数字系统。

本发明的优点及积极效果为：设置有脉冲频率可调模块，能产生各种频率的脉冲信号，可以为电路提供信号；数模和模数转换模块，有并行也有串行，能将模拟量直接显示出来；可以和其它电路构成数字电路和系统完成复杂功能；电平信号输入模块，为其它电路提供输入电平信号；数控分频、调频和放大模块，为电路提供信号；显示模块，能实现各类信息显示，显示高低电平、数码、文字和波形等各类信息；外部控制和报警模块，能实现外部控制和报警功能，用数字信号控制外部开关和报警；编程模块，能实现大容量与多I/O端口的数字逻辑功能可编程，可以随意构成所希望的逻辑功能，实际使用时，外围接输入输出电路构成完整的数字系统。

附图说明

图1是本发明实施例提供的基于互联网的现代数字电子技术综合实训控制系统结构示意图；

图中：1、脉冲频率可调模块；2、数模和模数转换模块；3、电平信号输入模块；4、数控分频、调频和放大模块；5、显示模块；6、外部控制和报警模块；7、编程模块。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

下面结合附图对本发明的应用原理作详细的描述。

如图1所示，本发明实施例提供的基于互联网的现代数字电子技术综合实训控制系统包括：脉冲频率可调模块1、数模和模数转换模块2、电平信号输入模块3、数控分频、调频和放大模块4、显示模块5、外部控制和报警模块6、编程模块7。

脉冲频率可调模块1，用于产生各种频率的脉冲信号，为电路提供信号。

数模和模数转换模块2，与脉冲频率可调模块1连接，用于将模拟量直接显示出来；可以和其它电路构成数字电路和系统完成复杂功能。

电平信号输入模块3，与数模和模数转换模块2连接，用于其它电路提供输入电平信号。

数控分频、调频和放大模块4，与数模和模数转换模块2连接，用于为电路提供信号。

显示模块5，与数控分频、调频和放大模块4连接，用于实现各类信息显示，显示高低电平、数码、文字和波形等各类信息。

外部控制和报警模块6，与数控分频、调频和放大模块4连接，用于实现外部控制和报警功能，用数字信号控制外部开关和报警。

编程模块7，与数模和模数转换模块2连接，用于实现大容量与多I/O端口的数字逻辑功能可编程，可以随意构成所希望的逻辑功能，实际使用时，外围接输入输出电路构成完整的数字系统。

所述脉冲频率可调模块对跳频混合信号时频域矩阵进行预处理，具体包括如下两步：

第一步，对进行去低能量预处理，即在每一采样时刻p，将幅值小于门限ε的值置0，得到门限ε的设定可根据接收信号的平均能量来确定；

第二步，找出p时刻(p＝0,1,2,…P-1)非零的时频域数据，用表示，其中表示p时刻时频响应非0时对应的频率索引，对这些非零数据归一化预处理，得到预处理后的向量b(p,q)＝[b₁(p,q),b₂(p,q),…,b_M(p,q)]^T，其中:

所述脉冲频率可调模块利用聚类算法估计每一跳的跳变时刻以及各跳对应的归一化的混合矩阵列向量、跳频频率时，包括以下步骤：

第一步，在p(p＝0，1，2，…P-1)时刻，对表示的频率值进行聚类，得到的聚类中心个数表示p时刻存在的载频个数，个聚类中心则表示载频的大小，分别用表示；

第二步，对每一采样时刻p(p＝0，1，2，…P-1)，利用聚类算法对进行聚类，同样可得到个聚类中心，用表示；

第三步，对所有求均值并取整，得到源信号个数的估计即

第四步，找出的时刻，用p_h表示，对每一段连续取值的p_h求中值，用l＝1,2,...表示第l段相连p_h的中值，则表示第l个频率跳变时刻的估计；

第五步，根据第二步中估计得到的p≠p_h以及第四步中估计得到的频率跳变时刻估计出每一跳对应的个混合矩阵列向量具体公式为：

这里表示第l跳对应的个混合矩阵列向量估计值；

第六步，估计每一跳对应的载频频率，用表示第l跳对应的个频率估计值，计算公式如下：

所述电平信号输入模块计算接收信号的广义循环累积量按如下公式进行：

与均为广义循环矩，定义为：

其中s(t)为信号，n为广义循环矩的阶数，共轭项为m项；

接收信号s(t)的特征参数M¹的理论值具体计算过程如下进行：

经计算可知，对于2FSK信号，该信号的为1，而对于MSK、BPSK，QPSK、8PSK、16QAM和64QAM信号的均为0，由此可以通过最小均方误差分类器将2FSK信号识别出来，该分类器的表达形式为：

式中为特征参数M¹的实际值；

所述外部控制和报警模块对线性正则域的短时傅里叶变换谱做Hough变换按以下进行：

2.1)极坐标方程为ρ＝tcosθ+fsinθ，其中，(t,f)为时频域上的点，ρ为该点到原点的距离，θ为过该点和原点的直线与x轴的夹角，将极坐标空间(ρ,θ)量化为(ρ_u,θ_v)，u＝1,...,M,v＝1,...,N,得到M×N的二维矩阵M(ρ,θ)；M(ρ,θ)是一个累加器，初始值为0；

2.2)对应时频域上的每个点(t,f)，其谱幅度为|L_A(t,f)|²，为提高计算速度，设定当某个点的谱幅度大于所有点的谱幅度的最大值的时则进行Hough变换，否则忽略掉该点；

2.3)对满足谱幅度大于所有点的谱幅度的最大值的点(t,f)，将θ的所有量化值代入极坐标方程，求出相应的ρ，并将累加器加上|L_A(t,f)|²，即M(ρ,θ)＝M(ρ,θ)+|L_A(t,f)|²，得到Hough变换矩阵M(ρ,θ)。

所述显示模块设置有定位模块，所述定位模块的定位方法包括：待定位节点O通信范围内的锚节点坐标为A_i(x_i,y_i)，其中i＝0,1,…,n(n≥4)；

步骤一，待定位节点对接收信号r(t)进行采样得到采样信号r(n)，其中，n＝0,1,…,N-1，N表示OFDM符号包含的子载波个数，同时记录所接收到的信号的发送节点为A_i；

步骤二，根据采样信号r(n)，计算互相关值E：

步骤三：根据对数距离路径损耗模型，如下公式计算待定位节点与锚节点A_i之间的距离：

Pr(d_i)＝Pr(d₀)-10·γlg(d_i)+X_σ

其中，Pr(d_i′)表示距离发送端距离为d_i′时获取的互相关值，Pr(d₀)表示距离发送端d₀＝1米处获取的互相关值，γ表示路径损耗因子，lg(·)表示底为10的对数运算X_σ，服从均值为0、标准差为σ的高斯分布；

利用上式计算出各个锚节点与待定位节点O之间的距离分别为d_i′，对应的锚节点的坐标分别为A_i(x_i,y_i)，其中i＝0,1,2,…,n；

步骤四：根据自适应距离修正算法，估计出待定位节点的坐标O(x,y)。

本发明设置有脉冲频率可调模块，能产生各种频率的脉冲信号，可以为电路提供信号；数模和模数转换模块，有并行也有串行，能将模拟量直接显示出来；可以和其它电路构成数字电路和系统完成复杂功能；电平信号输入模块，为其它电路提供输入电平信号；数控分频、调频和放大模块，为电路提供信号；显示模块，能实现各类信息显示，显示高低电平、数码、文字和波形等各类信息；外部控制和报警模块，能实现外部控制和报警功能，用数字信号控制外部开关和报警；编程模块，能实现大容量与多I/O端口的数字逻辑功能可编程，可以随意构成所希望的逻辑功能，实际使用时，外围接输入输出电路构成完整的数字系统。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种基于互联网的现代数字电子技术综合实训控制系统，其特征在于，所述基于互联网的现代数字电子技术综合实训控制系统包括：

脉冲频率可调模块，用于产生各种频率的脉冲信号，为电路提供信号；

所述脉冲频率可调模块对跳频混合信号时频域矩阵进行预处理，具体包括如下两步：

第一步，对进行去低能量预处理，即在每一采样时刻p，将幅值小于门限ε的值置0，得到门限ε的设定可根据接收信号的平均能量来确定；

第二步，找出p时刻(p＝0,1,2,…P-1)非零的时频域数据，用表示，其中表示p时刻时频响应非0时对应的频率索引，对这些非零数据归一化预处理，得到预处理后的向量b(p,q)＝[b₁(p,q),b₂(p,q),…,b_M(p,q)]^T，其中:

所述脉冲频率可调模块利用聚类算法估计每一跳的跳变时刻以及各跳对应的归一化的混合矩阵列向量、跳频频率时，包括以下步骤：

第一步，在p(p＝0，1，2，…P-1)时刻，对表示的频率值进行聚类，得到的聚类中心个数表示p时刻存在的载频个数，个聚类中心则表示载频的大小，分别用表示；

第二步，对每一采样时刻p(p＝0，1，2，…P-1)，利用聚类算法对进行聚类，同样可得到个聚类中心，用表示；

第三步，对所有求均值并取整，得到源信号个数的估计即

$\hat{N}=round\left(\frac{1}{p}\underset{p=0}{\overset{P-1}{\Σ}}{\hat{N}}_p\right);$

第四步，找出的时刻，用p_h表示，对每一段连续取值的p_h求中值，用表示第l段相连p_h的中值，则表示第l个频率跳变时刻的估计；

第五步，根据第二步中估计得到的以及第四步中估计得到的频率跳变时刻估计出每一跳对应的个混合矩阵列向量具体公式为：

${\hat{a}}_n\left(l\right)=\left\{\begin{array}{cc}\frac{1}{{\stackrel{\‾}{p}}_h\left(1\right)}\·\underset{p=1,p\≠p_h}{\overset{{\stackrel{\‾}{p}}_h\left(1\right)}{\Σ}}{b}_{n,p}^0& l=1,\\ \frac{1}{{\stackrel{\‾}{p}}_h\left(l\right)-{\stackrel{\‾}{p}}_h(l-1)}\·\underset{p={\stackrel{\‾}{p}}_h(l-1)+1,p\≠p_h}{\overset{{\stackrel{\‾}{p}}_h\left(l\right)}{\Σ}}{b}_{n,p}^0& l>1,\end{array}\right.,n=1,2,\mathrm{...},\hat{N}$

这里表示第l跳对应的个混合矩阵列向量估计值；

第六步，估计每一跳对应的载频频率，用表示第l跳对应的个频率估计值，计算公式如下：

${\hat{f}}_{c,n}\left(l\right)=\left\{\begin{array}{cc}\frac{1}{{\stackrel{\‾}{p}}_h\left(1\right)}\·\underset{p=1,p\≠p_h}{\overset{{\stackrel{\‾}{p}}_h\left(1\right)}{\Σ}}{f}_o^n\left(p\right)& l=1,\\ \frac{1}{{\stackrel{\‾}{p}}_h\left(l\right)-{\stackrel{\‾}{p}}_h(l-1)}\·\underset{p={\stackrel{\‾}{p}}_h(l-1)+1,p\≠p_h}{\overset{{\stackrel{\‾}{p}}_h\left(l\right)}{\Σ}}{f}_o^n\left(p\right)& l>1,\end{array}\right.,n=1,2,\mathrm{...},\hat{N};$

数模和模数转换模块，与脉冲频率可调模块连接，用于将模拟量直接显示出来；和其它电路构成数字电路和系统完成复杂功能；

电平信号输入模块，与数模和模数转换模块连接，用于提供输入电平信号；

所述电平信号输入模块计算接收信号的广义循环累积量按如下公式进行：

${\mathrm{GC}}_{s,10}^{\mathrm{\β}}={\mathrm{GM}}_{s,10}^{\mathrm{\β}};$

${\mathrm{GC}}_{s,21}^{\mathrm{\β}}={\mathrm{GM}}_{s,21}^{\mathrm{\β}};$

与均为广义循环矩，定义为：

其中s(t)为信号，n为广义循环矩的阶数，共轭项为m项；

接收信号s(t)的特征参数M¹的理论值具体计算过程如下进行：

${\mathrm{GC}}_{s,10}^{\mathrm{\β}}=\frac{1}{N}\underset{k=1}{\overset{N}{\Σ}}a\left(k\right)\left|ln\right|a\left(k\right)\left|\right|$

${\mathrm{GC}}_{s,21}^{\mathrm{\β}}=\frac{1}{N}\underset{k=1}{\overset{N}{\Σ}}a\left(k\right)a^{*}\left(k\right){\left|ln\right|a\left(k\right)\left|\right|}^2$

经计算可知，对于2FSK信号，该信号的为1，而对于MSK、BPSK，QPSK、8PSK、16QAM和64QAM信号的均为0，由此可以通过最小均方误差分类器将2FSK信号识别出来，该分类器的表达形式为：

$E_1=min{(M_{theory}^1-M_{actual}^1)}^2$

式中为特征参数M¹的实际值；

数控分频、调频和放大模块，与数模和模数转换模块连接，用于为电路提供信号；

显示模块，与数控分频、调频和放大模块连接，用于实现各类信息显示；

外部控制和报警模块，与数控分频、调频和放大模块连接，用于实现外部控制和报警功能；

编程模块，与数模和模数转换模块连接，用于实现大容量与多I/O端口的数字逻辑功能可编程，随意构成所希望的逻辑功能。

2.如权利要求1所述的基于互联网的现代数字电子技术综合实训控制系统，其特征在于，所述显示模块显示高低电平、数码、文字和波形信息；

所述显示模块设置有定位模块，所述定位模块的定位方法包括：待定位节点O通信范围内的锚节点坐标为A_i(x_i,y_i)，其中i＝0,1,…,n(n≥4)；

步骤一，待定位节点对接收信号r(t)进行采样得到采样信号r(n)，其中，n＝0,1,…,N-1，N表示OFDM符号包含的子载波个数，同时记录所接收到的信号的发送节点为A_i；

步骤二，根据采样信号r(n)，计算互相关值E：

步骤三：根据对数距离路径损耗模型，如下公式计算待定位节点与锚节点A_i之间的距离：

Pr(d_i)＝Pr(d₀)-10·γlg(d_i)+X_σ

其中，Pr(d′_i)表示距离发送端距离为d′_i时获取的互相关值，Pr(d₀)表示距离发送端d₀＝1米处获取的互相关值，γ表示路径损耗因子，lg(·)表示底为10的对数运算X_σ，服从均值为0、标准差为σ的高斯分布；

利用上式计算出各个锚节点与待定位节点O之间的距离分别为d′_i，对应的锚节点的坐标分别为A_i(x_i,y_i)，其中i＝0,1,2,…,n；

步骤四：根据自适应距离修正算法，估计出待定位节点的坐标O(x,y)。

3.如权利要求1所述的基于互联网的现代数字电子技术综合实训控制系统，其特征在于，所述外部控制和报警模块用数字信号控制外部开关和报警；

所述外部控制和报警模块对线性正则域的短时傅里叶变换谱做Hough变换按以下进行：

2.1)极坐标方程为ρ＝tcosθ+fsinθ，其中，(t,f)为时频域上的点，ρ为该点到原点的距离，θ为过该点和原点的直线与x轴的夹角，将极坐标空间(ρ,θ)量化为(ρ_u,θ_v)，u＝1,...,M,v＝1,...,N,得到M×N的二维矩阵M(ρ,θ)；M(ρ,θ)是一个累加器，初始值为0；

2.2)对应时频域上的每个点(t,f)，其谱幅度为|L_A(t,f)|²，为提高计算速度，设定当某个点的谱幅度大于所有点的谱幅度的最大值的时则进行Hough变换，否则忽略掉该点；

2.3)对满足谱幅度大于所有点的谱幅度的最大值的点(t,f)，将θ的所有量化值代入极坐标方程，求出相应的ρ，并将累加器加上|L_A(t,f)|²，即M(ρ,θ)＝M(ρ,θ)+|L_A(t,f)|²，得到Hough变换矩阵M(ρ,θ)。

4.如权利要求1所述的基于互联网的现代数字电子技术综合实训控制系统，其特征在于，所述编程模块使用时，外围接输入输出电路构成完整的数字系统。