CN114759680B

CN114759680B - 一种用于台区拓扑识别的方法及系统

Info

Publication number: CN114759680B
Application number: CN202210518337.6A
Authority: CN
Inventors: 栗志; 董银锋
Original assignee: Shenzhen Friendcom Technology Co Ltd
Current assignee: Shenzhen Friendcom Technology Co Ltd
Priority date: 2022-05-13
Filing date: 2022-05-13
Publication date: 2023-05-02
Anticipated expiration: 2042-05-13
Also published as: CN114759680A

Abstract

本发明公开了一种用于台区拓扑识别的方法及系统，涉及台区拓扑设备技术领域。本发明的方法包括如下步骤：S10、采集电力线的交流电信号；S20、分别调制产生与交流电信号频率相同的两路本地信号；S30、将采集的电流信号分别与两路本地信号进行混频，形成两路混频电流信号；S40、将两路混频电流信号分别进行抽取与合并，形成第一路抽取电流信号、第二路抽取电流信号以及合并电流信号，存储上述电流信号；S50、分别对存储的第一路抽取电流信号、第二路抽取电流信号以及合并电流信号与发送的特征码进行识别；S60、返回步骤S10，执行下一次识别。本发明存储空间小、计算速度快、准确性高、抗干扰力强。

Description

一种用于台区拓扑识别的方法及系统

技术领域

本发明涉及台区拓扑设备技术领域，尤其涉及一种用于台区拓扑识别的方法及系统。

背景技术

中国专利(CN112803411A)公开了一种用于台区拓扑识别的信号发送电路及识别方法，在详细说明了信号发送电路具体结构后提出了一种基于滑动快速傅立叶算法的电流特征识别算法：在接收端以f采样频率实时采集电流信号，并利用滑动傅立叶变换提取特殊频点处的信号强度，进行滑动解码后，将解码码元与发送码元进行识别，若识别成功则存储识别记录。

但上述识别算法需要用到计算量巨大的快速傅立叶变换，并存贮大量的计算结果以便用于滑动解码，算法的识别的准确性较低，对于系统中噪声抵抗力低，或者需要更大的特征电流以提高识别的准确性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于台区拓扑识别的方法及系统，用低复杂度算法快速准确地识别出特征码，以解决上述现有技术的缺陷。本发明提供的诸多技术方案中的优选技术方案所能产生的诸多技术效果详见下文阐述。

为实现上述目的，本发明提供了以下技术方案：

本发明提供的一种用于台区拓扑识别的方法，包括如下步骤：

S10、采集电力线的交流电信号；

S20、分别调制产生与所述交流电信号频率相同的两路本地信号；所述两路本地信号为通过相位累加和查表的方法产生的正弦波和余弦波；

S30、将两路所述本地信号分别与采集的所述交流电信号进行混频，形成两路混频电流信号；

S40、将两路所述混频电流信号分别进行抽取与合并，形成第一路抽取电流信号、第二路抽取电流信号以及合并电流信号，存储所述第一路抽取电流信号、第二路抽取电流信号以及合并电流信号；

S50、分别对存储的所述第一路抽取电流信号、第二路抽取电流信号以及合并电流信号与接收的特征码进行识别；

S60、返回步骤S10，执行下一次识别。

进一步地，步骤S50包括如下步骤：

S501、将所述第一路抽取电流信号与所述特征码进行识别；

S502、是否识别到所述特征码，如是，识别成功，输出识别标识，执行步骤S60；否则，执行步骤S503；

S503、将所述第二路抽取电流信号与所述特征码进行识别；

S504、是否识别到所述特征码，如是，识别成功，输出识别标识，执行步骤S60；否则，执行步骤S505；

S505、将所述合并电流信号与所述特征码进行识别；

S506、是否识别到所述特征码，如是，识别成功，输出识别标识，执行步骤S60；否则，执行步骤S507；

S507、是否超时，如是，执行步骤S508；否则，返回步骤S10，直到识别成功；

S508、退出，执行步骤S60。

进一步地，步骤S501的具体步骤为：

S5011、读取存储的所述第一路抽取电流信号，对读取的所述第一路抽取电流信号进行分段积分处理，形成多个特征码样本点；

S5012、接收特征码与获取所述特征码样本点，分别对获取的所述特征码样本点与接收的所述特征码进行序列相关，形成最佳判决点；

S5013、获取所述最佳判决点，将所述最佳判决点与判决门限进行比较判别，形成待比对序列，将所述待比对序列与所述特征码进行识别。

进一步地，步骤S503的具体步骤为：

S5031、读取存储的所述第二路抽取电流信号，对读取的所述第二路抽取电流信号进行分段积分处理，形成多个特征码样本点；

S5032、接收特征码与获取所述特征码样本点，分别对获取的所述特征码样本点与接收的所述特征码进行序列相关，形成最佳判决点；

S5033、获取所述最佳判决点，将所述最佳判决点与判决门限进行比较判别，形成待比对序列，将所述待比对序列与所述特征码进行识别。

进一步地，步骤S505的具体步骤为：

S5051、读取存储的所述合并电流信号，对读取的所述合并电流信号进行分段积分处理，形成多个特征码样本点；

S5052、接收特征码与获取所述特征码样本点，分别对获取的所述特征码样本点与接收的所述特征码进行序列相关，形成最佳判决点；

S5053、获取所述最佳判决点，将所述最佳判决点与判决门限进行比较判别，形成待比对序列，将所述待比对序列与所述特征码进行识别。

根据本发明的另一方面还提供了一种用于台区拓扑识别的系统，应用于上文所述的一种用于台区拓扑识别的方法，包括第一本地数控振荡单元、第二本地数控振荡单元、第一数字混频单元、第二数字混频单元、第一抽取滤波单元、第二抽取滤波单元、第一存储单元、第二存储单元以及识别单元；所述第一本地数控振荡单元、第一数字混频单元、第一抽取滤波单元、识别单元依次连接；所述第二本地数控振荡单元、第二数字混频单元、第二抽取滤波单元、识别单元依次连接。

优选的，所述第一抽取滤波单元、第二抽取滤波单元均为积分梳状滤波器。

优选的，所述一种用于台区拓扑识别的系统还包括电流采集单元，所述电流采集单元与所述第一数字混频单元、第二数字混频单元均相连，用于采集电力线的两路交流电信号。

优选的，所述一种用于台区拓扑识别的系统还包括与所述识别单元连接的发射端，所述发射端能够向所述识别单元发送用于与所述第一路抽取电流信号、第二路抽取电流信号以及合并电流信号进行识别的特征码。

实施本发明上述技术方案中的一个技术方案，具有如下优点或有益效果：

(1)本发明利用发射端调制的两路本地信号分别与电力线本身信号叠加产生的两个线谱分别进行识别，并增加对两个线谱的合并信号进行识别，提高了识别的准确性和抗干扰能力；

(2)本发明采用查表法实现频点信号(本地信号)的生成，大大提高了本方法的运行速度；

(3)本发明采用了CIC滤波器进行滤波器抽取与合并，进一步减小了计算复杂度；

(4)本发明采用了N2组数据计算一次，大大减少了单片机的数据存储空间的需要；

(5)本发明利用了发送的特征码中的特殊序列进行判决门限的计算，提高了识别的精度；

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图，附图中：

图1是本发明的一种用于台区拓扑识别方法的信号线性普图；

图2是本发明的一种用于台区拓扑识别方法的流程图；

图3是本发明的一种用于台区拓扑识别方法中步骤S50的具体步骤流程图；

图4是本发明的一种用于台区拓扑识别方法中步骤S501的具体步骤流程图；

图5是本发明的一种用于台区拓扑识别方法中步骤S503的具体步骤流程图；

图6是本发明的一种用于台区拓扑识别方法中步骤S505的具体步骤流程图；

图7是本发明的一种用于台区拓扑识别系统结构图。

1、第一本地数控振荡单元；2、第二本地数控振荡单元；3、第一数字混频单元；4、第二数字混频单元；5、第一抽取滤波单元；6、第二抽取滤波单元；7、第一存储单元；8、第二存储单元；9、识别单元；10、电流采集单元；11、发射端。

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，下文将要描述的各种示例性实施例将要参考相应的附图，这些附图构成了示例性实施例的一部分，其中描述了实现本发明可能采用的各种示例性实施例。除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本公开相一致的所有实施方式。应明白，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本发明公开的一些方面相一致的流程、方法和装置等的例子，还可使用其他的实施例，或者对本文列举的实施例进行结构和功能上的修改，而不会脱离本发明的范围和实质。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”等指示的是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的元件必须具有的特定的方位、以特定的方位构造和操作。术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。术语“多个”的含义是两个或两个以上。术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接、可拆卸连接、一体连接、机械连接、电连接、通信连接、直接相连、通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

为了说明本发明所述的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分。

本发明的快速识别算法是根据特征电流发送的调制特性，特征电流以PWM驱动，会在电力线上与电力线中传输的50Hz交流电信号产生叠加效应，在原信号中产生两个明显的单线谱，如图1中的F1和F2。本发明主要针对这两个单线谱进行识别，并识别发射端的特征码，进而用于台区拓扑识别。本发明不仅适用于固定特征码的识别，也能适用于可变特征码的识别，通过有效的特征码结构，如导频序列+有效数据+校验码等类似序列结构，同时也可用于进行电力线上简单数据传输。

实施例一：

如图2-6所示，本发明提供了一种用于台区拓扑识别的方法，其特征在于，包括如下步骤：

S10、采集电力线的交流电信号。采集由设置在电线网络的主站进行控制，主站通过通讯网络向对应的电力线终端(下文简称终端)发送开始识别命令，终端开始产生特征电流，该特征电流由PWM驱动产生，主站通过采集装置(如实施例二中所述的交流电采集单元)采集电力线的交流电信号，并存储；

S20、分别调制产生与交流电信号频率相同的两路本地信号。具体的，本步骤通过相位累加和查表的方法产生具备正弦波和余弦波的两路本地信号。需说明的是，为了能大大加快本方法的运算速度，通过选择合理的采样频率，可以在数控振荡器中存储一组少量的数据点来表示一个周期的正弦波，通过相位累加和查表的方法产生正弦波和余弦波，这样就把浮点运算转成定点运算，进而实现大大加快运算速度的目的；

S30、将两路本地信号分别与采集的交流电信号进行混频，形成两路混频电流信号。需说明的是，混频由两次乘法运算实现，将采集的交流信号中频谱信号(如图1中F1、F2)搬移到基频(零频)或基频(零频)附近；通过混频把待处理信号中频谱信号搬移到零频后就可以通过滤波抽取滤除干扰信号，并降低数据速率方便后面的处理；

S40、将两路混频电流信号分别进行抽取与合并，形成第一路抽取电流信号、第二路抽取电流信号以及合并电流信号，存储第一路抽取电流信号、第二路抽取电流信号以及合并电流信号。考虑到降低本发明方法的算法复杂度及对存储空间的要求，需要选择合理的采样频率来设定一个计算间隔，即每收到N2(如发射端发射特征码的频率为833.3Hz，发送周期为0.6秒，可选采样频率为4800Hz，N1为10，可得到N2＝4800×0.6÷N1＝288)个采样数据进行一次计算，这个N2就是抽取滤波单元(参见实施例二)的抽取率。需说明的是，此步骤采用循环存储，设置循环存储区(实施例二中的存储单元)的大小为特征码(步骤S50所述)的整数N1倍(如8倍、10倍等，特征码长度为L)，共N1×L个存储单元，由于特征码一般很短，一般只有16到32位不等，所以即使是10倍也不需要多大的存储空间。因而可以实现节省空间及存储设备成本的目的；

S50、分别对存储的第一路抽取电流信号、第二路抽取电流信号以及合并电流信号与发送的特征码进行识别。需说明的是，为了提高识别的准确性和抗干扰性能，本实施例同时处理图1所示的两个线谱分量，这样即使有一个线谱受到干扰也能通过另一个线谱识别出发送的特征码。N2个采样数据分别经过实施例二中所述的两个抽取滤波单元进行处理，分别抽取出有效数据，分别存储到两个数组队列(实施例二中的两个存储模块)中，识别单元(参见实施例二)先从第一个存储队列中读出一组数据，与发送的特征码进行识别，若识别成功则给出标识并退出；若识别不成则进行另一存储队列中读取一组数据进行识别，若识别成功则给出标识并退出；若识别不成则再将两组数组队列进行合并后再进行识别，这样能提供一定的合并增益，提高系统的识别能力。若还是不能识别成功，则进入下一组N2个采样点的计算，直到识别成功或超时退出。具体地：

S501、将第一路抽取电流信号与特征码进行识别；

S502、是否识别到特征码，如是，识别成功，输出识别标识，执行步骤S60；否则，执行步骤S503；

S503、将第二路抽取电流信号与特征码进行识别；

S504、是否识别到特征码，如是，识别成功，输出识别标识，执行步骤S60；否则，执行步骤S505；

S505、将合并电流信号与特征码进行识别；

S506、是否识别到特征码，如是，识别成功，输出识别标识，执行步骤S60；否则，执行步骤S507；

S507、是否超时，如是，执行步骤S508；否则，返回步骤S10，直到识别成功。此步骤中，当在本次设定的时间内还未否识别到特征码，即为超时；

S508、退出，执行步骤S60。

进一步地，步骤S501的具体步骤为：

S5011、读取存储的第一路抽取电流信号，对读取的第一路抽取电流信号进行分段积分处理，形成多个特征码样本点。此步骤中，将经抽取后的第一路抽取电流信号的数据，以每N1个计算点作一次滑动累加作为结果输出。计算点均为0、1构成的多位数序列。在累加时，将N1个计算点(每个计算点有n个0、1数据)依次进行累加，形成一个经累加后的序列。最终每经N1次累加后，形成一个积分处理的特征码样本点，也即形成一个与特征码长度相同的特征码样本点参与下一步处理的序列。即，每个计算点都是多位数据，每N2个采样数据产生一个计算点，每产生一个计算点就按本实施例的S10-S50的流程处理一次；若特征码数据长度为L，则处理后的计算点的数据量为L*N1个，通过每N1个数据累加可得到L个特征码样本点；

S5012、接收特征码与获取特征码样本点，分别对获取的特征码样本点与接收的特征码进行序列相关，形成最佳判决点。需说明的是，特征码是由发射端发送的、由0、1构成的多位数序列。进一步地，对此进行相关的步骤为：首先，将特征码分别与特征码样本点进行异或运算，形成N1个经异或运算的长度为L的序列；其次，将每一个经异或运算的序列按照位数依次进行滑动累加运算(每计算一次移除一个最早的数据，并补入一个新数据)，形成L*N1个经累加的十进制数值，从每N1个数值中选取最大值作为最佳判决点，最终得到L个最佳判决点。最佳判决点与读取的第一路抽取电流信号相对应，对判决有最佳的信噪比；

S5013、获取最佳判决点，将最佳判决点与判决门限进行比较判别，形成待比较序列，将待比较序列与特征码进行识别。判决门限的生产方法为：对抽取的所有第一路抽取电流信号进行一次性累加，累加后的数值(十进制数值)除以特征码中的特殊数据长度的数量(如1010这种0、1等概率分布的作为特殊数据，计算其起始序列的长度为4)，得到一个经累加的平均值M，最后将该平均值M作为判决门限。在进行识别时，将步骤S5012中的L个最佳判决点逐一与判决门限M进行比较；最佳判决点大于M判断输出为“1”，反之最佳判决点小于M判断输出为“0”，最终得到L位由0、1构成的待比对序列，待比对序列与发射端的特征码相同则识别成功，并将终端的ID提取出来；根据ID标识能够识别出电力线终端，进而可根据识别的结果(标识出的终端)及时间标识户变关系，实现对台区拓扑快速、有效的识别。此部分为现有技术(如，中国专利110646690A)在此不再赘述。

进一步地，步骤S503的具体步骤为：

S5031、读取存储的第二路抽取电流信号，对读取的第二路抽取电流信号进行分段积分处理，形成多个特征码样本点。具体处理参见步骤S5011；

S5032、接收特征码与获取特征码样本点，分别对获取的特征码样本点与接收的特征码进行序列相关，形成最佳判决点。具体处理参见步骤S5012；

S5033、获取最佳判决点，将最佳判决点与判决门限进行比较判别，形成待比较序列，将待比较序列与特征码进行识别。具体处理参见步骤S5013；

进一步地，步骤S505的具体步骤为：

S5051、读取存储的合并电流信号，对读取的合并电流信号进行分段积分处理，形成多个特征码样本点。具体处理参见步骤S5011；

S5052、接收特征码与获取特征码样本点，分别对获取的特征码样本点与接收的特征码进行序列相关，形成最佳判决点。具体处理参见步骤S5012；

S5053、获取最佳判决点，将最佳判决点与判决门限进行比较判别，形成待比较序列，将待比较序列与特征码进行识别。具体处理参见步骤S5013；

S60、返回步骤S10，执行下一次识别。

综上所述，本实施例的方法利用了发射端调制的两路本地信号分别与电力线本身信号叠加产生的两个线谱分别进行识别，并增加对两个线谱的合并信号进行识别，提高了识别的准确性和抗干扰能力；采用查表法实现频点信号的生成，大大提高了本方法的运行速度；采用N2个采集点计算一次，大大减少了单片机的数据存储空间；利用发送的特征码中的特殊序列进行判决门限的计算，提高了识别的精度。

实施例二：

如图7所示，本实施例还提供了一种用于台区拓扑识别的系统，应用于实施例一所述的一种用于台区拓扑识别的方法，包括第一本地数控振荡单元1、第二本地数控振荡单元2、第一数字混频单元3、第二数字混频单元4、第一抽取滤波单元5、第二抽取滤波单元6、第一存储单元7、第二存储单元8以及识别单元9。具体的，第一本地数控振荡单元1、第一数字混频单元3、第一抽取滤波单元5、识别单元9依次连接；第二本地数控振荡单元2、第二数字混频单元4、第二抽取滤波单元6、识别单元9依次连接。两个本地数控振荡单元用于产生与交流电信号频率相同的正弦波和余弦波作为本地信号；两个数字混频单元用于将本地信号与电力线的交流电信号进行叠加(即混频)；两个抽取滤波单元用于滤除混频电流信号的干扰信号，并在滤除干扰信号的混频电流信号进行抽取与合并；存储单元用于循环存储经抽取滤波单元处理的抽取电流信号、合并电流信号；识别单元9用于将抽取电流信号、合并电流信号分别与特征码进行识别，若与发射端设置的特征码相同则根据识别的结果(标识出的终端ID)及时间标识户变关系，此部分为现有技术(如，中国专利110646690A)在此不再赘述。

优选的，第一抽取滤波单元5、第二抽取滤波单元6均为积分梳状滤波器(CascadedIntegratorComb，CIC)，CIC滤波器只有加减运算，没有FIR(有限冲击响应滤波器)滤波器中的乘法运算，进一步减少了实施例一中方法运行的时间以及计算复杂度。

进一步地，本实施例的一种用于台区拓扑识别的系统还包括交流电采集单元10，电流采集单元10与第一数字混频单元3、第二数字混频单元4均相连，用于采集电力线的两路交流电信号。还包括与识别单元9连接的发射端11，发射端11能够向识别单元9发送用于与第一路抽取电流信号、第二路抽取电流信号以及合并电流信号进行识别的特征码。需说明的是，发射端11与识别单元9通讯连接，发射端11为CPU、MCU、手机终端或显示终端。需进一步说明的是，本系统还与第一本地数控振荡单元、第二本地数控振荡单元、第一数字混频单元、第二数字混频单元、第一抽取滤波单元、第二抽取滤波单元、第一存储单元、第二存储单元以及识别单元均连接的主站(图未例示)，用于对整个采集、变频、抽取、存储及识别过程进行控制与管理。还包与识别单元9连接的终端(图未例示)，当识别成功时，识别单元9能够获取终端的ID号。

本领域普通技术人员可以理解，实现上述各方法实施例的全部或部分特征/步骤可以通过方法、数据处理系统或计算机程序来实现，这些特征可不采用硬件的方式、全部采用软件的方式或者采用硬件和软件结合的方式来实现。前述的计算机程序可以存储于一种或多种计算机可读的存储介质中，存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被(如处理器)执行时，执行包括上述的毫米波雷达天线速度解模糊方法实施例的步骤。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，本领域技术人员知悉，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对这些特征和实施例进行各种改变或等同替换。另外，在本发明的教导下，可以对这些特征和实施例进行修改以适应具体的情况及材料而不会脱离本发明的精神和范围。因此，本发明不受此处所公开的具体实施例的限制，所有落入本申请的权利要求范围内的实施例都属于本发明的保护范围。

Claims

1.一种用于台区拓扑识别的方法，其特征在于，包括如下步骤：

S10、采集电力线的交流电信号；

S60、返回步骤S10，执行下一次识别。

2.根据权利要求1所述的一种用于台区拓扑识别的方法，其特征在于，步骤S50包括如下步骤：

S501、将所述第一路抽取电流信号与所述特征码进行识别；

S503、将所述第二路抽取电流信号与所述特征码进行识别；

S505、将所述合并电流信号与所述特征码进行识别；

S508、退出，执行步骤S60。

3.根据权利要求2所述的一种用于台区拓扑识别的方法，其特征在于，步骤S501的具体步骤为：

4.根据权利要求2所述的一种用于台区拓扑识别的方法，其特征在于，步骤S503的具体步骤为：

5.根据权利要求2所述的一种用于台区拓扑识别的方法，其特征在于，步骤S505的具体步骤为：

6.一种用于台区拓扑识别的系统，其特征在于，应用于权利要求1-5任一项所述的一种用于台区拓扑识别的方法，包括第一本地数控振荡单元、第二本地数控振荡单元、第一数字混频单元、第二数字混频单元、第一抽取滤波单元、第二抽取滤波单元、第一存储单元、第二存储单元以及识别单元；

所述第一本地数控振荡单元、第一数字混频单元、第一抽取滤波单元、识别单元依次连接；所述第二本地数控振荡单元、第二数字混频单元、第二抽取滤波单元、识别单元依次连接。

7.根据权利要求6所述的一种用于台区拓扑识别的系统，其特征在于，所述第一抽取滤波单元、第二抽取滤波单元均为积分梳状滤波器。

8.根据权利要求6-7任一项所述的一种用于台区拓扑识别的系统，其特征在于，还包括电流采集单元，所述电流采集单元与所述第一数字混频单元、第二数字混频单元均相连，用于采集电力线的两路交流电信号。

9.根据权利要求6-7任一项所述的一种用于台区拓扑识别的系统，其特征在于，还包括与所述识别单元连接的发射端，所述发射端能够向所述识别单元发送用于与所述第一路抽取电流信号、第二路抽取电流信号以及合并电流信号进行识别的特征码。