CN115334630A - 一种沙漠作业机器通信链路的自适应抗干扰方法 - Google Patents

一种沙漠作业机器通信链路的自适应抗干扰方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及信息技术领域，公开了一种沙漠作业机器通信链路的自适应抗干扰方法，包括以下步骤：数据采集和滤波处理，使用多传感器对当前环境数据进行采集，动态调节通信链路参数；根据采集到的数据进行不同阶段通信链路的资源规划和分配；传输信号抗干扰增强。该沙漠作业机器通信链路的自适应抗干扰方法，对采集到的环境参数利用卡尔曼滤波算法进行环境噪音的去除，保证环境参数数据采集的完整性和高效性，对采集到的数据进行通信链路参数的动态调整，并且在信号传输过程中运用基于最小均方误差LMS算法的功率倒置算法，对传输信号的抗干扰能力进行加强，从而提高自动化植树机器通信链路的抗干扰能力，确保控制机器作业的准确性和精确度。

Description

一种沙漠作业机器通信链路的自适应抗干扰方法
技术领域
本发明涉及信息技术领域，具体涉及一种沙漠作业机器通信链路的自适应抗干扰方法。
背景技术
“要推进重大生态系统保护修复工作，加快跨区域生态环境保护，推进生态共建环境共治和生态修复工程。”为了进一步提高我国的森林覆盖率，越来越多的沙漠植树作业机器进入到荒漠环境中进行工作。但是由于沙漠环境十分恶劣，环境变化多端，通信链路容易受到干扰而影响机器的操控精确度和控制准确度。
现有通信链路资源分配技术仅针对无人机进行设计，技术存在一定局限性，难以迁移应用于各种不同的作业机器，适应的作业环境有限，暂未考虑针对恶劣环境的数据采集效果优化。在沙漠环境中交通极度不便利，在沙漠深处很难建立基站，导致在沙漠中有些信号未覆盖到的盲区，亦或者信号较弱的区域，如若按照传统的通信方案则会在通信过程中产生信号的损失甚至是信号丢失。对通信链路的资源分配影响较大，可能会产生信息紊乱，分配错误等问题。且需要计算的数据维度多，数据广，需要大量的计算成本。往往很难迅速的做出调整，需要一定的时间。
发明内容
本发明的目的在于提供一种沙漠作业机器通信链路的自适应抗干扰方法，以提高对沙漠植树作业机器操作精度和对恶劣环境的适应能力。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种沙漠作业机器通信链路的自适应抗干扰方法，包括以下步骤：
S1：数据采集和滤波处理，首先使用多传感器对当前环境数据进行采集，采集数据包括主控芯片温度，定时从云端采样的温湿度情况，环境风力、风速等，将采集数据转换为电信号，并将电信号数据处理结果传输到上位机。然后，利用卡尔曼滤波算法滤除去数据流中的环境噪音。
S2：第二部分为动态调节通信链路参数，根据S1所采集到的数据进行不同阶段通信链路的资源规划和分配，设定控制参数。当信号发送端接受到作业机器的实时运作状态，并且根据接收信号的RSSI(Received Singal Strength Indication接收信号强度指示)、SNR(Signal Noise Ratio接收信号的信噪比)、LQI(Link Quality Indicator无线链路质量的量度，由接收器通过接收到的信号和理想信号之间的错误累计值计算)等无线链路状态参数综合判断当前作业机器通信链路的状态，对机器的作业参数进行调整。
S3：第三部分为传输信号抗干扰增强，在严格线性约束条件下，直接将阵列的输出信号作为误差信号，在保证第一路信号输出功率的加权系数不变的情况下，调整其他加权系数，从而使阵列输出的功率最小，使系统的稳态方向图在干扰方向形成零陷。
优选的，所述S1中采集数据的电信号通过A/D模拟-数字进行转换，电信号数据处理结是果通过链路接口传输给上位机的。
优选的，所述S1中数据流中的环境噪音是通过卡尔曼滤波算法滤除去的。
优选的，所述S2中机器的作业参数进行调整包括：机器运动速度，主机输出功率的控制，作业机器的运动方向。
优选的，所述S3中信息抗干扰设置是基于功率倒置算法部署的。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1.本发明提供的沙漠作业机器通信链路的自适应抗干扰方法，利用多种算法对陆地沙漠作业机器的通信链路资源分配和信号抗干扰能力进行完善和增强，增强了其通信链路的稳定性，使之具备自我学习能力，系统构建的反馈机制在决策的每次运行结果形成后，都会使终端数据库更加完善，保证了系统在之后遭遇相似的决策环境时可以更快地形成策略，大幅度提高了运行效率和作业精确性。
2.沙漠作业机器通信链路的自适应抗干扰方法，主要使用了kalman滤波算法和基于LMS自适应算法的功率倒置策略，能够较好地增强通信链路的稳定性，促进作业机器的精准作业。目前市面上未检录出此种作业方案，因此本方案能够较好地填补沙漠作业机器在通信效益自适应规划方面的技术空缺，具有良好的应用前景。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例的数据采集和滤波处理部分流程示意图；
图2为本发明实施例的动态调节通信链路参数流程示意图；
图3为本发明实施例的信息传输抗干扰增强部分流程示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以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。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。
实施例
请参阅图1-3，本发明提供的沙漠作业机器通信链路的自适应抗干扰方法，包括以下步骤：
S1：数据采集和滤波处理，首先使用多传感器对当前环境数据进行采集，采集数据包括主控芯片温度，定时从云端采样的温湿度情况，环境风力、风速等，将采集数据的电信号进行A/D模拟-数字转换，并将电信号数据处理结果通过链路接口传输到上位机。然后，利用卡尔曼滤波算法滤除去数据流中的环境噪音，流程如下：首先对某时刻系统的扰动和观测误差(噪声等)展开统计，然后在线性状态空间表示的基础上，通过处理含噪的观测信号求得误差最小时信号真实值的估计，与真实信号进行对比，从而排除数据中的噪声和干扰信号，减少了数据的损失度。此环节用于提高数据采集的精确性和效率。
S2：第二部分为动态调节通信链路参数，根据S1所采集到的数据进行不同阶段通信链路的资源规划和分配，设定控制参数。当信号发送端接受到作业机器的实时运作状态，并且根据接收信号的RSSI(Received Singal Strength Indication接收信号强度指示)、SNR(Signal Noise Ratio接收信号的信噪比)、LQI(Link Quality Indicator无线链路质量的量度，由接收器通过接收到的信号和理想信号之间的错误累计值计算)等无线链路状态参数综合判断当前作业机器通信链路的状态，对机器的作业参数进行调整，如：机器运动速度，主机输出功率的控制，作业机器的运动方向等。最后将这些调整指令打包发送至作业机器。当作业机器收到打包信息后就能对机器的控制参数进行调整，同时将此次的调整数据信息上传到上层机服务器终端，以作为后续参考。
S3：第三部分为传输信号抗干扰增强，信息抗干扰设置是基于功率倒置算法部署的。该算法的基本原理是在严格线性约束条件下，直接将阵列的输出信号作为误差信号，在保证第一路信号输出功率的加权系数不变的情况下，调整其他加权系数，从而使阵列输出的功率最小，使系统的稳态方向图在干扰方向形成零陷，这样就可以提高输出端的信噪比。该算法的核心在于不断调整权系数，因此为提高算法的适应性，可以用LMS自适应算法来实现对加权系数的自适应调整。
对上诉三个步骤进行循环运作，就可以实现在变动环境中不断对环境进行自适应调整，从而保证通信链路的稳定性和服务器终端数据的完整性，使得机器在作业过程中能不断完善数据库的修建，实现自我完善的功能，保证了更精确和更高效的作业效果。
该沙漠作业机器通信链路的自适应抗干扰方法，对采集到的环境参数利用Kalman(卡尔曼滤波算法)进行环境噪音的去除，保证环境参数数据采集的完整性和高效性。同时对采集到的数据进行通信链路参数的动态调整，并且在信号传输过程中运用基于最小均方误差LMS算法的功率倒置算法，对传输信号的抗干扰能力进行加强，从而提高自动化植树机器通信链路的抗干扰能力，确保控制机器作业的准确性和精确度。
LMS自适应算法的核心在不断调整权系数。在将要发出对通信链路的资源分配信号之前，处理器会对当前环境数据的电信号进行A/D模拟-数字转换，将当前的数据与本地数据库(每次的环境数据和决策效果都将会被储存到本地数据库)进行对比，结合实际情况设置最符合当前环境的权系数，使得干扰信号的阵列输出功率尽可能的最小。最后将此次的数据再返回到本地数据库，丰富权系数的参考数据。
现有的通信链路资源的动态调整方案基本上仅考虑机器当前的运作状态以进行通信链路资源的分配。但当技术应用领域迁移至陆地沙漠作业机器时，由于环境变化多端，仅仅根据当时机器运作状态，而不依据以往的实践数据，往往没办法达到很好的效果。而引入历史决策数据作为决策的权重参考选项则能够较好地解决这个问题。
本发明采用的功率倒置算法不需要知道接收信号的先验信息，能够使天线产生指向干扰方向的波束零陷，达到抑制干扰的目的。特别适合卫星导航、扩频通信等强干扰、弱信号环境的抗干扰应用。在对功率倒置自适应算法原理分析的基础上，利用LMS算法迭代计算功率倒置的最优权值，然后针对四阵元天线仿真了功率倒置算法在不同干扰条件下的抗干扰性能，以及迭代步长等因素对算法收敛性能的影响，验证了功率倒置算法的自适应抗干扰性能，从而为后续硬件工程实现奠定了基础。
本发明上述实施例提供的沙漠作业机器通信链路的自适应抗干扰方法，对采集到的环境参数利用卡尔曼滤波算法进行环境噪音的去除，保证环境参数数据采集的完整性和高效性，对采集到的数据进行通信链路参数的动态调整，并且在信号传输过程中运用基于最小均方误差LMS算法的功率倒置算法，对传输信号的抗干扰能力进行加强，从而提高自动化植树机器通信链路的抗干扰能力，确保控制机器作业的准确性和精确度。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个......”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (5)

1.一种沙漠作业机器通信链路的自适应抗干扰方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：数据采集和滤波处理，首先使用多传感器对当前环境数据进行采集，采集数据包括主控芯片温度，定时从云端采样的温湿度情况，环境风力、风速等，将采集数据转换为电信号，并将电信号数据处理结果传输到上位机。然后，利用卡尔曼滤波算法滤除去数据流中的环境噪音；
S2：第二部分为动态调节通信链路参数，根据S1所采集到的数据进行不同阶段通信链路的资源规划和分配，设定控制参数，当信号发送端接受到作业机器的实时运作状态，并且根据接收信号的RSSI(Received Singal Strength Indication接收信号强度指示)、SNR(Signal Noise Ratio接收信号的信噪比)、LQI(Link Quality Indicator无线链路质量的量度，由接收器通过接收到的信号和理想信号之间的错误累计值计算)等无线链路状态参数综合判断当前作业机器通信链路的状态，对机器的作业参数进行调整；
S3：第三部分为传输信号抗干扰增强，在严格线性约束条件下，直接将阵列的输出信号作为误差信号，在保证第一路信号输出功率的加权系数不变的情况下，调整其他加权系数，从而使阵列输出的功率最小，使系统的稳态方向图在干扰方向形成零陷。
2.根据权利要求1所述的沙漠作业机器通信链路的自适应抗干扰方法，其特征在于：所述S1中采集数据的电信号通过A/D模拟-数字进行转换，电信号数据处理结是果通过链路接口传输给上位机的。
3.根据权利要求1所述的沙漠作业机器通信链路的自适应抗干扰方法，其特征在于：所述S1中数据流中的环境噪音是通过卡尔曼滤波算法滤除去的。
4.根据权利要求1所述的沙漠作业机器通信链路的自适应抗干扰方法，其特征在于：所述S2中机器的作业参数进行调整包括：机器运动速度，主机输出功率的控制，作业机器的运动方向。
5.根据权利要求1所述的沙漠作业机器通信链路的自适应抗干扰方法，其特征在于：所述S3中信息抗干扰设置是基于功率倒置算法部署的。
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