CN118075856A - 基于无源无线mdfc传感系统扫功率提高精确度方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于无线通信技术领域，为有效消除由功率变化带来的测量误差，本发明提出了基于无源无线MDFC传感系统扫功率提高精确度方法，包括：将驱动信号的功率设置为最大功率，并判断无源无线MDFC传感设备中的传感器件是否在受驱范围内，若在，则收发机接收返回的应答信号，并记录应答信号的频率特征和幅度特征；将驱动信号的功率设置为最小功率，以最小功率开始增加并且开始检测接收到的应答信号，并寻找与记录的最大功率下应答信号的频率特征和幅度特征相关性最大的应答信号，并进行二次确认，并在二次确认后建立比例‑积分‑微分控制器，使无源无线MDFC传感设备中的传感器件受驱返回的应答信号的功率稳定在规定范围内。

Description

基于无源无线MDFC传感系统扫功率提高精确度方法

技术领域

本发明涉及无线通信技术领域，特别涉及基于无源无线MDFC传感系统扫功率提高精确度方法。

背景技术

微波直驱变频(Microwave Driven Frequency Conversion，MDFC)技术可实现特定微波在特制晶体材料中无源变频的功能，受驱后立即响应，变频信号与驱动信号异频、互不干扰且时宽、带宽、重复周期相同，受谐振频率调制。

但在无源无线MDFC的应用中，存在由于驱动功率的变化，导致传感器驱动频率跟着驱动功率而出现频率偏移。特别是当距离、遮挡等环境因素发生变化时，如果不及时改变驱动功率就会出现明显的测量误差。因此在原有按照固定功率发射的方案在实际情况中不足以体现出相关技术的优势。

发明内容

本发明的目的在于提供基于无源无线MDFC传感系统扫功率提高精确度方法，能够有效消除由功率变化带来的测量误差。

本发明解决其技术问题，采用的技术方案是：

基于无源无线MDFC传感系统扫功率提高精确度方法，包括如下步骤：

启动收发机，并通过收发机向无源无线MDFC传感设备发射功率可变的驱动信号；

将驱动信号的功率设置为最大功率，并判断无源无线MDFC传感设备中的传感器件是否在受驱范围内，若在，则收发机接收无源无线MDFC传感设备中的传感器件受驱后返回的应答信号，并记录应答信号的频率特征和幅度特征；

将驱动信号的功率设置为最小功率，以最小功率开始增加并且开始检测接收到的应答信号，并寻找与记录的最大功率下应答信号的频率特征和幅度特征相关性最大的应答信号，记为具备相关性的应答信号；

当寻找到具备相关性的应答信号时，进行二次确认，确认其是否为无源无线MDFC传感设备中的传感器件驱动后返回的应答信号，若是，则建立比例-积分-微分控制器，使无源无线MDFC传感设备中的传感器件驱动返回的应答信号的功率稳定在规定范围内。

作为进一步优化，所述功率可变的驱动信号表示为s(t)，其表达式为：

s(t)＝Asin(2πf₀t+θ(t))

其中，A为信号功率，t为信号驱动时间，f₀为驱动信号频率，θ(t)为相位。

作为进一步优化，所述判断无源无线MDFC传感设备中的传感器件是否在受驱范围内，是指：

判断最大功率下是否有应答信号返回，若无，则表示无源无线MDFC传感设备中的传感器件不在受驱范围内，此时直接结束，若有，则表示无源无线MDFC传感设备中的传感器件在受驱范围内，此时记录应答信号的频率特征和幅度特征。

作为进一步优化，所述将驱动信号的功率设置为最小功率，以最小功率开始增加并且开始检测接收到的应答信号，并寻找与记录的最大功率下应答信号的频率特征和幅度特征相关性最大的应答信号，记为具备相关性的应答信号，具体是指：

将驱动信号的功率设置为无发射，以无发射开始增加，步进为ldBm，其最大值为发射机所能发射的最大功率，第一次寻找传感器从无发射开始增加，并且开始检测接收到的应答信号，并寻找与记录的最大功率下应答信号的频率特征和幅度特征相关性最大的应答信号，记为具备相关性的应答信号，并且记下此时的功率，继续下一轮寻找的时候会在该基础上减少小于30db的随机值。

作为进一步优化，所述记录的应答信号的频率特征和幅度特征保存在数据链表中。

作为进一步优化，所述寻找与记录的最大功率下应答信号的频率特征和幅度特征相关性最大的应答信号，具体是指：

调用所述数据链表，若数据链表中保存的最大功率下的应答信号与当前功率下的应答信号在信号频率上相差在第一规定范围内，且在信号频率上相差在第二规定范围内，则前功率下的应答信号即为与记录的最大功率下应答信号的频率特征和幅度特征相关性最大的应答信号。

作为进一步优化，所述进行二次确认，确认其是否为无源无线MDFC传感设备中的传感器件受驱后返回的应答信号，具体方法包括：

将驱动信号关闭，再次检测应答信号，观察应答信号是否还存在，如果不存在即证明是无源无线MDFC传感设备中的传感器件受驱后返回的应答信号。

作为进一步优化，所述进行二次确认，确认其是无源无线MDFC传感设备中的传感器件受驱后返回的应答信号后，记录无源无线MDFC传感设备中的传感器件受驱后返回的应答信号的功率大小。

作为进一步优化，使用记录的无源无线MDFC传感设备中的传感器件受驱后返回的应答信号的功率作为比例-积分-微分控制器的输出目标，以驱动信号的功率作为比例-积分-微分控制器的输入，动态调整比例-积分-微分控制器，使源无线MDFC传感设备中的传感器件受驱后返回的应答信号的功率稳定在规定范围内。

作为进一步优化，所述建立的比例-积分-微分控制器，其公式离散形式如下：

k表示信号点数索引，e(k)表示索引点下的误差，Kp表示比例系数，u(k)表示控制输出值，T_i表示积分时间常数，T表示调节周期，e(k)、e(k-1)和e(n)均表示控制器输入与设定值之间的误差，T_d表示微分时间常数，T_i表示积分时间常数。

本发明的有益效果是：通过上述基于无源无线MDFC传感系统扫功率提高精确度方法，能够通过动态调整驱动功率去实时响应传感器所处环境变化，使最终到达传感器的功率稳定在一个特定的值范围，消除环境变化带来的误差影响。

附图说明

图1为本发明实施例中两个相同的收发机向不同距离的传感器发射驱动信号的结构示意图；

图2为本发明实施例中基于无源无线MDFC传感系统扫功率提高精确度方法的流程图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

实施例

本实施例使用具备MDFC技术的无源无线MDFC传感设备，用收发机发射信号频率为y₀的微波对其驱动，无源无线MDFC传感设备中的传感器返回信号频率为x_o的信号，其返回的频率x₀受到驱动功率变化会产生一定的偏移。

参见图1，S1和S2分别表示收发机至两个传感器的不同距离，两个收发机发射相同的固定功率，由于不同距离下的空间损耗，导致到达两个传感器接收的功率不一致，因而会导致返回的数据出现误差，因此，本实施例会通过如下方案有效减少这个误差。

为此，本发明实施例提供的是基于无源无线MDFC传感系统扫功率提高精确度方法，其流程图参见图2，其中，该方法包括如下步骤：

S1、启动收发机，并通过收发机向无源无线MDFC传感设备发射功率可变的驱动信号；

S2、将驱动信号的功率设置为最大功率，并判断无源无线MDFC传感设备中的传感器件是否在受驱范围内，若在，则收发机接收无源无线MDFC传感设备中的传感器件受驱后返回的应答信号，并记录应答信号的频率特征和幅度特征；

S3、将驱动信号的功率设置为最小功率，以最小功率开始增加并且开始检测接收到的应答信号，并寻找与记录的最大功率下应答信号的频率特征和幅度特征相关性最大的应答信号，记为具备相关性的应答信号；

S4、当寻找到具备相关性的应答信号时，进行二次确认，确认其是否为无源无线MDFC传感设备中的传感器件受驱后返回的应答信号，若是，则建立比例-积分-微分控制器，使无源无线MDFC传感设备中的传感器件受驱返回的应答信号的功率稳定在规定范围内。

本实施例中，所述功率可变的驱动信号可以表示为s(t)，其表达式为：

s(t)＝Asin(2πf₀t+θ(t))

其中，A为信号功率，t为信号驱动时间，f₀为驱动信号频率，θ(t)为相位。

需要指出的是，所述判断无源无线MDFC传感设备中的传感器件是否在受驱范围内，是指：判断最大功率下是否有应答信号返回，若无，则表示无源无线MDFC传感设备中的传感器件不在受驱范围内，此时直接结束，若有，则表示无源无线MDFC传感设备中的传感器件在受驱范围内，此时记录应答信号的频率特征和幅度特征。

上述方法中，所述将驱动信号的功率设置为最小功率，以最小功率开始增加并且开始检测接收到的应答信号，并寻找与记录的最大功率下应答信号的频率特征和幅度特征相关性最大的应答信号，记为具备相关性的应答信号，具体是指：

将驱动信号的功率设置为无发射，以无发射开始增加，步进为ldBm，其最大值为发射机所能发射的最大功率，第一次寻找传感器从无发射开始增加，并且开始检测接收到的应答信号，并寻找与记录的最大功率下应答信号的频率特征和幅度特征相关性最大的应答信号，记为具备相关性的应答信号，并且记下此时的功率，继续下一轮寻找的时候会在该基础上减少小于30db的随机值。

本实施例中，所述记录的应答信号的频率特征和幅度特征保存在数据链表中。

这里，初次检测传感器件时会发一个最大功率，以确保传感器在受驱范围内并且记录该信号的频率和幅度特征。如果该功率下没有应答信号返回。则视为该传感器不在受驱范围内，无法继续后续动作。为了存储方便，并供后续调用，本实施例中，检测到应答信号将其上述信息保存进一个数据链表中。

在初次检测传感器件后，需要以最小功率开始增加并且开始检测应答信号。寻找与记录的特征相关性最大的信号，一般以频率作为参照。本实施例中，由于功率差异会导致频率以及幅度具有偏移，因此，其相关性由上述数据链表中保存的最大功率下的信号与当前功率下的信号在信号频率与幅度上相差不大，找到具备相关性的信号关闭发射再次检测进行二次确认是否为传感器的信息。

因此，所述寻找与记录的最大功率下应答信号的频率特征和幅度特征相关性最大的应答信号，具体是指：

调用所述数据链表，若数据链表中保存的最大功率下的应答信号与当前功率下的应答信号在信号频率上相差在第一规定范围内，且在信号频率上相差在第二规定范围内，则前功率下的应答信号即为与记录的最大功率下应答信号的频率特征和幅度特征相关性最大的应答信号。其中，第一规定范围和第二规定范围均可根据实际应用工况的需求进行设定。

具体而言，所述进行二次确认，确认其是否为无源无线MDFC传感设备中的传感器件受驱后返回的应答信号，具体方法可以包括：将驱动信号关闭，再次检测应答信号，观察应答信号是否还存在，如果不存在即证明是无源无线MDFC传感设备中的传感器件受驱后返回的应答信号。

进行二次确认，确认其是无源无线MDFC传感设备中的传感器件受驱后返回的应答信号后，可以记录无源无线MDFC传感设备中的传感器件受驱后返回的应答信号的功率大小。

需要说明的是，本实施例中，可以使用记录的无源无线MDFC传感设备中的传感器件受驱后返回的应答信号的功率作为比例-积分-微分PID(proportion integrationdifferentiation)控制器的输出目标，以驱动信号的功率作为比例-积分-微分控制器的输入，动态调整比例-积分-微分控制器，使源无线MDFC传感设备中的传感器件受驱后返回的应答信号的功率稳定在规定范围内，从而达到消除功率带来的误差影响。

这里，所述建立的比例-积分-微分控制器，其公式离散形式如下：

k表示信号点数索引，e(k)表示索引点下的误差，Kp表示比例系数，u(k)表示控制输出值，T_i表示积分时间常数，T表示调节周期，e(k)、e(k-1)和e(n)均表示控制器输入与设定值之间的误差，T_d表示微分时间常数，T_i表示积分时间常数。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.基于无源无线MDFC传感系统扫功率提高精确度方法，其特征在于，包括如下步骤：

启动收发机，并通过收发机向无源无线MDFC传感设备发射功率可变的驱动信号；

将驱动信号的功率设置为最大功率，并判断无源无线MDFC传感设备中的传感器件是否在受驱范围内，若在，则收发机接收无源无线MDFC传感设备中的传感器件驱动后返回的应答信号，并记录应答信号的频率特征和幅度特征；

将驱动信号的功率设置为最小功率，以最小功率开始增加并且开始检测接收到的应答信号，并寻找与记录的最大功率下应答信号的频率特征和幅度特征相关性最大的应答信号，记为具备相关性的应答信号；

当寻找到具备相关性的应答信号时，进行二次确认，确认其是否为无源无线MDFC传感设备中的传感器件受驱后返回的应答信号，若是，则建立比例-积分-微分控制器，使无源无线MDFC传感设备中的传感器件受驱返回的应答信号的功率稳定在规定范围内。

2.根据权利要求1所述的基于无源无线MDFC传感系统扫功率提高精确度方法，其特征在于，所述功率可变的驱动信号表示为s(t)，其表达式为：

s(t)＝Asin(2πf₀t+θ(t))

其中，A为信号功率，t为信号驱动时间，f₀为驱动信号频率，θ(t)为相位。

3.根据权利要求1所述的基于无源无线MDFC传感系统扫功率提高精确度方法，其特征在于，所述判断无源无线MDFC传感设备中的传感器件是否在受驱范围内，是指：

判断最大功率下是否有应答信号返回，若无，则表示无源无线MDFC传感设备中的传感器件不在受驱范围内，此时直接结束，若有，则表示无源无线MDFC传感设备中的传感器件在受驱范围内，此时记录应答信号的频率特征和幅度特征。

4.根据权利要求1所述的基于无源无线MDFC传感系统扫功率提高精确度方法，其特征在于，所述将驱动信号的功率设置为最小功率，以最小功率开始增加并且开始检测接收到的应答信号，并寻找与记录的最大功率下应答信号的频率特征和幅度特征相关性最大的应答信号，记为具备相关性的应答信号，具体是指：

将驱动信号的功率设置为无发射，以无发射开始增加，步进为1dBm，其最大值为发射机所能发射的最大功率，第一次寻找传感器从无发射开始增加，并且开始检测接收到的应答信号，并寻找与记录的最大功率下应答信号的频率特征和幅度特征相关性最大的应答信号，记为具备相关性的应答信号,并且记下此时的功率，继续下一轮寻找的时候会在该基础上减少小于30db的随机值。

5.根据权利要求1所述的基于无源无线MDFC传感系统扫功率提高精确度方法，其特征在于，所述记录的应答信号的频率特征和幅度特征保存在数据链表中。

6.根据权利要求1所述的基于无源无线MDFC传感系统扫功率提高精确度方法，其特征在于，所述寻找与记录的最大功率下应答信号的频率特征和幅度特征相关性最大的应答信号，具体是指：

调用所述数据链表，若数据链表中保存的最大功率下的应答信号与当前功率下的应答信号在信号频率上相差在第一规定范围内，且在信号频率上相差在第二规定范围内，则前功率下的应答信号即为与记录的最大功率下应答信号的频率特征和幅度特征相关性最大的应答信号。

7.根据权利要求1所述的基于无源无线MDFC传感系统扫功率提高精确度方法，其特征在于，所述进行二次确认，确认其是否为无源无线MDFC传感设备中的传感器件受驱后返回的应答信号，具体方法包括：

将驱动信号关闭，再次检测应答信号，观察应答信号是否还存在，如果不存在即证明是无源无线MDFC传感设备中的传感器件受驱后返回的应答信号。

8.根据权利要求1所述的基于无源无线MDFC传感系统扫功率提高精确度方法，其特征在于，所述进行二次确认，确认其是无源无线MDFC传感设备中的传感器件受驱后返回的应答信号后，记录无源无线MDFC传感设备中的传感器件受驱后返回的应答信号的功率大小。

9.根据权利要求8所述的基于无源无线MDFC传感系统扫功率提高精确度方法，其特征在于，使用记录的无源无线MDFC传感设备中的传感器件受驱后返回的应答信号的功率作为比例-积分-微分控制器的输出目标，以驱动信号的功率作为比例-积分-微分控制器的输入，动态调整比例-积分-微分控制器，使源无线MDFC传感设备中的传感器件受驱后返回的应答信号的功率稳定在规定范围内。

10.根据权利要求9所述的基于无源无线MDFC传感系统扫功率提高精确度方法，其特征在于，所述建立的比例-积分-微分控制器，其公式离散形式如下：

k表示信号点数索引，e(k)表示索引点下的误差，Kp表示比例系数，u(k)表示控制输出值，T_i表示积分时间常数，T表示调节周期，e(k)、e(k-1)和e(n)均表示控制器输入与设定值之间的误差，T_d表示微分时间常数，T_i表示积分时间常数。