机载多光谱激光雷达一体化数据采集系统设计

这是一篇关于机载遥感,多光谱激光雷达,数据采集系统,空间光谱一体化的论文, 主要内容为无人机和光电传感器的发展,使低空领域的精细化遥感成为可能。精细化遥感可为资源要素精细监测、目标精准识别、地物精准表型提供技术支撑,该技术要求从多维度、多层次表征地物特性,一般利用多光谱相机收集光谱信息,利用激光雷达获取空间三维结构。传统手段利用单一类型传感器无法获取多维数据;利用跨平台、跨时间的多源传感器,地物表征时空一致性差。因此,本文针对机载多光谱-激光雷达一体化数据采集系统展开研究,实现空间-光谱一体化数据采集需求,为精细化遥感提供数据支撑。本文主要进行如下内容的研究:(1)提出机载多光谱-激光雷达一体化数据采集系统的总体设计方案。该部分首先分析典型无人机载遥感系统的组成,提出各个功能模块的需求和技术指标;其次结合科学目标完成传感器的选型;最后基于既定机载平台和确定的传感器,提出系统的总体设计方案。(2)完成系统的硬件设计。该部分首先针对系统可扩展性、低延时特性、高性能运算的需求,确定以Zynq-7010为核心的处理器;其次,完成数据传输模块设计,包括以太网、串口、调试接口;紧接着,完成数据存储模块电路设计,包括数据缓存、系统加载和外部存储;最后,综合分析无人机供电特性和传感器用电需求的基础上,完成机载二次电源模块设计。(3)完成系统的软件设计。该部分首先对软件功能实现划分为嵌入式软件和可编程逻辑,以充分利用异构传感器的性能;在可编程逻辑部分,完成系统自定义硬件配置,时间同步IP核开发;在嵌入式软件部分,基于Free RTOS操作系统,完成系统任务优先级划分,逐一实现系统初始化、指令响应、数据采集、数据存储。(4)完成系统的测试与分析。该部分首先完成机载二次电源模块的指标测试,确保电源模块稳定工作;其次,完成硬件的基本功能测试,确保系统具备基础开发能力;最后,完成系统的软件测试,验证系统的各项功能和指标。经测试,所设计的机载多光谱-激光雷达一体化数据采集系统具备指令响应,可根据指令完成工作状态切换;能够兼容以太网接口设备的数据传输,峰值速率可达80Mbps;能够实现离线存储功能,兼容SD2.0的数据存储卡。多光谱-激光雷达一体化数据采集系统工作稳定,可完成光谱-空间一体化数据采集任务。

工业互联网数据采集系统共性技术研究

这是一篇关于工业互联网,数据采集系统,终端,信息邮局,人机交互系统的论文, 主要内容为美国通用电气公司2012年把工业互联网定义为连接人、数据和机器的网络。其本质是通过开放的网络,连接设备、工厂和用户,实现数据的流动和共享。基于广域无线网络的工业互联网数据采集系统是工业互联网的基础,正在成为企业数字化转型的关键技术之一。一个具体的工业互联网数据采集系统涉及微控制器编程、无线通信传输、数据库系统、云服务器端侦听软件和人机交互系统设计等,具有知识要素多、技术门槛高、开发周期长等特点。但这个系统具有许多共性技术,若能抽取出来,形成共性模板,服务于具体开发,将会有效地降低技术门槛,减少重复劳动。本文从技术科学视角,遵循从个别到一般,又从一般到个别的哲学原理,抽取工业互联网数据采集系统技术共性,建立了“终端UE-信息邮局MPO-人机交互系统HCI”的技术架构,主要研究内容如下:(1)基于通用嵌入式计算机GEC提出了工业互联网数据采集系统终端UE的硬件和软件架构,对不同通信方式,如NB-IoT、Cat.1和4G等,通过分析技术共性,抽象出统一 API,将通信方式、模组型号、AT指令、交互延时等差异屏蔽在构件内部,封装成UECom构件;基于GEC的BIOS及User模式提出了终端软件的统一设计框架,以NB-IoT通信为例进行了实例化研究。(2)信息邮局MPO为远程信息传送系统的抽象,表现为云服务器的固定IP地址与端口,设计为云侦听软件,负责数据传输、存储和管理。通过设计统一目标地址格式、数据格式、校验方式,提出统一通信算法并封装成HCIcom类,与终端UECom构件相衔接,实现对不同通信方式的适配;给出了通过设计配置文件、动态数据库字段等,实现对终端采集数据量的非编程自适应解决方案。(3)Web网页、微信小程序及手机App归纳为人机交互系统HCI,与云侦听软件具有统一的数据交换模式。文中以HCI中常见的Web网页程序为例,在对其基本功能和架构分析的基础上,基于WebSocket通信协议,分析了 Web网页与云侦听软件的数据交互过程中的通信连接、数据传输特性等共性技术,同时对于系统稳定性进行测试。本文在总结终端、信息邮局、人机交互系统等共性模板基础上,也给出了简明的应用实例,完成了从一般到个别的过程。共性模板已经发布在实验室学习网站上,目前已经在一些教学和科研项目中得到使用。

机载多光谱激光雷达一体化数据采集系统设计

这是一篇关于机载遥感,多光谱激光雷达,数据采集系统,空间光谱一体化的论文, 主要内容为无人机和光电传感器的发展,使低空领域的精细化遥感成为可能。精细化遥感可为资源要素精细监测、目标精准识别、地物精准表型提供技术支撑,该技术要求从多维度、多层次表征地物特性,一般利用多光谱相机收集光谱信息,利用激光雷达获取空间三维结构。传统手段利用单一类型传感器无法获取多维数据;利用跨平台、跨时间的多源传感器,地物表征时空一致性差。因此,本文针对机载多光谱-激光雷达一体化数据采集系统展开研究,实现空间-光谱一体化数据采集需求,为精细化遥感提供数据支撑。本文主要进行如下内容的研究:(1)提出机载多光谱-激光雷达一体化数据采集系统的总体设计方案。该部分首先分析典型无人机载遥感系统的组成,提出各个功能模块的需求和技术指标;其次结合科学目标完成传感器的选型;最后基于既定机载平台和确定的传感器,提出系统的总体设计方案。(2)完成系统的硬件设计。该部分首先针对系统可扩展性、低延时特性、高性能运算的需求,确定以Zynq-7010为核心的处理器;其次,完成数据传输模块设计,包括以太网、串口、调试接口;紧接着,完成数据存储模块电路设计,包括数据缓存、系统加载和外部存储;最后,综合分析无人机供电特性和传感器用电需求的基础上,完成机载二次电源模块设计。(3)完成系统的软件设计。该部分首先对软件功能实现划分为嵌入式软件和可编程逻辑,以充分利用异构传感器的性能;在可编程逻辑部分,完成系统自定义硬件配置,时间同步IP核开发;在嵌入式软件部分,基于Free RTOS操作系统,完成系统任务优先级划分,逐一实现系统初始化、指令响应、数据采集、数据存储。(4)完成系统的测试与分析。该部分首先完成机载二次电源模块的指标测试,确保电源模块稳定工作;其次,完成硬件的基本功能测试,确保系统具备基础开发能力;最后,完成系统的软件测试,验证系统的各项功能和指标。经测试,所设计的机载多光谱-激光雷达一体化数据采集系统具备指令响应,可根据指令完成工作状态切换;能够兼容以太网接口设备的数据传输,峰值速率可达80Mbps;能够实现离线存储功能,兼容SD2.0的数据存储卡。多光谱-激光雷达一体化数据采集系统工作稳定,可完成光谱-空间一体化数据采集任务。

40GSPS数据采集系统波形误差校正及特征搜索

这是一篇关于时间交替采样,数据采集系统,同步误差校正,失配误差校正,波形特征搜索的论文, 主要内容为现代电子信息技术的高速发展需要捕获高带宽复杂电信号并对其进行精确特征分析。这就需要具有更高带宽、更高采样率以及更强数据处理功能的数据采集系统,来对大量波形数据进行快速的特征搜索分析,并标记显示波形特征信息。在现有模数转换器(ADC)性能有限的条件下,时间交替采样技术是提升数据采集系统采样率最有效的方法之一。然而在时间交替并行采集系统中,并行采样数据因采样时钟偏移、数据传输及存储延迟不同会存在同步误差。同时由于ADC采样过程的离散性及频率变化时各采集通道频响不一致性,并行采样数据会产生失配误差,最终导致系统采样性能降低并影响波形特征搜索功能的准确实现。本文基于8个5GSPS的ADC所构建的时间交替采样架构,通过并行同步误差校正、并行失配误差校正,设计实现了40GSPS数据采集系统。同时针对快速波形特征搜索功能开展方案设计与实现。主要内容如下:一、对多ADC采样、数据传输与存储的并行同步误差进行校正方案设计,并结合内置校准源,实现系统的同步误差自校正。首先,设计多路采样时钟与ADC复位信号的延迟调节电路,对多ADC的采集同步误差进行自校正,实现多ADC的时间交替正确采样。随后设计了基于延迟遍历搜索的并行数据接收与存储同步自校正模块,实现在多FPGA中对多ADC采样数据传输与存储的同步自校正。二、通过硬件与数字两种失配误差校正方案对时间交替采样系统中的静态与动态频响失配误差进行全面校正。针对静态失配误差,先利用内置校准源进行失配误差估计,而后自动反馈调节采样前端硬件的增益、偏置与时间控制参数,从而实现静态失配误差硬件自校正。针对动态频响失配误差,则优化设计了一种“FFT-频域滤波-IFFT”的数字滤波校正方法,实现全带宽的动态频响失配误差校正,提升了系统采样性能,降低逻辑资源消耗。三、设计了一种基于大容量数据的快速波形特征搜索方案,并通过软硬件协同控制,实现了边沿特征、脉宽特征、事件级联等多种复杂类型的快速波形搜索。最终在40GSPS数据采集系统中进行了全面测试验证。测试结果表明,系统在0～3.5GHz全带宽范围内的无杂散动态范围提升至40d B以上,有效位数提升至5bit以上,特别在3.5GHz正弦信号输入时提升了24.6d B与2.2bit。波形特征搜索的速度最高可达300Mpts/s,最大支持1Gpts采样点搜索,且准确度为±25ps。

机载多光谱激光雷达一体化数据采集系统设计

这是一篇关于机载遥感,多光谱激光雷达,数据采集系统,空间光谱一体化的论文, 主要内容为无人机和光电传感器的发展,使低空领域的精细化遥感成为可能。精细化遥感可为资源要素精细监测、目标精准识别、地物精准表型提供技术支撑,该技术要求从多维度、多层次表征地物特性,一般利用多光谱相机收集光谱信息,利用激光雷达获取空间三维结构。传统手段利用单一类型传感器无法获取多维数据;利用跨平台、跨时间的多源传感器,地物表征时空一致性差。因此,本文针对机载多光谱-激光雷达一体化数据采集系统展开研究,实现空间-光谱一体化数据采集需求,为精细化遥感提供数据支撑。本文主要进行如下内容的研究:(1)提出机载多光谱-激光雷达一体化数据采集系统的总体设计方案。该部分首先分析典型无人机载遥感系统的组成,提出各个功能模块的需求和技术指标;其次结合科学目标完成传感器的选型;最后基于既定机载平台和确定的传感器,提出系统的总体设计方案。(2)完成系统的硬件设计。该部分首先针对系统可扩展性、低延时特性、高性能运算的需求,确定以Zynq-7010为核心的处理器;其次,完成数据传输模块设计,包括以太网、串口、调试接口;紧接着,完成数据存储模块电路设计,包括数据缓存、系统加载和外部存储;最后,综合分析无人机供电特性和传感器用电需求的基础上,完成机载二次电源模块设计。(3)完成系统的软件设计。该部分首先对软件功能实现划分为嵌入式软件和可编程逻辑,以充分利用异构传感器的性能;在可编程逻辑部分,完成系统自定义硬件配置,时间同步IP核开发;在嵌入式软件部分,基于Free RTOS操作系统,完成系统任务优先级划分,逐一实现系统初始化、指令响应、数据采集、数据存储。(4)完成系统的测试与分析。该部分首先完成机载二次电源模块的指标测试,确保电源模块稳定工作;其次,完成硬件的基本功能测试,确保系统具备基础开发能力;最后,完成系统的软件测试,验证系统的各项功能和指标。经测试,所设计的机载多光谱-激光雷达一体化数据采集系统具备指令响应,可根据指令完成工作状态切换;能够兼容以太网接口设备的数据传输,峰值速率可达80Mbps;能够实现离线存储功能,兼容SD2.0的数据存储卡。多光谱-激光雷达一体化数据采集系统工作稳定,可完成光谱-空间一体化数据采集任务。

机载多光谱激光雷达一体化数据采集系统设计

这是一篇关于机载遥感,多光谱激光雷达,数据采集系统,空间光谱一体化的论文, 主要内容为无人机和光电传感器的发展,使低空领域的精细化遥感成为可能。精细化遥感可为资源要素精细监测、目标精准识别、地物精准表型提供技术支撑,该技术要求从多维度、多层次表征地物特性,一般利用多光谱相机收集光谱信息,利用激光雷达获取空间三维结构。传统手段利用单一类型传感器无法获取多维数据;利用跨平台、跨时间的多源传感器,地物表征时空一致性差。因此,本文针对机载多光谱-激光雷达一体化数据采集系统展开研究,实现空间-光谱一体化数据采集需求,为精细化遥感提供数据支撑。本文主要进行如下内容的研究:(1)提出机载多光谱-激光雷达一体化数据采集系统的总体设计方案。该部分首先分析典型无人机载遥感系统的组成,提出各个功能模块的需求和技术指标;其次结合科学目标完成传感器的选型;最后基于既定机载平台和确定的传感器,提出系统的总体设计方案。(2)完成系统的硬件设计。该部分首先针对系统可扩展性、低延时特性、高性能运算的需求,确定以Zynq-7010为核心的处理器;其次,完成数据传输模块设计,包括以太网、串口、调试接口;紧接着,完成数据存储模块电路设计,包括数据缓存、系统加载和外部存储;最后,综合分析无人机供电特性和传感器用电需求的基础上,完成机载二次电源模块设计。(3)完成系统的软件设计。该部分首先对软件功能实现划分为嵌入式软件和可编程逻辑,以充分利用异构传感器的性能;在可编程逻辑部分,完成系统自定义硬件配置,时间同步IP核开发;在嵌入式软件部分,基于Free RTOS操作系统,完成系统任务优先级划分,逐一实现系统初始化、指令响应、数据采集、数据存储。(4)完成系统的测试与分析。该部分首先完成机载二次电源模块的指标测试,确保电源模块稳定工作;其次,完成硬件的基本功能测试,确保系统具备基础开发能力;最后,完成系统的软件测试,验证系统的各项功能和指标。经测试,所设计的机载多光谱-激光雷达一体化数据采集系统具备指令响应,可根据指令完成工作状态切换;能够兼容以太网接口设备的数据传输,峰值速率可达80Mbps;能够实现离线存储功能,兼容SD2.0的数据存储卡。多光谱-激光雷达一体化数据采集系统工作稳定,可完成光谱-空间一体化数据采集任务。

火力发电厂厂级监控系统的设计与实现

这是一篇关于厂级监控系统,实时数据库,数据采集系统,网络结构的论文, 主要内容为厂级监控系统(Supervisor Information System SIS)是随着计算机技术、网络技术和自动控制技术的飞速发展,电厂生产控制系统得到广泛,是发电企业信息化建设的重要组成部分。随着企业的生产管理活动对各类信息的需求量不断扩大,为了解决DCS等现场控制系统和MIS系统之间的信息脱节问题,上世纪九十年代末期SIS系统应运而生。SIS系统是一个面向生产管理层的自动化管理平台,最大程度地利用了DCS和MIS的资源,提高电厂的经济效益和现代化管理水平本。课题来源于华能集团某火电厂SIS系统建设项目,由西安热工院独立完成。本文主要介绍了SIS系统软件的设计和实现,给出了SIS系统的总体设计方案以及软件体系结构。首先讨论了SIS系统所具有的功能需求,并针对它们提出了一个通用的软件系统体系结构,系统介绍了软件系统的组成个模块,并说明了各个模块的功能及模块之间的关系。在SIS系统的实现中主要描述了两个具体功能块的实现过程:实时数据库接口采集系统和SIS系统网络结构设计。对于实时数据库接口采集系统,接口主要分为两个方面:一是与上层应用软件的接口,在控制监控和实时数据之间实现数据存取;二是现场模块之间的接口设计。基于面向对象的设计思想,利用分层模块化设计理念,基于PI实时数据库系统,利用PI-API函数,考虑不同接口的相似性,建立了一套统一的接口模块。网络结构设计考虑分层结构,主要包括过程控制层DCS/PLC系统、过程监视与生产管理层SIS系统和经营管理层MIS系统,各层之间在在安全性要求高的地方采用单向设计或硬件网闸的方式,有效保证了系统安全。最后对给进行了全文总结,并提出了一些改进意见。针对SIS系统,本文具体实施了实时数据库采集系统设计方案,并成功应用到西安热工院TRRI-SIS软件系统。本论文提出的方案在华能集团某火电厂的SIS系统得到了应用和测试,设计的数据接口模块能够实现对数据的实时获取和处理,并且在测试过程中,实时数据和历史数据库都能顺利建立。本文中的网络结构设计和安全设置,满足了某电厂SIS系统顺利运行和安全性要求。

HUST-PTF中子监测系统设计研究

这是一篇关于质子治疗,束流损失,中子探测,蒙特卡罗计算,数据采集系统,上位机系统的论文, 主要内容为癌症是严重危害人体健康的疾病之一。与传统的光子放疗相比,质子的剂量分布呈现布拉格峰特性,使得照射患者时质子束能量能够集中在癌细胞处释放,对周围健康组织的损伤小,因而质子治疗在剂量分布上具有精准治疗的优势。为此,华中科技大学联合中国原子能科学研究院主持承担了国家十三五重点研发计划“基于超导回旋加速器的质子放疗装备研发”项目(HUST-PTF)。在HUST-PTF的运行过程中,质子束流可能在回旋加速器、能量选择系统、束流传输线、治疗室等位置产生束流损失,此时质子与靶材料中的核子发生碰撞,在核内级联、核退激等过程中产生以中子、γ为主的次级粒子。其中级联中子可穿透工作场所的屏蔽墙并与屏蔽材料发生弹性散射、非弹性散射,同时进一步产生核反应,最终在工作场所中形成中子与γ射线的混合辐射场。过量中子辐射剂量的照射会诱发人体的各类疾病,也会活化加速器设备,对设备造成损坏。为此需要对工作场所的各区域进行中子探测,同时建立完善的中子监测系统,以保障工作场所内部设备及人员的安全。中子显电中性,难以直接对其测量。目前使用较多的中子探测器利用了核反应法,通过对次级粒子的测量间接获得中子剂量。根据HUST-PTF的束损情况和辐射场分析,HUST-PTF工作场所的辐射场具有中子能谱宽、中子剂量低的特点,选购的商业中子探测器不能满足所有区域的探测需求。为此通过MCNP5和FLUKA软件的模拟仿真对原有探测器模型进行结构参数的改进,从能量响应、灵敏度两方面进行了优化。优化设计后的中子探测器可以满足0.025 e V～250 Me V能量范围内的探测需求,在实际中子能谱下的剂量当量灵敏度可达到43.5(计数/s)/(μSv·h-1)。根据中子探测器的监测点布局,论文提出了中子监测系统的整体架构,并对其中的数据采集系统和上位机系统的设计分别进行了详述。论文自主设计了基于FPGA的数据采集系统,该系统包含前级数据处理电路、数据采集单元以及电源供电系统,采用FPGA和嵌入式软核的软件设计方式,提高了系统的可靠性,同时对中子漏计数问题进行了补偿。上位机系统采用Lab VIEW软件搭建系统界面,可满足对各监测点的中子剂量监测需求。论文同时设计了数据动态发布查询系统,采用Easy UI框架和JSP语言进行网页搭建,可满足远程监测及历史剂量数据查询的需求。中子监测系统的各部分均已完成测试,测试结果满足中子监测的功能需求,可稳定运行。

火力发电厂厂级监控系统的设计与实现

这是一篇关于厂级监控系统,实时数据库,数据采集系统,网络结构的论文, 主要内容为厂级监控系统(Supervisor Information System SIS)是随着计算机技术、网络技术和自动控制技术的飞速发展,电厂生产控制系统得到广泛,是发电企业信息化建设的重要组成部分。随着企业的生产管理活动对各类信息的需求量不断扩大,为了解决DCS等现场控制系统和MIS系统之间的信息脱节问题,上世纪九十年代末期SIS系统应运而生。SIS系统是一个面向生产管理层的自动化管理平台,最大程度地利用了DCS和MIS的资源,提高电厂的经济效益和现代化管理水平本。课题来源于华能集团某火电厂SIS系统建设项目,由西安热工院独立完成。本文主要介绍了SIS系统软件的设计和实现,给出了SIS系统的总体设计方案以及软件体系结构。首先讨论了SIS系统所具有的功能需求,并针对它们提出了一个通用的软件系统体系结构,系统介绍了软件系统的组成个模块,并说明了各个模块的功能及模块之间的关系。在SIS系统的实现中主要描述了两个具体功能块的实现过程:实时数据库接口采集系统和SIS系统网络结构设计。对于实时数据库接口采集系统,接口主要分为两个方面:一是与上层应用软件的接口,在控制监控和实时数据之间实现数据存取;二是现场模块之间的接口设计。基于面向对象的设计思想,利用分层模块化设计理念,基于PI实时数据库系统,利用PI-API函数,考虑不同接口的相似性,建立了一套统一的接口模块。网络结构设计考虑分层结构,主要包括过程控制层DCS/PLC系统、过程监视与生产管理层SIS系统和经营管理层MIS系统,各层之间在在安全性要求高的地方采用单向设计或硬件网闸的方式,有效保证了系统安全。最后对给进行了全文总结,并提出了一些改进意见。针对SIS系统,本文具体实施了实时数据库采集系统设计方案,并成功应用到西安热工院TRRI-SIS软件系统。本论文提出的方案在华能集团某火电厂的SIS系统得到了应用和测试,设计的数据接口模块能够实现对数据的实时获取和处理,并且在测试过程中,实时数据和历史数据库都能顺利建立。本文中的网络结构设计和安全设置,满足了某电厂SIS系统顺利运行和安全性要求。