基于射频识别技术的整车质检过程跟踪系统设计与实现
这是一篇关于射频识别,超宽带,物联网,整车跟踪,质量管理的论文, 主要内容为汽车生产企业为保证出厂车辆达到规定的质量要求,需在整车完成装配下线后对其进行全方位的质量检测。在目前的质量检测流程中,缺乏对车辆身份的自动化识别手段以及对车辆的全流程跟踪。本文基于射频识别技术所设计的整车质检过程跟踪系统,实现了对质检车间内整车的精细化跟踪和精准化管控,能够有效提高汽车整车生产过程的物联网技术应用水平和信息可视化管控水平。本文在深入分析了汽车生产企业现有质检流程中存在的问题后,提出了系统功能需求,设计了系统的总体架构,将系统分为车辆识别子系统、车辆定位子系统、Web服务器子系统以及数据存储子系统等四部分,并设计了数据存储方案。研究了车间生产现场对射频识别电子标签读写性能的影响以及射频识别读写器天线方向性对识别效果的影响。基于射频识别中间件开发了读写器控制程序,用于采集车辆过点信息。开发了基于Android操作系统的驾驶员管理APP。为实现车间内车辆的精确定位,分析了几种室内定位技术的适用性,提出了基于超宽带技术的室内车辆定位方案,规划了定位基站的分布,通过二维地图实现了车辆的精确位置显示。采用B/S架构模型,结合目前流行的Web应用开发框架和技术,完成了Web服务器子系统各项功能及页面的设计和实现。最后,针对系统的整体工作流程和各项具体功能进行了测试验证,结果表明,系统能够可靠、准确地对质检过程车辆进行自动识别和全流程跟踪,达到了预期设计目标。
基于陷波结构的UWB-MIMO天线的设计与研究
这是一篇关于超宽带,陷波,MIMO天线,紧凑型,高隔离度的论文, 主要内容为UWB系统存在严重的多径衰落问题,故将MIMO技术与传统的UWB系统相结合,利用MIMO技术可支持多条路径同时传输的优点,达到延长UWB系统传输距离的目的。而现有大部分UWB-MIMO天线存在低隔离度和在其工作频带内存在众多窄带信号干扰等问题,故本文对UWB-MIMO天线的陷波特性和高隔离度展开研究,具体完成工作如下:针对UWB宽频带内窄带信号的干扰问题,设计了一款具有双陷波特性的UWB-MIMO天线,采用角度分集技术与接地板引入独立的椭圆形枝节相结合的方式降低天线耦合度,通过在辐射贴片刻蚀“刀”字形槽,在馈线旁引入一个类“U”形枝节的方式实现双陷波特性。实验结果表明:所设计的天线在2.17～13.2GHz工作带宽范围内隔离度都大于15d B,天线具有良好的辐射特性和较低的包络相关系数(ECC<0.019),适用于UWB-MIMO系统。针对便携式、小型化设备的发展,对于小空间内能够提供低耦合、分级性能优异的UWB-MIMO天线的需求,设计了一款紧凑型三陷波特性的UWB-MIMO天线,采用半圆形与正六边形结合式贴片,在接地板引入新颖的带“梳子”缝隙状的T形枝节,实现天线较高隔离度;采用槽结构与寄生枝节组合技术,通过在贴片上刻蚀倒“Ω”形槽,在馈线上刻蚀类“U”形槽,以及在贴片右侧引入类“U”形枝节的方式,实现三频段的陷波特性。实验结果表明:所设计的天线在1.9～10.6GHz工作带宽内隔离度大于20d B,包络相关系数ECC小于0.003,表明该天线具有良好的增益和辐射性能,能够应用在无线超宽带通信系统中。针对目前5G系统中天线端口数量增多急需提高系统容量和传输速率,同时在小空间内实现陷波特性的需求,设计了一款侧馈式双陷波四单元UWB-MIMO天线,通过克服采用传统分集技术得到天线尺寸较大的缺点,在分集技术基础上将辐射贴片采用侧馈的方式,在一定空间内使得天线辐射贴片间有效距离尽可能增加,从而可以实现大于17d B的隔离度。通过刻蚀双重类“U”形槽结构,使天线在2.81～13.01GHz工作带宽内实现双陷波特性,且包络相关系数ECC低于0.017,表现了该MIMO天线良好的独立收发性能,可以满足实际应用。通过对MIMO天线超宽带技术和陷波技术的研究,提出了三款具有陷波特性的UWB-MIMO天线,并对其进行仿真实测分析,结果均满足UWB-MIMO系统的需求,为MIMO通信系统对天线的选择提供了理论支撑。该论文有图54幅,表6个,参考文献104篇。
基于深度学习的射频器件设计优化方法研究
这是一篇关于深度学习,卷积神经网络,残差神经网络,超宽带,射频器件仿真优化的论文, 主要内容为传统CAD仿真方法对射频微波器件的设计过程耗时费力。而深度学习拥有复杂非线性关系的拟合能力,通过其建立射频微波器件的数学映射模型可以缩短所需的仿真时长,因此将深度学习建模方法应用到射频器件设计优化中。本文主要的研究工作概括如下:为了加快射频器件建模优化的速度,本文提出了一种基于深度学习网络架构的深度多层感知机(Deep Multi-Layer Perceptron,DMLP)网络,用于缩短超宽带天线的仿真时长。DMLP网络采用了阶梯下降形全连接层网络,应用了Adam优化器自动更新学习率,加快模型的权值更新,应用Drop-out技术防止网络层数过深所导致的过拟合现象的发生。使用DMLP网络对超宽带阶梯形微带单极子天线和超宽带多输出多输入天线这两款天线的几何参数进行数学建模,提取天线的几何参数作为DMLP网络训练所需的特征,对天线的S11值进行预测。实验表明该结构网络与传统MLP神经网络和径向基神经网络相比,拥有更高的预测准确度,拟合速度也有了较大提升,通过实验证明此网络优越性。为了提高深度学习在射频器件建模中更为复杂数据下的鲁棒性,本文基于残差神经网络(Residual Network,Res Net)设计了一种新型残差网络结构,用其去优化射频器件建模过程。相比传统Res Net结构,新型Res Net结构把输入连接在全连接层上,使得输入参数在进入卷积模块时拓宽,根据数据格式采用的一维卷积核对数据进行特征提取,最后进行特征整合。使用新型Res Net对超宽带天线和超宽带滤波器进行数学建模,从器件的几何参数中提取训练所需的特征,对天线的S11值进行预测,又在对超宽带滤波器数学建模优化的过程中进行了逆向建模,并且使用粒子群寻优算法去优化超宽带滤波器的几何参数,使其工作带宽扩展了13.9%。实验表明该网络与卷积神经网络,DMLP,MLP相比,有着明显的拟合精度优势和拟合速度优势,并且一定程度上解决了卷积神经网络对全局特征提取不足的问题。通过上述研究,本文所提出的方法可以用于射频器件的优化设计,提升了射频器件设计速度和精度,同时丰富了射频器件的建模理论和设计方法。该论文有图30幅,表11个,参考文献71篇。
基于陷波结构的UWB-MIMO天线的设计与研究
这是一篇关于超宽带,陷波,MIMO天线,紧凑型,高隔离度的论文, 主要内容为UWB系统存在严重的多径衰落问题,故将MIMO技术与传统的UWB系统相结合,利用MIMO技术可支持多条路径同时传输的优点,达到延长UWB系统传输距离的目的。而现有大部分UWB-MIMO天线存在低隔离度和在其工作频带内存在众多窄带信号干扰等问题,故本文对UWB-MIMO天线的陷波特性和高隔离度展开研究,具体完成工作如下:针对UWB宽频带内窄带信号的干扰问题,设计了一款具有双陷波特性的UWB-MIMO天线,采用角度分集技术与接地板引入独立的椭圆形枝节相结合的方式降低天线耦合度,通过在辐射贴片刻蚀“刀”字形槽,在馈线旁引入一个类“U”形枝节的方式实现双陷波特性。实验结果表明:所设计的天线在2.17～13.2GHz工作带宽范围内隔离度都大于15d B,天线具有良好的辐射特性和较低的包络相关系数(ECC<0.019),适用于UWB-MIMO系统。针对便携式、小型化设备的发展,对于小空间内能够提供低耦合、分级性能优异的UWB-MIMO天线的需求,设计了一款紧凑型三陷波特性的UWB-MIMO天线,采用半圆形与正六边形结合式贴片,在接地板引入新颖的带“梳子”缝隙状的T形枝节,实现天线较高隔离度;采用槽结构与寄生枝节组合技术,通过在贴片上刻蚀倒“Ω”形槽,在馈线上刻蚀类“U”形槽,以及在贴片右侧引入类“U”形枝节的方式,实现三频段的陷波特性。实验结果表明:所设计的天线在1.9～10.6GHz工作带宽内隔离度大于20d B,包络相关系数ECC小于0.003,表明该天线具有良好的增益和辐射性能,能够应用在无线超宽带通信系统中。针对目前5G系统中天线端口数量增多急需提高系统容量和传输速率,同时在小空间内实现陷波特性的需求,设计了一款侧馈式双陷波四单元UWB-MIMO天线,通过克服采用传统分集技术得到天线尺寸较大的缺点,在分集技术基础上将辐射贴片采用侧馈的方式,在一定空间内使得天线辐射贴片间有效距离尽可能增加,从而可以实现大于17d B的隔离度。通过刻蚀双重类“U”形槽结构,使天线在2.81～13.01GHz工作带宽内实现双陷波特性,且包络相关系数ECC低于0.017,表现了该MIMO天线良好的独立收发性能,可以满足实际应用。通过对MIMO天线超宽带技术和陷波技术的研究,提出了三款具有陷波特性的UWB-MIMO天线,并对其进行仿真实测分析,结果均满足UWB-MIMO系统的需求,为MIMO通信系统对天线的选择提供了理论支撑。该论文有图54幅,表6个,参考文献104篇。
面向UWB/K频段MIMO天线的设计与去耦研究
这是一篇关于小型化,超宽带,K频段,MIMO,去耦枝节,缺陷地,互补开口谐振环的论文, 主要内容为随着无线通信等相关技术的快速发展,天线小型化与宽带化设计行业迅速崛起。为缓解频段拥挤压力,天线设计不仅局限于超宽带(Ultra-wideband,UWB),也面向于K频段等毫米频段。作为多输入多输出(Multiple-input Multiple-output,MIMO)通信技术发展的核心内容之一,MIMO技术应用于天线可突破容量限制,抑制共道干扰。虽然MIMO天线具有单天线不可比拟的优势,但天线单元间的耦合会对天线辐射效率、阻抗匹配等产生极大影响,所以在兼备各项性能的同时采用何种去耦技术实现解耦是MIMO天线设计的关键。针对上述内容,本文面向UWB和K频段对天线展开设计与去耦研究。为了拓宽MIMO天线的使用频段,设计了一款基于回形环结构去耦的小型化UWBMIMO天线,整体尺寸为17mm×28mm×0.8mm。天线辐射贴片由外表近似“蘑菇”形的两个单极子天线组成,采用表面曲流技术并对接地板刻蚀矩形槽缝隙,实现了天线的宽带化;采用加载技术在接地板面引入回形环枝节,实现了天线的去耦。天线最终的工作带宽为1.88～11.27GHz,带宽范围内最大增益达到14.1d Bi,可应用于实际的超宽带系统中,为小型化的MIMO天线去耦提供了一种方案。为了保证MIMO天线工作带宽的同时简化去耦结构,设计了一款基于缺陷地结构(Defective Ground Structure,DGS)去耦的小型化UWB-MIMO天线,整体尺寸为18mm×22mm×1mm。在天线矩形辐射贴片上刻蚀六角星及不规则矩形等,实现了天线的宽带化;采用DGS技术在接地板刻蚀半圆形缺陷地结构,电路衬底材料的有效介电常数改变而触发带隙特性,实现了天线的去耦,达到高隔离度的要求。天线最终的工作带宽为2.75～10.64GHz,且在带宽范围内隔离度小于–22d B,仿真和测试数据之间存在良好的一致性,为设计具有高隔离度的小型UWB-MIMO天线提供借鉴。为了在K波段应用中改善MIMO天线去耦效果,设计了一款基于互补开口谐振环结构(Complementary Split Ring Resonator,CSRR)去耦的小型化K频段MIMO天线,整体尺寸为15mm×24mm×0.8mm。采用切割技术改进辐射贴片边缘并结合接地板凹槽处理,实现了天线的宽带化;在接地板上引入矩形寄生枝节后刻蚀CSRR结构,电荷积聚导致磁场效应减弱,在固定频点处产生谐振吸收峰而降低系统内部耦合,实现了天线的去耦。天线最终工作带宽为17～27.2GHz,带宽范围内隔离度小于–18.3d B。为研究高频段毫米波MIMO天线去耦提供了新方法。本文设计研究的三款天线通过不同结构和技术实现了UWB/K频段MIMO天线的带宽要求和去耦效果,同时经过加工测试证实了天线性能稳定。为天线设计提供了实现带宽和去耦方案,也为商业化通信系统开发与应用贡献新思路。该论文有图64幅,表7个,参考文献110篇。
基于UWB/IMU的厂区设备定位技术研究
这是一篇关于室内定位,超宽带,IMU,无迹卡尔曼滤波的论文, 主要内容为随着轨道交通运输行业的发展,列车生产规模也越来越大,相关技术设备也越来越多。由于车辆产品种类多,制造工艺复杂,大型生产厂区为了在生产过程中使制造流程在时间上连接恰当、充分发挥对设备的使用率、减少物料运输的时间,因此对物流运输设备和工装及时调配的问题越来越受到重视。管理者通过终端查看设备位置信息,提高生产管理效率,以此达到提高生产力,降低企业生产成本的目的。本文在对厂区室内设备定位研究过程中,选取UWB/IMU组合定位作为研究方向,主要工作如下:首先,针对厂区设备定位监管存在的不足,阐明了对室内实时定位方面的应用需求。通过对常见室内定位技术的描述,分析并选取适合于厂区车间内的定位技术。根据对UWB(Ultra Wide Band,超宽带)定位与IMU(Inertial Measurement Unit,惯性测量单元)定位的技术特点概述,分析了影响两者定位精度的因素。此外,根据仿真结果分析,选择适合设备定位的基站数目,以此对系统定位节点的布设进行相关说明。其次,利用对UWB测距与定位算法的分析,使用粒子群算法优化后的最小二乘法与泰勒级数展开算法进行融合,提高UWB技术在复杂环境下的定位精度。在剖析了IMU定位的解算过程并对其定位进行轨迹的误差仿真与分析基础上,提出使用滤波算法将改进UWB定位算法与IMU定位算法融合以实现组合定位。实验仿真结果表明,两者组合后的定位提高了定位精度,能够满足厂区对设备的定位需求,对系统的鲁棒性具有一定的优势。最后,结合上述定位算法,根据厂区功能需求的差异对定位相关硬件进行选型,并完成定位的电路原理图绘制与PCB电路板的设计。在考虑设备定位功能需求的基础上利用混合编程的方法设计实现了定位监测平台各个模块的功能。本文通过对UWB/IMU组合定位系统研究与运用,可以使传统制造业摆脱监管效率低,设备利用率低等缺陷,对企业数字化发展起到了积极促进的作用。
超宽带功率放大器MMIC研究与设计
这是一篇关于功率放大器,超宽带,MMIC,负反馈的论文, 主要内容为现代通讯技术的发展推动了无线通讯系统与设备的进步,超宽带的无线收发系统与军事雷达可以覆盖多频段,同时可以解决设备成本高,功耗大与兼容性等问题。功率放大器作为射频发射端的核心,其好坏影响着输出信号的传输和发射机整体可靠性。微波单片集成电路(Microwave Monolithic Integrated Circuit)因其低成本小体积等优良特性,广泛应用于国防和通讯等各个领域。超宽带功率放大器MMIC因其重要地位与大带宽、高集成、低成本等优势成为了热门研究方向。本文针对当前研究热点,深入学习了功率放大器相关理论知识与超宽带放大器设计方法,广泛调研了国内外相关研究文献并设计了以下几款超宽带功率放大器和驱动放大器。针对无线通讯需求与雷达应用设计了一款6-18GHz功率放大器,该功率放大器设计基于0.15μm Ga As工艺,采用三级放大的功率合成结构。本设计详细介绍了功率放大器的设计流程,使用了一种适用于具有小最佳功率阻抗点的功放的宽带电抗匹配方法,利用单频点的匹配极大地简化了宽带匹配的复杂性并实现功放的大功率与高效率,为其他超宽带功放提供了设计思路与参考。最终版图仿真结果显示,工作频带内功放饱和输出功率大于2W,功率附加效率大于25%,功率增益平坦度±0.8d B,功放小信号增益20d B,芯片面积7.2mm×3.4mm。针对雷达的实际工程应用需求设计了两款8-18GHz驱动放大器,两款驱动放大器设计均基于0.25μm Ga N工艺。第一款驱放设计采用两级共源放大结构。该设计基于晶体管自身寄生导致的带宽限制理论详细分析了负反馈拓展带宽的原理与实现方法并给出了具体的电路设计流程,为其他负反馈宽带放大器设计提供了参考价值。最终版图仿真结果显示,工作频带内饱和输出功率平均26d Bm,动态电流小于149m A,功率增益平坦度±1d B,放大器小信号增益达到20d B,芯片面积1.71mm×1.11mm。第二款驱放设计采用两级共源放大结构。该设计使用栅极自偏置技术,并且详细介绍了电抗匹配网络设计流程。设计中分析并解决了自偏置驱放版图布局当中的对称性问题、微带线线宽问题,布局紧凑性的问题等,给出了设计版图布局的细节与要点。最终版图仿真结果显示,驱放饱和输出功率平均26.5d Bm,动态电流最大值220m A,功率增益平坦度±1dB,小信号增益20dB,芯片面积1.71mm×1.15mm。
物联网环境下移动目标跟踪方法与系统实现研究
这是一篇关于目标跟踪,半定规划,超宽带,WIFI定位,全球导航系统的论文, 主要内容为近年来,随着信息科技的飞速发展,物联网相关技术和产来突飞猛进,人们对于基于位置信息服务(LBS)的需求日趋增大,使得定位技术成为时下非常热门的研究课题方向。本文分析了基于距离的接收信号强度(RSSI)算法、到达时间(TOA)算法、角度测量(AOA)算法和基于非距离的距离-向量段(DV-HOP)算法、质心算法等几种常见的无线定位方法,并对算法性能进行了比较。针对超宽带(UWB)的高精度、低时延定位特点,提出了一种基于多个移动目标的联合运动参数捕获与估计方法。该方法不需要任何运动传感器,通过测量传感器节点之间的到达时间(TOA),便可推算得到传感器网络中多个移动目标的速度。并设计了上述模型非合作模式下和合作模式下无约束线性最小二乘法(ULLS),约束线性最小二乘法(CLLS),半正定规划(SDP)以及混合的二阶锥半正定规划算法(SOCSDP),并进行了不同算法的性能比较与分析。仿真结果和实验数据表明,合作模式的SDP算法和SOCSDP算法比非合作模式的ULLS、CLSL、SDP和SOCSDP算法具有更好的位置估计性能。与线性线性规划方法相比,凸优化SDP和SOCSDP算法的计算复杂度更高,SOCSDP的定位误差与SDP大致相同,但SOCSDP运行速度比SDP快。接着,论文分析了 Wi-Fi定位的原理与方法,通过前期数据采集与预处理可创建指纹数据库,然后根据加权K-最近邻算法可对学校无线接入设备采集数据进行了分析,结合统一身份认证CAS系统、ECharts等数据可视化工具和地图服务,给出了师生位置参考信息,为学校决策提供依据。最后,论文分析了当前在室外空旷区域广泛使用的全球定位系统,介绍了全球导航系统(GNSS)的原理和方法,通过Spring Boot、Ehcache、AdminLTE等搭建了一套集数据采集、位置追踪、统计报表为一体的全方位、可追踪的实时可视化系统。通过将这一技术在普遍在野外巡护的公益林巡查保护人群——护林员的应用与推广,解决了早前数据采集复杂、人员管理松散的问题。
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