第一篇：卫星遥测数据系统设计论文
1系统总体设计过程控制
1．１系统应用框架设计过程
基于遥测数据管理系统的数据需求，必须有一个数据系统中心，以数据服务系统的形式保存和处理相关用户需求，对外的数据用户主要包括综合测试系统数据比对用户、办公室数据分析用户、技术实验室数据验证用户以及其它现场数据用户，因此，基于虚拟平台的卫星数据管理与应用系统总体结构。
1．２虚拟数据系统结构
基于上文中虚拟平台的卫星数据管理与应用系统框架，本文设计了基于虚拟平台的卫星数据管理系统结构，系统共包含７个方面的内容，分别为：卫星数据设计中心、数据管理控制中心、数据判读中心、测试数据中心、仿真数据中心、远程数据中心和数据应用中心。卫星数据设计中心基础应用层面进行数据管理与应用的配置设计，为管理中心提供数据管理基础，数据管理中心对全寿命周期数据进行管理和存储，并对外提供数据服务。数据判读中心对卫星研制过程中产生的重要数据进行实时自动判读，并提供报警服务。测试数据中心是对卫星地面测试时产生的数据提供监视、判读与订阅服务的数据中心。仿真数据中心是卫星研制任务仿真验证中心验证的卫星任务、接口以及指标相关的卫星验证数据，为卫星研制提供数据支持。远程数据中心是卫星研制过程中外场测试、联试以及发射场等产生的外部数据，通过远程网络进行传输入库，保证全寿命周期数据的得到存储。数据应用中心主要对外部数据用户开发的系统数据应用软件，包括监视、统计以及相关查询分析软件。
2数据系统单元设计控制
2．１卫星数据设计中心
卫星全寿命周期数据程设计中心，主要是在卫星整星论证准备前期阶段，建立卫星全寿命周期数据业务模型，规划全寿命周期数据。系统以被设计卫星的功能模型为核心，通过建模工具，建立被设计卫星数据模型，通过该数据模型能够用系统性的工具将设计的数据模型导入到系统数据库中，进行录入，自动生成应用指令序列，送交设计执行和判读系统开展工作。系统总的功能结构划分。卫星数据设计中心完成卫星研制前期的功能项目设计与测试设计流程规划，共需研发３个软件，分别包括型号状态配置工具软件、系统管理软件、系统数据设计软件。
2．２数据管理与控制中心
卫星全寿命周期数据系统中，基础数据库管理编辑软件作为参数、指令以及应用管理配置的重要的管理软件，是卫星全寿命周期数据系统建设中的重要核心系统。该项目是在现有卫星地面测试系统上建立一个基础数据库，作为卫星数据配置信息的统一存储地。同时开发出对基础数据库进行管理的系统，以适应卫星数据多用户、长期、需求的实际情况，逐步实现卫星数据应用流程信息化、设计过程自动化，充分利用卫星数据资源，提高卫星研制的效率和质量。
2．３数据判读中心
智能判读技术对卫星在设计过程和验证过程中产生的大量实时、历史遥测数据进行处理，分析卫星海量参数信息的内在联系、变化规律，以及这些变化关系与卫星健康状态、工作状态之间的关系，从而生成与故障诊断需要的故障模式、故障诊断模型。设计过程中，故障诊断服务器接收卫星遥测数据，根据卫星遥测数据、故障模式以及故障诊断模式信息，判断卫星目前所处的状态，诊断故障机理，并将诊断结果、应急处理信息发送给多星数据管理中心管理员，给地面分析人员提出指导性建议，尽快将卫星从故障状态恢复成正常状态。
2．４测试数据中心
测试系统的ＭＴＰ接收控制台指令发送请求，并对照配置信息核对后将遥控指令数据发送到遥控前端，由前端再经测控分系统将完整的遥控帧数据通过无线信道发送到星上。ＭＴＰ接收遥测前端的遥测帧数据，并进行解析，广播完整帧数据，并接收对外的包数据、参数处理结果的订阅服务，数据库服务器接收综合测试局域网上ＵＤＰ广播帧数据，解析帧、包、参数数据，并实时入库，对外提供实时数据订阅监视、历史数据查询、统计、曲线显示功能。
2．５仿真数据中心
仿真系统是卫星研制过程不可缺少的技术验证手段。卫星平台虚拟仿真测试系统具有两种系统仿真模式：全数字仿真模式和半物理仿真模式。全数字仿真环境作为整个仿真系统任务配置和调度的核心，负责对仿真任务的配置和加载与仿真型号对应的仿真软件和星载飞行程序，负责仿真场景的设置、仿真过程的控制及提供仿真数据的显示；半物理仿真环境下，由星务主机半物理仿真设备完成星务的仿真任务，仿真系统作为星务主机的遥测遥控前端，与其他分系统全数字仿真或半物理仿真系统一起配合运行完成星务半物理仿真任务、姿轨控半物理或其他分系统的仿真任务。
2．６远程数据中心
卫星远程数据中心实时接收处理发射场区、在轨等外场区卫星数据、调度信息、视频等信息，对卫星状态进行实时监视分析。建立以远程数据控制为主、北京远程支持为辅的远程数据共享与监视模式，将外场现场下行遥测数据源码、遥控指令执行信息和视频采集数据实时传回北京，支持专家和型号设计师、测试人员实时进行数据判读，远程监视外场的技术进展，远程支持、参与外场的技术状态分析、异常问题分析以及故障处理，提高设计师和测试人员的并行工作效率。
3通讯协议设计控制
3．１以太网通信接
该接口负责按照接口协议进行整个遥测管理与应用系统的数据通信。此通信协议是一个广域网统一的数据协议，适用此系统内部７个系统模块内部的通信，还适用系统与系统之间的协议，也适用仿真测试系统全数字仿真部分。
3．２ＣＡＮ通信接口
此协议适用于半物理仿真部分的半物理设备间的协议。在小卫星的半物理仿真方式下，各仿真分系统与星务主机的通讯通过接口转换计算机采用小卫星ＣＡＮ总线通讯协议进行信。接口转换计算机采用标准１９英寸４Ｕ机箱１台，机箱内安装１块电源控制板卡、４块下位机仿真板卡和１块星务主机仿真板卡。
4设计过程基线控制
4．１设计基线确立过程控制
基线在配置管理计划中规划，在指定里程碑处创建，并与项目中的里程碑保持同步，每个基线都将接受配置管理的严格控制。设计基线是软件开发过程中的一些关键时间节点，便于检查和确认设计阶段的开发成果，同时也有利于变更控制，设计基线的确定过程如图５所示。基线是下一步开发和修改的基准和出发点。有了设计基线的规定后，就可以禁止跨越里程碑去修改设计阶段“已冻结”的工作成果。作为设计阶段的产品线应是稳定的，设计基线的规格说明应该是通过评审的，对基线的修改将严格按照变更控制要求进行。
4．２设计基线变更过程控制
设计变更控制是通过创建产品基线，在整个软件生命周期中对软件变化进行控制。变更控制的主要目的是创建一套控制软件修改的机制，保证生产符合质量标准的软件，同时保证在同一版本中的各元素可以正常工作，以确定在变更控制过程中控制什么、如何控制、谁控制变更、何时接受变更、批准和测试。
5结论
卫星全寿命周期数据应用已经被越来越多的专家重视。本文在全寿命周期数据系统设计过程中应用软件的开发过程控制管理，旨在提高软件的开发效率。研究了航天卫星遥测数据管理与应用系统设计过程的基本框架，本文以模块化化设计的理念，分析了卫星数据管理系统的系统框架、模块和功能结构，为保证设计过程有序，最后对系统设计过程的基线确定和基线变更给出了分析。
第二篇：配电室遥测系统设计（范文）
系统通过前端数据采集模块对不同配电室的监测点进行信号的实时采集,同时将结果储存在本地工业控制器中,根据需要主动传输到主控机,或由主控机直接从工业控制器提取数据.主控机将各配电室的监测数据提取后集中储存,通过组态软件实时显示监测结果以及数据的管理,在一个中心控制台完成各个地点的监测和计量工作.
采集数据包括:高,低压开关状态,环境温度,湿度,烟感(模拟量),继电保护器,高压断路器,直流屏,补偿柜(rs-232),出线计量,变压器温度(rs-485),低压断路器(modbus).采用局域网进行数据传输.一,发展与现状
1964年美国的一次电网大停电导致了一个工业计算机系统,数据采集及监控(scada-supervisory control and data acquisition)的诞生.电网调度需要调度员实时(秒级)把握地理位置非常分散的各变电站和电厂的运行情况.这套系统仍然广泛使用和完善,在此基础上又出现了分布式控制系统(dcs-distributed control systems).还有过 程 控 制 系 统(pcs-process control systems),紧急关闭系统(emergency shut-down system),系统/能量管理系统等等.我国电力自动化系统发展到今天大致经历了三个阶段:70年代引进的基于scada系统可作为第一代,如华北电网的sd176系统,国调中心的h80e系统;80年代引进的ems系统可称为第二代.第三个阶段是20世纪90年代以后,具有自主知识产权的基于risc/unix的开放式分布式ems/dms系统,以cc-XX系统,sd-6000和open-XX系统为代表.二,目的,意义
由配电系统的发展可以看出电力系统极为庞大各国投入大量资金,人力建立电能管理系统.而且各大学校园也都曾发生过停电事故,甚至有因电失火的灾难,对大学校园用电的智能化管理已成为必然趋势.如上文提到各系统虽然功能强大,但过于复杂,受投入资金限制不可能购买成套系统,而且校园配电室的电压也只有10-35kv,所以采用自主研发.针对校园配电室,设计基于scada,dcs之间,并适当增减功能的系统,以适应首经贸的配电系统.完成对校园用电网络的智能改造,并为设计更加复杂的系统打下基础锻炼实际应用能力积累经验.三,设计方案
通过智能终端设备完成对电网实时运行状况,数据的采集与监视;运用现场总线技术选用可靠的通讯协议将数据传输到电脑主机;主机通过组态软件建立友好的人机界面,系统模型实时监测动态演示,并对一些基本量进行控制;建立数据库存储数据以便查询,处理后数据以表格形式定期发往主管部门电脑,或直接由其主动查询.整个系统类似于下图,具体的人机界面及其动态曲线设计后再截取.预计设计功能有:远程智能抄表使网络上赋予权限的计算机可以直接接收和查询用电信息,各个点监测量的实时变动曲线动态显示,即时和总体数据显示,异常情况报警,对开关的控制,各个时期数据的整理与存档,报表的打印和传输.四,难点及解决方案
1,数据采集:毕设重心在软件系统设计,采用采集模块应用各种智能仪表.生产这种产品的公司很多,例如国内的大连恒源,青岛世润,西安浐河等,国外的lattice semiconductor,adi(analog devices),微软也正涉足这个领域,采集模块任选一款他们的成品不进行研发设计.2,数据传输:连接物理层采用rs485接口
介质采用带屏蔽地的双绞线,数据链路层采用modbus通信方式.协议方面bacnet和lonworks是目前国内构建集成系统中最常采用的两种通信协议,两者都以满足开放性和互操作性为目的,虽然从目前的国内市场占有率上看lonworks略占优势,但这并不能代表lonworks优于bacnet,相反在智能楼宇系统集成方面,bacnet具有lonworks不具备的优点.而我所做的课题,是针对校园内多座建筑进行电力智能化管理,所以选用bacnet(building automationand control network).3,数据库及数据分析:数据库是系统存贮大量信息的核心部件,虽然目前大多智能建筑系统采用微软公司的access数据库,从信息存贮的角度也许是够用的,但由于其安全性较差,目
前发展趋势是越来越多的系统采用微软公司的sql server
数据库,这无疑对数据库的安全性,免遭黑客的袭击以及保
存数据库的操作日志方面有了很大的进步.因为从来没有接
触过数据库知识,通过查阅资料得知组态软件都附有access
数据库,暂时选用access数据库,确实不能满足操作日志或
者安全性时再考虑外挂sql server数据库.组态软件具有强大的数据库功能,但据说数据分析功能
薄弱,要提取出来由其他软件进行分析.看了两款联系数据库的语言sql,filewritefiles.sql是通用的功能极强的关系数据库的标准语言,但听比较复杂,而后者函数方法相对简单,选用filewritefiles学来应该容易.如果access数据库不能满足安全要求,就同时改选用sql.4,人机界面:因为工程量大,选用vb,java实间上很仓促,而且电力器件的编译很可能因为不规范而无法实现监控功能,所以使用组态软件调用其自带模块图形进行编译,只要配置函数命令与设备协调好,建立起数据库关联,相对容易些,而且对于校园配电系统来说是足够用的,很多复杂的智能建筑监控系统(包括采暖,制冷及空调分系统,照明设备控制分系统,给排水分系统,电梯控制分系统,供配电分系统,停车场管理分系统等综合)也只是用组态软件做的.组态软件还是第一次使用,看了一些工程实例,下载了三维力控的pcauto 3.6,和组态王kingview6.5,还有ifix等.导师推荐用组态王有正版的光盘,而且下载的组态软件没有驱动程序,设计的系统没有“狗”的密码无法运行.已经下载了组态王的命令函数手册,使用手册等,只需努力学习.五,进度安排
前3周:调研翻译英文资料及大概的方案设计,开题.第4周:总体方案的详细设计.第5—7周:熟悉采集模块的工作原理及应用,组态软件的使用,熟悉各相关传感器的使用.第8—14周:检测控制程序设计.第15周:系统调试.第16周:撰写论文
第17周:论文评阅及答辩资格审查.第18周:毕业答辩及成绩评定.
第三篇：卫星广播电视系统
卫星广播电视系统
摘要：我国的广播电视信号由原来的微波传播发展到现在的卫星传播和光纤传播，因此广播电视传输技术在不断的进步。作为广播发射台节目传送接收工作者，必须在工作实践中不断学习传输技术的知识，下面本人就着重介绍卫星广播电视系统的主要组成部分及其基本工作原理和参数指标，与大家共同探讨分享。
关键词：广播电视 卫星 上行站 下行站 天线 极化 接收机
中图分类号：TN943.3 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2014）04-0060-03
卫星广播电视系统简介
早期的广播电视信号主要是通过微波在地面沿直线传播，传播距离受地球弯曲弧度的影响，一般在40～60km。要增大传播距离，就需加高天线或增加中继站。天线高度的增加是有限度的，中继站的增加会使信号衰减增大，成本加大。采用了卫星广播电视，不但扩大信号的覆盖面，减少地面微波中继站和信号传播过程中的故障率，还提高了信号的传输范围和传送质量，因此得到了广泛的应用。
卫星广播电视是由设置在赤道上空的地球同步卫星，先接收地面广播台和电视台通过卫星地面站发射的广播电视信号，然后再把它转发到地球上指定的区域，由地面上的卫星接收设备接收供用户收听收看，采用这种方式实现的广播电视就叫做卫星广播电视。
卫星广播电视一般都采用同步通信卫星，每颗卫星都处在赤道上空同步轨道上的固定位置定点分布，其目的是为了使每颗通信卫星能覆盖到指定的服务区，各国发射的通信卫星纬度都为0°，经度则以卫星与地心的连线同赤道的交点（称星下点）的经度表示的，在0°～360°之间。位于东经简写为°E、位于西经简写为°W。
随着各国发射同步卫星的增加，目前世界各国已有300多颗同步卫星在360°的静止轨道上运行承担着电话、电视、传真、数据、广播等通信。在轨位资源日趋紧缺，卫星之间的轨位间距已由以前的国际电信联盟（ITU）规定的5°缩小到如今的2.5°。卫星轨位间距过小，不论是地面站对邻星还是邻星对地面站，都难以避免相互间的干扰。国际电信联盟规定，世界上不分国家大小都享有轨位资源，各国又都想把卫星发射到有利于本国的位置，除太平洋上空外，卫星在轨分布常常相互冲突或靠得很近，尤其是东半球70～120° E轨道上非常拥挤，因此利用轨道资源进行卫星通信有着国际统一标准，以便协调使用。
1.1 卫星广播电视系统组成
卫星广播电视系统主要是由上行站系统、卫星转发系统和地面接收系统三大部分组成（见图1）。
1.2 卫星广播电视的传播方式
卫星广播电视的传播方式按传播性质可分为转播和直播两种方式：
转播：用固定卫星业务（FSS）转发电视信号，然后经地面接收站传送到有线电视前端，再由有线电视台转换成模拟电视送到用户；是进行点对点的节目传输，其特点是转发器功率较小，一般在100W以下，接收需要较大的天线，主要用于有线电视台接收，目前我国的各省台压缩上星传输采用此方式。直播：通过大功率卫星直接向用户发送电视信号；多用于Ku波段，其特点是转发器功率较大，一般在100～300W之间，可用较小的天线接收，适用于集体和个人接收，可提供卫星直接到户的用户授权和加密管理。
1.3 直播卫星和卫星直播
直播卫星（DBS），通过以大功率辐射地面某一区域，传送电视、多媒体数据等信息的点对面的广播，直播供广大用户接收，属于广播卫星业务（BSS），Ku波段和Ka波段（有待开发）。而卫星直播（DTH），则是使用Ku波段的固定卫星业务（FSS）提供卫星直接到户（Direct To Home）的一项服务。鑫诺1号卫星Ku波段的“村村通”工程，就是卫星直播（DTH），而将要发射的鑫诺2号则是一颗直播卫星（DBS）。
直播卫星与传统通信卫星相比，具有如下特点：（1）转发器的功率较大，而且地面场强分布均匀，电波利用率高。家庭可用0.5m以下直径的天线接收。（2）按照需求设计，以成型多波束覆盖全国，与可以单波束覆盖全国，以提高频率利用率。（3）不受地面频率分配的限制（通信C波段受微波干扰），可开展多种类型的电视服务以及高Internet下载等数字信息服务。（4）覆盖范围受国际公约保护，在覆盖区内不受其他卫星的溢出电波干扰。
1.4 数字卫星广播电视的应用
目前的数字卫星广播电视主要应用在L、C、Ku波段。
（1）L波段（1467～1492MHz）：电波传播损耗小，单波束覆盖范围大，对卫星定位精度和姿态控制要求低，接收装置结构简单，可用普通的螺旋天线或八木天线接收，不需要碟形天线，但频带窄，节目容量小，邻星干扰大。通过便携式接收机接收高品质的音频节目和高速传输的图像、文字、数据、软件等多媒体节目，可高速（128K）下载互联网上的内容，如美国世广（World Space）卫星多媒体信息服务平台。（2）C波段（3.7～4.2GHz）：雨衰量小，可靠性高，服务区大，但受地面微波等干扰源的同频干扰比较严重，适用于重要的卫星节目分配业务。（3）Ku波段（10.7～12.75GHz）：服务区小，卫星辐射功率高，同等工作条件下可用较小的天线，高降雨区难免有雨衰中断，卫星信道和地面射频设备的成本较高，与地面干扰和邻星干扰的协调比较简单，可广泛开展卫星直播（DTH）、新闻采集（SNG）、互联网接入、远程教学、电视购物等多项服务。上行站系统
上行站系统包括上行站发射系统和地面测控站两大部分。
2.1上行站发射系统基本工作原理
上行站发射系统的作用是将电视节目制作中心送出的图像和伴音信号进行调制、均衡、变频处理，将基带信号变为14GHz（Ku波段）或6GHz（C波段）的高频信号（称为上行信号），经高功率放大后送至馈源，再通过定向天线向卫星发射；同时也接收由卫星下行转发12GHz或4GHz的信号（称为下行信号），包括卫星转发的下行信号及卫星发出的信标信号，经低噪声放大，变频及解调后还原成视频和音频信号，供上行站监测电视传输质量用，信标信号送至跟踪接收机，经放大处理后，送至天线驱动机构，完成天线对卫星自动跟踪。
上行频率指发射站把信号发射到卫星上用的频率，由于信号是由地面向上发射，所以叫上行频率。下行频率指卫星向地面发射信号所使用的频率。不同的转发器所使用的下行频率不同，一颗卫星上有多个转发器，所以会有多个下行频率。
2.2 卫星传送节目的方式
卫星传送节目可分为单路单载波（SCPC）和多路单载波（MCPC）两种方式。
（1）单路单载波（SCPC）是对每一路信号分配一个载波的频分多址方式，它表示每个载波只传送一套电视节目，SCPC方式适用于仅仅传送一套卫星电视节目的电视台，我国每个省级电视台就属于这种情况。由于仅传送一套节目，因此卫星上行地球站传输的符号率就比较低，典型的数值在4Mbps～7Mbps之间，同时占用的频带也就比较窄，通常不超过7MHz，这样一个卫星转发器可以传送五套采用SCPC方式的电视节目。SCPC方式适用于上行站不在同一地点而需要用同一个转发器的情况，缺点是一套节目需要一个上行站。（2）多路单载波（MCPC）指几套节目的数据流合成一个数据流，然后调制到一个载波上发送到卫星转发器。目前国内大多数节目以这种方式传输，在上行站内首先对要传送的多套数字信号进行复接，再通过信道编码环节后进行数字调制，最后使用一个载波将信号发送出去。由于传送的节目多，因此与SCPC方式相比较，上行站传送的符号率较高，占用的频带也较宽，但频带和功率利用率较高，适用于多路信号在同一地点上星。
2.3 地面测控站
地面测控站主要任务：一是测量卫星的各种工程参数和环境参数；二是对卫星上各设备的工作状态、天线姿态、轨道位置进行控制。
地面测控站是上行站发往卫星的指令执行机构。同步在轨卫星必须对地球或其他基准物保持准确的位置，如收发天线必须对准地球，太阳能电池板必须朝向太阳，卫星的运行周期必须与地球自转同步，在轨位置必须保持在规定的范围内，设备出现故障必须倒向备用等等。一旦出现异常故障时，卫星上的指令执行机构根据地面测控站的指令迅速启动进行调整或倒向备份。卫星转发系统
卫星转发系统由卫星收发天线、卫星转发器和卫星能源系统组成。
3.1 卫星收发天线
早期卫星上转发器不多，星载天线也不多，所以形成的波束很少，基本上是固定指向的面波束，现代卫星由于转发器的增多，星载天线也很多，大多采用点波束或多波束，以实现不同极化、波段和指向的波束辐射。
（1）全球波束（Global Beam）：环球国际通信卫星下行波束的一种形式，星载天线采用大于17°宽度的波束，由三个分别位于大西洋、太平洋和印度洋上空的通信卫星构成，以辐射全球三分之一的面积。由于全球波束覆盖面积远大于仅覆盖一个地区的国内卫星，所以环球卫星信号的EIRP强度很弱，一般需要9米以上的天线。（2）点波束（Spot Beam）：波束截面为圆形或椭圆形，覆盖地球表面的一定区域，此波束要比全球波束小。（3）成形波束（又称赋形波束）：为提高效率和避免电波外溢对相邻地区的干扰，将天线辐射波束的方向图设计成与服务区的地理形状相似，即为成形波束。成形波束可以减小卫星之间的间隔，有利于在同步轨道上放置更多的广播通信卫星。
3.2 卫星转发器
（1）简介：卫星转发器实际上是一个高灵敏度、宽频带的空间中继站，它将上行站发来的上行信号，经频率变换为下行信号，再放大到一定功率后向地面指定的区域发射，供地面接收设备接收。目前卫星转发器的发射功率为几十瓦至一百瓦，每一路音视频和数据通道都经一个卫星转发器接收处理后再传输，每个转发器处理的信号都有一个中心频率及一定的带宽，C波段工作频率为4～6GHz，带宽为36MHz；Ku波段为12～14GHz，带宽为54MHz；一组通信卫星通常有12～24个转发器。
（2）卫星转发器的参数指标。
品质因素（G/T）：接收天线增益G与接收系统噪声温度T之比值，它决定了卫星接收系统的性能。G/T值增加，则意味着图像质量提高。利用减小低噪声放大器的噪声温度和增加接收天线的尺寸均可以提高G/T值。
饱和通量密度（SFD）：上行载波将转发器推到饱和时，在接收天线口面所达到的通量密度；它不是一个固定值，可通过改变转发器内部增益来调整。
等效全向辐射功率（EIRP）：天线增益与功放输出功率之对数和。天线增益随频率而变，不同转发器的功放输出功率略有不同。
波束图：一颗广播卫星的EIRP是随着接收地点的改变而改变的，为方便工程设计之用，将卫星的EIRP标注在地图上，称为卫星的波束图或卫星的覆盖区域，它是选择天馈接收系统的依据。
极化方式：在卫星广播系统中，采用线极化和圆极化这两种方式。所谓极化方式是指电波产生的电磁场振动方向的变化方式，按照极化方式的不同，电波可分为线极化波和圆极化波两种类型。电波在空间传播时，如果电场矢量的空间轨迹为一条直线，始终在一个平面内传播，则称为线极化波。若电场矢量在空间的轨迹为一个圆，即电场矢量是围绕传播方向的轴线不断地旋转，则称为圆极化波。
线极化波可分为水平极化波（H）和垂直极化波（V）两种，水平极化波的极化方向与地面平行；垂直极化波的极化方向与地面垂直。
圆极化波可分为左旋圆极化波（L）和右旋圆极化波（R）两种，左旋圆极化小的极化方向逆时针变化，右旋圆极化波的极化方向顺时针变化。
采用线极化方式和圆极化方式各有各的优缺点，线极化方式的设备结构简单，但安装维护复杂，而圆极化方式其电波穿过雨雾层和电离层的衰减小，且接收不用调整极化角，安装维护简单，但设备结构复杂。一般国际通信卫星通常采用圆极化方式，而区域性广播卫星大多采用线极化方式。
频率复用：在卫星广播电视系统中，为了充分地利用宝贵的频谱资源，采用了频率复用技术，即在同一频带内，采用了两种不同的极化方式传输两套不同的信号，两者之间存在极化隔离，因此互不干扰。在C波段中，一般以每40MHz为一个间隔安排频道，为防止转发器间的串扰，之间留有4MHz的防卫度，实际使用带宽为36MHz，可安排12个信道，再通过极化隔离、频率复用，信道数可加倍为24个。
3.3 卫星能源系统
卫星能源系统包括太阳能电池板和蓄电池。太阳能电池板所获得的电源是卫星的主要能源，平时太阳能电池板为星载转发器提供电源，同时也给蓄电池进行浮充电；在出现星蚀时，卫星进入地球的阴影区，电池板因无光照无法供电，此时备用蓄电池便开始工作，太阳能电池板的寿命决定了卫星的使用寿命。卫星地面接收系统
卫星地面接收系统由室外单元（包括接收天线、馈源、高频头等）、室内单元（主要是卫星接收机）和它们之间的连接馈线（同轴电缆）组成。
4.1 卫星接收天线
（1）简介：天线的作用就是在高频电流和电磁波之间进行能量转换，天线既可以发射也可以接收。天线可分为发射和接收两大类，发射天线就是把发射机末级回路的高频电流变换成电磁波并向特定的方向发射出去；接收天线则是把以自由空间为传媒的电磁波还原为高频电流。因此从理论上讲，发射天线可以当作接收天线使用，接收天线也可以充当发射天线使用。
接收卫星广播电视信号要求接收天线具有高增益、高效率、低噪声、宽频带、天线指向调整范围宽等特性。
（2）卫星接收天线的种类。按天线的使用材质可分为板状天线和网状天线；按天线的驱动方式可分为普通天线、电动天线和自动跟踪天线；按天线的接收性质和构造可分螺旋天线、平板天线、旋转抛物面天线和球形反射面天线，其中抛物面又分为前馈、后馈和偏馈三种天线。
1）前馈天线：前馈天线又称中心聚集天线或正馈天线，属于一次反射式天线，其卫星信号经天线的抛物面反射后聚集到天线的中心焦点处。前馈天线一般为圆形，但也有矩形的，其结构简单，多用于C波段信号。2）后馈天线：后馈天线属于二次反射式天线，其焦点处设有一副反射面，将聚集的卫星信号进行二次反射，经波导管传到天线背后的高频头上。后馈天线可避免高频头在炎热地区受光照过多而造成高温影响。后馈天线根据副反射的形状可分为卡塞格伦天线（副反射面是中凸形的）和格里高得天线（副反射面是中凹形的）两种。3）偏馈天线：利用前馈或后馈天线的部分反射面，其馈源或副反射面偏离反射面的正前方，不会阻挡卫星信号，因而效率较高。偏馈天线大多是椭圆形或菱形的，常用于Ku波段信号的接收。
室外单元的天线和馈源合称为天馈系统，其中天线是接收发射到地面的卫星信号，馈源为天线提供有效的照射；室外单元的高频头的作用是将接收到的卫星信号进行放大、下变频，转换为符合接收机接收频率范围（950～2150MHz）内的射频信号，再通过同轴电缆传送到卫星接收机。室内单元的卫星接收机作用是接收C、Ku等波段高频头输出的信号，并且为高频头提供电源。将950～2150MHz射频信号进行低噪声放大、变频和解调处理后，输出音视频信号，供电视机接收。
卫星地面接收系统分为两种类型，一种是集体接收系统，一般用于有线电视系统内；另一种是个人接收系统，两个系统组成之间的区别见图2和图3。
4.2 卫星接收机
卫星接收机是卫星地面接收系统中的关键组成部分，在模拟卫星广播系统中使用模拟卫星接收机，在数字卫星广播系统中则使用数字卫星接收机。
（1）模拟卫星接收机
模拟卫星接收机由变频、中放、调频解调、视频信号处理、伴音信号处理等几个主要单元组成。
天线接收下来的卫星信号，经过高频头进行低噪声放大、下变频和中放形成第一中频信号，然后输入到模拟卫星接收机。
卫星接收机首先对第一中频信号进行高频放大，然后进行变频，将第一中频变为第二中频，接下来采用中频带通滤波器选择进行中频放大。卫星接收机一定设置自动增益控制（AGC），它的主要作用是：①当输入信号在较大范围内变化时，确保输出信号的稳定。②卫星接收机的信号强度指示。③调整卫星接收天线的依据。
中放后采用调频解调器调制出基带信号（BB），基带信号由视频信号和伴音副载波两部分组成。使用低通滤波器将基带信号中的视频信号分离出来，然后进行视频处理，其中包括去加重、视放、极性选择、去加重、阻抗变换等环节；将基带信号中的伴音副载波信号也分离出来，然后进行伴音变频，生成频率为10.7MHz的伴音中频，进行伴音解调、音频去加重、音频放大，最后得到音频信号。
（2）数字卫星接收机
数字卫星接收机又称为综合接收解码器（IRD），并分为DVB-S和Digicipher两种互不兼容的制式。
数字卫星接收机QPSK解调器之前的变频和中放部分与模拟卫星接收机是相同的，因为其输入信号仍为连续信号；该信号与模拟卫星广播电视信号的区别在于：①调制信号的内容不同。②调制的方式不同。
数字卫星接收机输出的仍然是模拟的视频信号和音频信号。
参考文献
[1]刘洪才.微波与卫星传输技术[M].中国广播电视出版社，1994年.[2]车晴，张文杰，王京玲.数字卫星广播与微波技术[M].中国广播电视出版社，2003年.[3]刘洪才.广播电视卫星数字传输技术[M].中国广播电视出版社，2003年.[4]卫星广播与接收技术[M].西部广播电视特刊，1996年.
第四篇：水力发电厂整体安全与遥测遥控系统解决方案
水力发电厂整体安全与遥测遥控系统解决方案
经过大规模的省、市、县三级开展报警与监控系统建设项目，目前平安城市已进入密集及二期建设深化应用阶段，为进一步了解现阶段平安城市的实际应用规划，笔者全面性的探讨解决方案规划内容。
平安城市新一代项目需求
平安城市(城市监控报警联网系统)是一个覆盖整个城市的集成式、多功能、综合性的大型监控报警系统，业务范围涵盖治安、交管、消防、刑侦、内保等多个公安类别，包括图像监控与报警系统(包括车载移动视频监控终端系统)、重点要害部位监控与报警系统、居民小区技术防范系统、GPS和CAS机动车防盗防劫报警系统、道路交通监控和卡口系统、电子巡更管理系统等独立而又互相协作的子系统。
进一步探讨现状，平安城市项目严格来说是一个特大型、综合性、功能性上既复杂又强大的安防管理系统，同时需要满足治安管理、城市管理、交通管理、应急指挥等需求，而且还要兼顾灾难事故预警、安全生产监控等视频监控的需求，同时还要考虑报警、门禁等系统的配合集成以及与城市公共广播系统的联动。平安城市的应用核心是通过人防、物防及技防的三防核心技术，来建设一个完整而安全的防范系统，各个子系统间相互配合相互作用来完成的城市安全防范架构。
发展到如今，新一代的平安城市项目将走上智能化平安城市方向。其包含一个平安城市综合管理信息平台，平台里包括城市视频监控系统、数字城管系统、灾害管理及应急系统、城市能源监控管理系统及城市ITS智能交通系统、气象及环境信息收集等多个系统(如图1)，利用各子系统间的数据交换平台来实现资源共享及整体监督管理。系统前端的数据将会通过视频监控系统、数据收集器等采集信息后再传输到指挥调度中心。指挥调度中心管理平台将会由视频服务器、数据库服务器、存储服务器、管理服务器、报警服务器、调度控制服务器、流媒体服务器、Web服务器、大屏显示服务器和其他应用服务器组成。这些架构及项目将成为平安城市走上智慧城市的初期解决方案架构，下文笔者从硬件及软件上分别来说明如何做好平安城市建设的重点方案——视频监控系统解决方案规划实务。
视频监控系统硬件规划
在智能化平安城市的硬件建构规划上，针对视频监控部分，考虑到实际的三级视频管理平台架构，主要包含内容有以下方面。
城市视频监控前端覆盖点
在平安城市的前端监控点上，我们可以依照环境的需求及目标物的细节程度，进行标清、HD-SDI数字高清、网络高清的摄像机配置及PTZ的选项，同时在不同地点及应用上实行不同的方式规划。
1.城市治安监控点重要部份：在城市重点部位、公共场所、主要路口路段、城市出入口、治安案件多发地带等区域设置各种适当的摄像监控点，采用光纤传输与网络传输的高清网络摄像机为主，实现24小时实时监控。
2.车载和单兵移动取证执法系统布建：采用车载和单兵移动取证执法系统能快速部署到城市及其周边的各个区域，对应急事件可快速响应，通过各级指挥中心远程调度和指挥，增强了城市治安管理的灵活性和机动性。
3.城市卡口：在城市主要出入城道路建设高清智能卡口车辆智能监测记录系统，采用一体化嵌入式高清网络摄像机对过往车辆进行自动监测和数据处理。系统采用车牌辨识与埋地线圈检测、视频检测、雷达测速等侦测方式，记录车辆照片、前排司乘人员面目特征、识别车牌号码和车身颜色等信息。
4.城市重要道路十字路口布建高清电子警察系统：在城市主要路口设置高清电子警察系统，对市区道路交通进行自动监测和数据处理。采用高架感测及埋地感应线圈检测方式，抓拍记录违章车辆高清晰照片和视频，自动识别违章车辆车牌号码。
派出所视频信息前端平台
它是最前端也是第三级平台，是位于派出所的视频信息前端平台，是视频的初步整合及摄像机管理控制部分，除了管理自己辖区内的视频摄像机之外，还要提供第二级平台所需视频。能调阅派出所辖区内所有视频信息实时画面，同时进行录像。另外也可以通过授权，调阅辖区外交界地区的特定视频进行监控及录像。
县公安局视频次控平台
公安第二级平台为县公安局视频次控中心，以县公安局为核心，组成一个完整的体系组织来管辖区内视频，县级公安局监控重要区域重点视频，并上传一级市公安局视频平台。第二级平台能调看辖区内视频，或者经过上一级公安机关授权，调看辖区外特定区域、地点的实时画面和录像。
市级公安局视频监控中心
市公安局视频监控中心，是平安城市整个视频监控的核心，可以实现全市视频信息点的调阅及摄像机控制，包含视频切换、控制和显示等功能，市级公安监控中心可以汇集全市二、三级视频信息且能监看实时画面和同步录像。
这种视频监控系统构架在结构上可为二种方式，一为分布式采集存储模式，即由派出所建设系统平台，负责视频前端镜头的采集、存储整合。二为集中式存储模式，即由区县公安局视频图像分中心负责视频前端信息的采集、存储整合，并把收集的视频分发给派出所使用。视频传输方案硬件规划
公安视频传输网络规划与建设方案系统传输的规划包含。
· 采用全IP视频监控构架的方式，这是基于三级视频传输网络的需要及实现视频与控
制相关信息的传输需要;
· 建设公安三级传输专网，采用高带宽传输才能实现高清视频传输;传输专网必须区隔独立于公安信息网以外，但可以与公安信息网做安全的互联互通;
· 派出所、公安局监控中心接入视频监控方式，采用分布式视频管理，公安局对监控做统一管理，对公安治安进行集中管理和指挥。
平台软硬件规划
平安城市视频监控系统平台都可以实现所有视频的集中管理，最大限度的实现跨级跨区域、跨部门视频监控资源共享和互联互控，保证联网的视频传输的质量，提供一个视频信息资源的统一监控检索系统，充分发挥视频监控系统在加强社会管理，提升警务效率、组织防治、预防和打击违法犯罪等方面的作用。在监控中心平台规划上必须有以下条件。
1.建设集中、统一的平安城市视频监控系统。结合全市所辖各单位图像信息建设的特点，进行统一规划、统一设计、统一管理，形成市局、县局、派出所三级，点、线、面的公共安全技术体系，实现全市图像资源的上传下达，全网图像资源共享。
2.多级联网的平安城市视频监控系统。市局和县局监控中心能调看到下属各个派出所监控中心、派出所下属的各个行政村、主要街道、社会单位的所有摄像机图像，能控制下属的各个派出所的活动摄像机。各个派出所调看、控制本辖区下属的各个监控室的所有摄像机图像。分局监控中心可以对前端监控点所属摄像机进行控制。
3.平台的兼容性。平安城市视频监控系统可以兼容国内各厂牌的DVR、DVS、NVR、IPC等类型设备，必须兼容所涉及的硬设备。
4.平台的开放性。平安城市视频监控系统必须考虑与既有全市各区县公安系统已建平台能进行无缝对接，要能与硬件整合达成一致，便利售后服务。
5.多级用户权限管理。能够结合公安机关的组织机构实行多级部门、多级用户权限管理，提供自上而下的控制与管理，上级部门可以对下级部门进行管理和控制;支持用户优先级级别管理，确保系统中高级用户和各级领导在重大情况或紧急情况下对系统的操作控制优先权。
6.应急预案。在报警发生时，可以通过应急预案实现报警联动，使平台值班人员能够及时了解报警相关信息及现场动态，并且事后可以通过报警信息查询或检索相关录像数据。
7.电子地图。在公安市局和县局监控中心可以显示所辖派出所、行政村等多级、多层的电子地图，能显示街区分布、派出所辖区范围、警力分布、小区警务室及联防点、治安点位置等。并且能点击显示监控点图像;通过电子地图可以对监控网点进行配置操作。
8.智能巡检。可以对市局和县局所辖设备进行自动巡检，值班工作人员可以随时查看系统DVR、DVS、各类服务器、工作站等工作状态以及网络状况;系统可以自动生成各监控点每天工作状况、发生故障的种类和时间等，便于主管部门全面了解监控系统运行状况，及时发
现系统中出现的问题，实现高效、智能的系统管理与维护。
9.报警联动控制。在报警发生时，能自动切换预设的摄像机，将对应的监控图像切换至相应的监视器上，并自动定位在相应的预置位上，并能实现远程预览组切换;支持任意选择摄像机进行视频群组预览。
10.报警事件转发功能。在派出所监控中心出现严重警情，需要向分局监控指挥中心请示时，可以通过调整报警级别转送到县局监控中心，在县局监控中心电子地图上闪烁提示报警点位置，并且可以弹出报警点视频图像。
11.图像的存储和备份功能。所有图像均可在各派出所及县次控中心进行统一录像，规划采用IP-SAN可以进行每天24小时的集中存储,同时可对磁盘阵列采取一定的冗余备份功能规划。
12.集中下载功能。在网络出现异常或其他情况下，前端监控点视频图像无法顺利上传至监控中心;在网络恢复后，可以进行非实时集中下载，自动从前端硬盘录像机下载视频片段，有效解决网络故障、网络带宽等引起的录像集中存储与监看问题。
13.脱机运行功能。在网络出现异常时，系统可以利用本地数据启动服务实现正常工作并生成日志文件;在网络连通后，可自动将脱机工作生成的日志上传到数据中心，保证系统安全。
14.多屏幕联动功能。在各级监控中心的工作站上，可以将前端监控点的视频图像还原成模拟信号输出到大屏幕电视墙上，实现电子地图、视频图像以及大屏幕电视墙多屏联动。
15.键盘控制功能。在监控中心可以通过键盘对远程的摄像机、云台等进行控制。如：云台控制(上下左右，自动)、摄像头控制(光圈，变倍，聚焦)。
16.加密机制。要求数据传输过程中使用加密机制，并进行全程跟踪、记录，防止被窃听、篡改等非法使用，保障系统信息安全。
以上为平安城市监控中心规划方案，也许并非完整涵盖功能与需求，但对一个监控中心的平台来说，基本的要求都已到位。
管理规划
平安城市建设的远期目标是构建城市综合预警系统和应急指挥体系，现实目标是建设一套集社会治安综合治理、城市交通管理和消防调度指挥于一体的城市警务综合管理系统，以科技创新带动警务工作创新，以资源整合带动警务工作整合，充分发挥政府其它各行政部门、城管、小区联防的力量，形成党委领导、政府组织、公安管理、警民联动、全社会齐抓共管的的社会治安综合管理的新局面，为进一步构建城市综合预警系统和应急指挥体系奠定基础。
在平安城市项目中除了各种硬件规划之外，软件部份所需要的管理服务器也是规划的重点环节，这些软件解决方案除操作系统、数据库等系统软件外，还包括各种监控管理平台、流媒体软件、监控软件、智能交通系统、电子警察系统等。平安城市综合管理信息公共服务平台，包括城市内视频监控系统、数字化城市管理系统、道路交通等多个系统，利用市区级数据交换平台实现资源共享。监督指挥调度中心管理平台由数据库服务器、存储服务器、管理服务器、报警服务器、调度控制服务器、流媒体服务器、Web服务器、显示服务器和其它应用服务器组成。
第五篇：FPGA数据采集与回放系统设计论文
FPGA数据采集与回放系统设计论文
在个人成长的多个环节中，大家或多或少都会接触过论文吧，论文是我们对某个问题进行深入研究的文章。怎么写论文才能避免踩雷呢？下面是小编为大家整理的FPGA数据采集与回放系统设计论文，欢迎阅读，希望大家能够喜欢。
1系统及其原理
基于通用信号处理开发板，利用FPGA技术控制AD9233芯片对目标模拟信号采样，再将采样量化后的数据写入USB接口芯片CY7C68013的FIFO中，FIFO写满后采用自动触发工作方式将数据传输到PC机。利用VC＋＋6．0软件编写上位机实现友好的人机交互界面，将传输到PC机上的数据进行储存和实时回放。本系统主要实现以下两大功能：1）ADC模块对目标模拟信号进行采样，利用FPGA技术将采样后的数据传输到USB接口芯片CY7C68013的FIFO中存储。2）运用USB2．0总线数据传输技术，将雷达回波信号数据传输到PC机实时回放。分为应用层、内核层和物理层3部分。应用层和内核层主要由软件实现。应用层采用VC＋＋6．0开发用户界面程序，为用户提供可视化操作界面。内核层基于DriverWorks和DDK开发系统驱动程序，主要起应用软件与硬件之间的桥梁作用，把客户端的控制命令或数据流传到硬件中，同时把硬件传输过来的数据进行缓存。物理层主要以FPGA为核心，对USB接口芯片CY7C68013进行控制，通过USB2．0总线实现对中频信号采集。系统设计采用自底向上的方法，从硬件设计开始逐步到最终的应用软件的设计。
2硬件设计
FPGA在触发信号下，控制ADC采样输入信号，并存入FIFO中。当存满时，将数据写入USB接口芯片CY7C68013，同时切换另一块FIFO接收ADC转换的数据，实现乒乓存储，以提高效率。FPGA模块的一个重要作用是控制USB接口芯片CY7C68013。当ADC采样后，数据进入FPGA模块，FPGA控制数据流将其写入CY7C68013的FIFO中，以便于USB向PC机传输。CY7C68013的数据传输模式采用异步slaveFIFO和同步slaveFIFO切换模式。通过实测，前者传输速度约为5～10Mbit／s，后者传输速度最高可达20Mbit／s，传输速度的提高可通过更改驱动程序的读取方式实现。
3软件设计
3．1USB驱动程序设计
USB2．0总线传输技术最高速率可达480Mbit／s。本系统采用批量传输的slaveFIFO模式。CY7C68013芯片内部提供了多个FIFO缓冲区，外部逻辑可对这些端点FIFO缓冲区直接进行读写操作。在该种传输模式下，USB数据在USB主机与外部逻辑通信时无需CPU的干预，可大大提高数据传输速度。Cypress公司为CY7C68013芯片提供了通用的驱动程序，用户可根据需求开发相应的固件程序。
3．2FPGA模块程序设计
系统中FPGA模块的'核心作用是控制AD9233芯片进行采样。AD9233作为高速采样芯片，其最高采样速率达125Mbit／s，最大模拟带宽为650MHz。通过改变采样速率可使该系统采集不同速率需求的信号，扩展了该系统的应用范围。描述FPGA控制USB数据写入接口芯片FIFO的状态机如图6所示。状态1表示指向INFIFO，触发FIFOADR［1：0］，转向状态2；状态2表示若FIFO未满则转向状态3，否则停留在状态2；状态3表示驱动数据到总线上，通过触发SLWR写数据到FIFO并增加FIFO的指针，然后转向状态4；状态4表示若还有数据写则转向状态2，否则转向完成。
3．3上位机设计
为实现人机交互，利用VC＋＋MFC在PC机上编写了可视化操作界面，即上位机。上位机既用于数据采集的控制，同时也用于采集数据的实时回放。上位机界面如图7所示。上位机主要功能：
1）按下“检测USB”按钮，可检测USB是否连接正常，并显示USB基本信息。
2）按下“开始采集”按钮，可将采集的数据传输到PC机并实时回放数据波形；再次按下“开始采集”按钮，可暂停数据波形回放。
3）按下“保存数据”按钮，可将采集的数据以＊．dat文件的形式存储到PC机硬盘。
4）按下“结束采集”按钮，可关闭采集系统并退出界面；或按下“确定”和“取消”按钮，也可直接退出界面。
4系统实测
为了测试数据采集与回放系统，利用通用信号处理开发板设计了DDS模块。该DDS模块产生一个正弦波作为测试信号，通过AD9744芯片转换后变为模拟信号输出，并将此输出信号接至示波器以便验证系统。数据采集与回放系统的实物图及系统实测波形与回放波形。
5结束语
通过实际测试，基于FPGA的数据采集与回放系统达到了预期设计的要求。此系统能够对目标模拟数据进行采集，并能对采集的数据实时回放，且可将数据以＊．dat文件的形式存入PC机硬盘；系统具有高速的采集传输功能，上位机能够实时、动态地回放数据；信号采集板和处理板共用一套硬件，避免了重复制板，在实际调试时可方便地在信号采集与信号处理的工作模式间来回切换，提高了工作效率。原驱动程序官方版本为了满足通用性和稳定性的要求，限制了传输速率，本设计开发了相应的USB驱动程序，提高了传输速率。
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