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文檔簡介
1、對于旋轉(zhuǎn)部件上參數(shù)的采集,如何可靠而準確地將旋轉(zhuǎn)部件上采集的參數(shù)及處理后的信號傳輸?shù)焦潭ń邮諜C一直是影響旋轉(zhuǎn)環(huán)境下數(shù)據(jù)傳輸性能的關鍵問題。無線電數(shù)據(jù)傳輸是解決旋轉(zhuǎn)環(huán)境下數(shù)據(jù)傳輸?shù)挠行Х椒?,而旋轉(zhuǎn)環(huán)境下電磁波傳播是旋轉(zhuǎn)環(huán)境下無線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)設計的基礎,這方面國內(nèi)外鮮有研究。為了給高性能旋轉(zhuǎn)部件無線電監(jiān)測系統(tǒng)設計提供理論支撐,本文對旋轉(zhuǎn)環(huán)境下電磁波傳播進行了深入研究,并將研究結果應用于胎壓監(jiān)測系統(tǒng)的設計。主要研究內(nèi)容包括:從與旋轉(zhuǎn)有關的時間
2、和空間結構參數(shù)出發(fā),研究旋轉(zhuǎn)環(huán)境下電磁波傳播的特點,重點分析了旋轉(zhuǎn)運動中多普勒頻移、發(fā)射天線動態(tài)特性及電磁波極化特性;分析了旋轉(zhuǎn)環(huán)境下電磁波傳播的一般模型,分析了旋轉(zhuǎn)環(huán)境下自由空間的路徑損耗模型,詳細研究了旋轉(zhuǎn)環(huán)境下地面雙徑傳播模型和良導體反射面雙徑傳播模型;將上述研究結果應用于無線輪胎壓力監(jiān)測系統(tǒng)的設計中,提出了改進無線信號傳輸性能的方法并進行了測試。經(jīng)過大量的理論研究和測試,取得了以下研究成果: (1) 推導出任一時刻收發(fā)之間
3、的距離和直接視距路徑的空間夾角與旋轉(zhuǎn)環(huán)境下的旋轉(zhuǎn)半徑、旋轉(zhuǎn)角度、旋轉(zhuǎn)速度以及收發(fā)矢徑等參數(shù)的關系式。從洛倫茨變換出發(fā),建立了旋轉(zhuǎn)運動中多普勒頻移跟工作頻率、旋轉(zhuǎn)半徑、轉(zhuǎn)速等參數(shù)的關系式,研究表明旋轉(zhuǎn)環(huán)境下的多普勒頻移呈余弦函數(shù)曲線狀起伏和周期性變化,工作頻率、旋轉(zhuǎn)半徑以及轉(zhuǎn)速越高,頻移越大,可達數(shù)十KHz甚至數(shù)MHz。以無線胎壓監(jiān)測系統(tǒng)為例,分析了發(fā)射天線的動態(tài)變化特性,并和單天線進行對比,給出了12個旋轉(zhuǎn)角度上發(fā)射天線的阻抗變化情況和
4、指向接收機天線方向的增益變化情況,分析結果表明隨著輪胎的轉(zhuǎn)動,天線方向圖特性變化明顯,說明旋轉(zhuǎn)對天線方向圖的影響很大。此外,分析了旋轉(zhuǎn)環(huán)境下發(fā)射的電磁波的極化特性,結果表明旋轉(zhuǎn)使發(fā)射的線極化波變成了圓極化波,且極化失配增加了額外的損耗。 (2) 建立了旋轉(zhuǎn)環(huán)境下一般傳播模型,研究表明接收信號的包絡既跟入射波徑數(shù)、衰減系數(shù)、傳播時延、多普勒頻移以及到達角有關,也跟在收發(fā)端由于阻抗匹配因子、天線方向性、天線效率、極化失配導致的路徑損耗
5、有關。建立了旋轉(zhuǎn)環(huán)境下自由空間的路徑損耗模型,研究表明路徑損耗表現(xiàn)出周期性和波動性,在給定的短距離上,路徑損耗波動的周期性與旋轉(zhuǎn)周期相同,轉(zhuǎn)速越大,路徑損耗變化越快。建立了旋轉(zhuǎn)環(huán)境下垂直極化和平行極化兩種情況的雙徑傳播模型,該模型既考慮了直射波和反射波路徑不同導致的時延差,也考慮了旋轉(zhuǎn)環(huán)境下速度和入射波方向變化導致的多普勒頻移變化,研究表明:路徑損耗隨著旋轉(zhuǎn)角度的變化而劇烈變化,反射系數(shù)、場強包絡以及路徑衰減的變化還與旋轉(zhuǎn)半徑、旋轉(zhuǎn)速度
6、、介電常數(shù)及工作頻率等參數(shù)有關。當反射面是良導體時,路徑損耗變化更加劇烈。建立臺架在室外普通地面進行路徑損耗測試,測試結果表明本文提出的雙徑傳播模型跟實際情況接近,具有合理性。 (3)基于對旋轉(zhuǎn)環(huán)境下電磁波傳播特點分析、模型研究和現(xiàn)有技術條件,設計了一種無線輪胎壓力監(jiān)測系統(tǒng),包括總體方案、各模塊組件特別是胎壓傳感器和跟電磁波傳播相關的收發(fā)模塊的硬件設計以及軟件控制策略,提出了改進無線數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆椒ǎ倪M方法包括:為了合理兼顧各個點
7、的阻抗情況,取240°點來進行阻抗匹配設計;采用較低的工作頻率;縮短數(shù)據(jù)幀長度;盡量水平放置和延長金屬氣門嘴,使得輻射電場極性近似與旋轉(zhuǎn)平面垂直。測試結果表明:改進后的無線傳輸功率增加了20~30dB,數(shù)據(jù)幀傳輸?shù)恼_率大幅度提高,說明改進方法是有效的。然后,對胎壓監(jiān)測系統(tǒng)進行了各類路面車載試驗和車載功能測試,測試結果表明:在市區(qū)、山區(qū)、高環(huán)路面以及強化路面,數(shù)據(jù)幀接收正確率在90%以上,在高速路面達到95%以上;該系統(tǒng)能夠在各種氣候和
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