自适应截割技术（通用4篇）
自适应截割技术 篇1
我国是煤炭生产和消费的第一大国, 在未来相当长的时期内都会保持这种状况, 但我国处于煤矿行业发展初期, 井下采煤技术相当落后, 大部分井下工作都是依靠人力来完成的, 采煤机并不具有自适应截割功能, 不仅工作效率得不到保障, 还存在极大的危险性。采煤机自截割关键技术能够使井下采煤工作向着更加安全、科学、高效的方向发展, 可以推动井下煤矿和现代化煤矿的建设, 为煤矿行业的发展提供动力, 有利于形成经济效益好、安全性高、资源利用率高的井下煤矿。
1 采煤机的位置和姿态定位方法研究
在构建采煤工作面三维空间坐标系的过程中, 通过将刮板输送机、液压支架及采煤机之间的传感信息进行互相融合的方式, 从而精准的定位采煤机的姿态、机身位置。利用由姿态定位、位置定位的理论模型, 可以得出采煤机的位置和姿态定位计算方法, 在进行实验室验证后, 可以得出以下结论:采煤机位置定位有一定不可避免的累计误差, 位置定位误差的大小同井下煤层倾斜角有直接的关系, 倾角越大, 累计误差值越大。采煤机定位系统在煤矿工作面及工厂实验等一系列检测过程中, 得知采煤机姿态、位置信息可以借助“三机定位”方案获得, 煤层倾角为15度的情况下, 累计误差在1.4%以下。为了最大限度的减小累计误差, 需要采取校准液压支架、刮板输送机的手段消除误差[1]。
2 基于灰色理论的采煤机截割路径跟踪方法研究
在灰色理论的基础上对采煤机截割路径跟踪方法进行研究, 主要研究内容包括跟踪效果评价、跟踪途径及跟踪目标, 该跟踪方法不仅涉及空间样条曲线的插值、多项式插值, 还确定了以跟踪状态误差与实践的跟踪目标。研究中分别总结了建立在特殊记忆点、关键记忆点和常规记忆点的状态修正方法、动作跟踪方法和轨迹跟踪方法, 充分利用探究因素间发展趋势的相似 / 相异程度的灰色关联度分析法构建采煤机的截割路径跟踪模型。对模型进行煤矿综采工作面和实验室检测, 能够得出结论:采煤机截割路径跟踪模型具有良好的跟踪效果, 实际截割路径产生的误差在0.06米以下, 且跟踪目标和路径的关联度在0.9以上, 可以达到煤矿综采面的工作需求[2]。
3 基于人工免疫的采煤机截割路径记忆方法研究
采煤机的截割路径记忆能够详细的记录记忆点的数据结构、数据压缩及选取等内容, 并在此基础上建立记忆点集, 其中显示异常状态、控制命令和路径曲线的主体分别是特殊记忆点、关键记忆点和常规记忆点, 这些记忆点辅以人工免疫模型, 可以有效的将记忆点中聚集度较高的失真部分消除掉, 但这个过程要在一种创新的否定选择算法之下进行[3]。基于人工免疫的采煤机截割路径记忆法经过煤矿工作面、工厂和实验室等多项检测, 体现出路径记忆方案能够将采煤机相关的设备状态、控制命令和轨迹等大量信息通过小数据存数量记录下来, 从而将更加准确、详细、可靠的数据提供给自适应截割技术。
4 基于电流谱的采煤机截割负载动态分析
通过总结以往的采煤机截割负载检测手段, 借鉴不同检测方法的优势, 研制出一种新型基于电流谱的采煤机截割负载检测方案, 构建截割电流、负载理论模型, 将方案获得的电流信号, 借助小波分析基础理论进行进一步的小波信号快速分解和重构, 实验结果发现:截割负载变化没有同电流信号达到同步的状态, 后者要落后于前者, 但在频域方面相互对应, 二者关联度较大, 相关系数是0.8853[4]。在充分研究人工神经网络的基础上, 构建采煤机转速 - 负载 - 电流模型, 并对神经网络用电机加载试验台进行加载, 采集实验数据, 通过实际工作测试可以得出转速、负载和电流间的神经网络模型图。对基于电流谱的采煤机截割负载检测方案进行工厂和实验室检测, 可以得到采煤机在实际工作状态下的动态截割负荷, 这些数据为采煤机滚筒高度、牵引速度的自适应调节提供准确的依据。
综上所述, 煤矿井下工作比较特殊, 工作环境非常复杂、恶劣, 面对煤炭生产需求量逐渐增大的现状, 提高煤炭的安全生产能力是煤矿企业亟待解决的一项问题。井下采煤机是综采工作面关键的设备, 对矿井工作效率和煤矿企业经济效益有很大的影响, 因此研究采煤机自适应截割关键技术具有非常重要的意义。随着科学技术的不断发展, 高效自适应截割技术也得到了极大的完善, 增强井下采煤工作的效率, 极大的促进了自动化、规范化现代煤矿的发展, 提高了煤矿行业的经济效益。通过采煤机自适应截割技术进行破煤、装运煤、顶板支护、采空面处理等综采面工作面的所有工艺, 使井下采煤工作连续、高效的进行, 其最大的优势就是减少了井下人员的工作量, 实现智能化少人 (无人) 工作面, 提高我国煤矿装备自动化水平。
参考文献
[1]孙咸.采煤机截齿耐磨堆焊层的使用性能及其堆焊材料[J].金属加工 (热加工) , 2011 (02) .
[2]罗佑新, 张龙庭, 李敏.灰色系统理论及其在机械工程中的应用[M].长沙:国防科技大学出版社, 2001.
[3]蔡斌军, 刘国荣.一种新型的改善直接转矩控制低速性能的磁链观测方法[J].电气传动, 2007, 37 (4) :21-25.
[4]龙钢.我国大功率采煤机的技术现状及发展方向[J].矿山机械, 2009 (24) .
自适应截割技术 篇2
高速柔壁自适应壁风洞中半模型试验技术研究
为了克服自适应壁风洞在模型支撑方面的困难和加大试验模型,提高试验雷诺数,西北工业大学在高速二元柔壁自适应壁风洞中开展了半模型试验技术的研究.采用基于平均流线概念的`二元计算方法和以消除模型轴线洞壁干扰为目的的三元计算方法,两种方法均以沿上下柔壁中线所实测的洞壁压力分布为计算依据.试验采用有对比试验数据的AEDCWIM1T洞壁干扰测压模型,堵塞比为3.38%.在所作的试验状态下其试验结果与AEDC4T风洞的实验结果比较吻合,表明在高速二元柔壁自适应壁风洞中采用半模型试验是可行的.
作 者：左培初 焦予秦 贺家驹 ZU0 Pei-chu JIA0 Yu-qin HE Jia-ju 作者单位：西北工业大学,陕西西安,710072刊 名：流体力学实验与测量 ISTIC EI PKU英文刊名：EXPERIMENTS AND MEASUREMENTS IN FLUID MECHANICS年，卷(期)：200014(3)分类号：V211.71关键词：风洞试验 自适应壁风洞 半模型试验
自适应截割技术 篇3
文章介绍了智能天线自适应波束形成技术的基本概念及典型自适应波束形成方法，归纳了自适应波束智能天线的主要结构形式。在此基础上，分析了自适应波束智能天线实现中面临的几个问题，探讨了自适应波束形成技术未来的发展趋势。
关键词：
智能天线；自适应波束形成；算法；空时处理
Abstract:
The basic concept of adaptive beamforming technology for the smart antenna is introduced along with the typical methodology of adaptive beamforming. The main architectures of adaptive beamforming smart antennas are presented. Then problems in realizing the adaptive beamforming smart antennas are analyzed and the development trend of the adaptive beamforming technology in the future is discussed.
Key words:
Smart antenna; Adaptive beamforming; Algorithm; Space-time processing
全球通信业务的迅速发展，使得作为未来个人通信主要手段的无线通信技术受到极大关注。如何有效地消除同信道干扰、多址干扰、码间串扰和多径衰落的影响成为无线通信系统尤其是码分多址无线通信系统中制约系统容量的主要问题。传统的采用均衡的处理方法在信号传输时延较大时难以解决这些问题，而采用时空联合处理的智能天线技术，通过信号时间域和空间域的联合处理可以较好地解决这些问题。
智能天线利用数字信号处理技术，产生空间走向波束，使天线主波束对准用户信号到达方向，旁瓣或零陷点对准干扰信号到达方向，以达到充分高效地利用移动用户的有用信号并抑制或删除干扰信号的目的。应用智能天线的无线通信系统能够降低多址干扰，提高系统的信噪比。
1、 波束形成技术
波束形成的目标是根据系统性能指标，形成对基带信号的最佳组合或者分配。具体地说，其主要任务是补偿无线传播过程中由空间损耗、多径效应等因素引入的信号衰落与失真，同时降低同信道用户间的干扰。波束形成的基本过程是：在建立系统模型的基础上，描述系统中各处的信号，再根据系统性能要求，将信号的组合或分配表述为一个数学问题，寻求其最优解。
1.1 传统的波束形成技术
传统的波束形成器所有的加权有相等的幅度，选择相位使阵列波束指向期望方向θ0。用a0表示期望方向的方向向量，则阵元数是M的阵列加权向量w为：
具有此加权的阵列在期望方向上有单位响应，即处理器的输出功率等于信源功率。这种波束形成器在只存在不相关噪声和无干扰情况下，其输出有最大信噪比(SNR)。对于不相关噪声(即Rn=σ2nI，σ2n为噪声功率，I为单位阵列)，波束形成器的输出噪声功率为：
式(2)表明，阵列的输出噪声功率为每一阵元上功率的1/M，上角标H表示共扼转置。这样，具有单位增益的波束形成器在信号方向上衰减了不相关噪声，使输出信噪比等于psM/σn2，ps为期望信号的功率。
1.2 自适应波束形成技术
自适应波束形成算法是根据一定的最优准则导出的，
点：在LS-DRMTA中，不同用户的加权因子估计是以波束形成器端口输出信号与期望用户信号之间误差最小为准则，不会出现不同加权因子收敛于相同的值，因此不需要Gram-Schmidt正交化过程；不需要分类过程；波束形成器输出端口数不受天线阵元数的限制，当系统扩展时，更多的输出端口可以非常容易地添加到波束形成器上，添加的端口使用原有的射频和基带信号变换装置，大大降低系统代价；每次迭代过程的计算简单；通过解扩重扩减少了干扰，可以在更低的信噪比下使用。
(7)基于拉格朗日描述的波束形成算法
这种方法利用了CDMA传输信号中比较大的扩频增益，递归寻求相关矩阵的最大特征值，估计最佳权向量。它有着很好的优越性，即不但能在比较低的信噪比下形成优良波束，并且突破了波束数受天线数限制的传统约束，能够形成大大超过天线数的波束(几乎只取决于扩频增益)。此算法每一步迭代的计算量大约只是3M，比RLS算法还少一个数量级，并且能较快地收敛。
2、自适应波束智能天线的结构
2.1 基于码片级的自适应结构
(1)多个波束解扩-RAKE合并
多个波束解扩-RAKE合并时基于码片级的自适应结构如图1所示，即先进行空域处理，在波束形成中，N个输出形成不重复的N个波束，一个波束图可能包含多个用户。经过匹配滤波(MF)后，进入RAKE合并实现空时处理。从结构上看，这种方法硬件结构较为简洁，但由于是基于码片级的计算，无论自适应算法采用何种自适应权值方法，计算量均较大，算法的优化在该方法中尤为重要。
(2)单个波束解扩-RAKE合并
在单个波束解扩-RAKE合并时基于码片级的自适应结构中，先对各阵元进行波束形成加权处理，然后对几个不相关多径分量进行分别解扩。该结构只进行一次数字波束形成处理，因而系统的复杂度相对于多个波束解扩-RAKE合并方案而言大大降低。
2.2 基于符号级的自适应结构
基于符号级的自适应结构如图2所示，这种结构是先进行匹配滤波，即先进行用户分离，然后波束合成形成针对该用户的波束，实现二维RAKE接收。从结构上分析，基于符号的波束形成方法需要设计数量众多的相关器，硬件结构较为复杂，但该方法是基于符号级的计算，自适应算法的计算量相对较小。
2.3 基于群的自适应结构
基于群的波束形成方法利用已有的基带专用集成电路芯片(ASIC)构建智能天线处理器，实现对扇区的自适应划分。基带ASIC可以采用Qualcomm公司的常规基站调制解调器CSM5200。如图3所示。
基于群的波束形成方法采用基带ASIC(如CSM5200)完成除波束形成之外的大部分工作，需要考虑如何充分利用CSM5200的资源，以及与围绕CSM5200的软硬件功能在实现上的难易程度。显然，该结构受限于所采用CSM5200这类芯片在处理用户容量、处理速度、可靠性、芯片体积等方面的性能。
3、 自适应波束智能天线实现时面临的问题
(1)精确地获得信道参数
信道参数估计是进行空时RAKE接收处理的基础，没有准确的时延参数，自适应波束形成将无从做起。通常时延的估计是在波束形成之前，也就是说时延搜索时无法利用波束抑制波束外的非期望用户，所有激活用户(某扇区内)的信号都将被接收并相互干扰。在无智能天线的基站，所能容纳的同时激活的最多用户数目是确定的，超过该数目，时延搜索将出现困难。配备有智能天线的基站，在未形成波束前，如果不采取其他措施，时延搜索与常规基站没有什么差别，也就是说，所能容纳的最多用户数目与常规基站的相同，显然没有发挥智能天线可以扩大基站容量的作用。因此，在时延搜索上必须采取另外的措施，使得在激活的用户数目超过常规基站时，时延搜索仍能正常进行。
(2)上下行波束形成的统一规划
对于下行链路而言，不同的复用方式可采用不同的解决方法：对于时分双工(TDD)方式，由于上下行链路采用相同的频率，在信道参数在相邻的上下行数据帧中几乎没有变化的情况下，可以直接利用上行估计得到的信道参数，但这只适用于慢速移动的系统；对于频率复用分割(FDD)方式，由于上下行链路的频率间隔一般都大于相关带宽，因此上下行的瞬时信道几乎是不相关的，此时采用反馈信道是最好的方法。显然，上行链路参数估计的好坏，对上下行信道的波束形成都有很大的影响。此外，在上行信道的波束形成时，就要考虑到下行信道波束形成如何进行，以实现上下行信道波束形成的统一优化，使智能天线系统的作用得到最大程度的发挥。
(3)波束形成算法
良好的自适应波束形成算法通常需要很大的运算量以及复杂的结构，目前的硬件性能尚难以达到这样的指标。因此，寻求用较少的运算和简洁的结构实现自适应波束，始终是科技人员努力的目标之一。此外，实现算法中具体参数(初始权值、收敛门限、步长等)的优化也对算法最终结果起着至关重要的作用。
4、 结束语
对于智能天线来说，在研究自适应波束形成新技术同时，还应关注技术的有效性、稳健性以及实用性等内容。从可实现的角度来看，智能天线自适应波束形成今后的研究可能趋向于以下几个方面：
探索有效的数字波束形成技术，着重于突破阵列物理限制的数字多波束形成技术。
研究计算有效、稳健的用户多径参数估计技术，重点在基于辅助导频信号的非盲技术。
根据业务和信道环境的不同，确定不同的自适应算法实现结构以及参数的选取准则。
此外，相对于上行自适应波束形成技术的广泛深入研究，下行链路性能成为提高系统性能的“瓶颈”，因此迫切需要有效的下行自适应波束形成方法。□
参考文献：
[1] Liberti J C, Rapport T S. Smart antenna for wireless communication: IS-95 and third generation CDMA application [R]. Prentice Hall PTR, 1999.
[2] Tsoulos G, Beach M, McGeehan J. Wireless personal communications for the 21st century: European technological advances in adaptive antennas [J]. IEEE Communications Magazine, 35(9), 1997.
[3] Kwark J, Lu I T. Blind adaptive space-time receiving and
transmitting diversities for multiuser DS-CDMA systems [R]. IEEE MILCOM’99, 1999.
[4] Guo Y J. Advanced base station technologies for UTRAN [J]. Electronics & Communication Eng Journal, 12(3), 2000.
[5] Seungwon Choi. A novel adaptive beamforming algorithm for a smart antenna system in a CDMA mobile communication environment [J]. IEEE Trans. VT, 49(2), 2000.
收稿日期：2003-03-12
作者简介：
自适应截割技术 篇4
摘要：为通过雷达编码技术可以使雷达性能得到提高。本文主要研究优化雷达相位编码使得雷达空时自适应处理器的输出信噪比最大的问题。本文考虑以下约束：保证雷达编码与已知巴克码达到一定的相似度、空间和时间多普勒频率估计准确度达到一定的要求，同时考虑到雷达能量的鲁棒性问题。对于上述非凸二次约束优化问题，我们用了快速有效的秩一分解方法。通过仿真实验可以证明，这种相位雷达编码可以使雷达性能提高。
关键词：雷达编码；空时自适应处理器；半定规划；鲁棒性
中图分类号：TN955
文献标识码：A
DOI：10.3969/j.issn.1003-6970.2015.09.006
0 引言
近些年来，随着电子技术的迅猛发展以及雷达新理论、新技术的不断涌现，现代雷达己成为可以测量目标距离、方位、仰角和速度等信息的重要电子设备。由于雷达工作环境日益复杂，如何使雷达在恶劣的环境下，提高其探测目标的能力是人们研究的重点问题。
通常人们采用设计雷达波形（幅度、相位、频率）来提高雷达性能的方法。目前，关于通过雷达波形设计提高雷达检测性能方面有一系列的De Maio等。而传统的滤波器一般只在空域或时域空间内进行信号处理，很多情况下这种一维的滤波器已不能满足实际的需要。空时白适应处理技术，即同时在空域和时域内对信号进行处理，可实现更强的杂波抑制。巴克码具有尖锐的白相关函数，合理的距离分辨率和峰值旁瓣电平。因此，设计空时白适应雷达波形时，可考虑与已知巴克码的相似度约束。
本文研究通过设计雷达相位编码，使空时自适应处理器的输出信噪比最大。除了与已知巴克码的相似度约束外，考虑由系统不稳定引起的雷达编码能量的鲁棒性问题。即在下述约束下使空时白适应处理器的输出信噪比最大：考虑鲁棒性的能量约束，空间多普勒频率估计准确度，时间内多普勒频率估计准确度，相似度约束。上述问题为非凸二次约束问题，将其松弛成半定规划问题求解。通过仿真画出雷达编码检测概率图、CRB图以及模糊函数图来分析相位编码雷达的性能。
3 结论