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基于参数扰动超混沌的井下定位通信防碰撞方案

作　者: 于波
导　师: 王中训
学　校: 烟台大学
专　业: 信号与信息处理
关键词: 井下定位 RFID 混沌通信防碰撞
分类号: TD76
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

目前井下煤矿还普遍存在人员定位管理困难的问题,难以及时掌握井下人员动态分布情况,导致事故发生时,安全救护的效率低。因此,建立以灾害预防、事故救助、电子信息化管理为主要目标的信息化和智能化建设势在必行。本论文首先介绍了井下定位系统的应用背景,并对目前已有的定位系统进行介绍,分析其工作原理以及系统所必须要完成的功能。通过分析已有的各种井下定位通信方案的优缺点,确定使用在目前技术条件下综合效益最高(成本低,可靠性高)的RFID定位方案,并介绍了与RFID定位方案相关的芯片资料和通信总线特点。然后完成了基于“LPC2368处理器+nRF24L01+CAN总线”的基站硬件电路设计,并选取了该电路中的两个主要模块——CAN总线接口和nRF24L01接口电路的硬件和驱动程序设计进行详细说明；完成了基于’MSP430F2013处理器+nRF24101"的标签电路设计,探讨了MSP430处理器的低功耗技术应用方法,设计了MSP430F2013和nRF24L01之间的低功耗读写驱动程序。讨论了井下定位过程中容易出现的通信碰撞问题,分析了产生碰撞的原因,并在目前已有各种防碰撞方案的基础上,提出一种适合RFID方式井下定位的通信防碰撞方案——基于混沌的通信防碰撞方法。除了完成定位系统的电路设计和相应的软件设计以外,还介绍了混沌系统的基本概念,四个经典混沌系统的特点,以及混沌反控制技术的方法和研究目的。通过对一个近似时滞超混沌系统的分析,计算超混沌系统产生的吸引子的Lyapunov指数、关联维数、Kolmogorov墒、频谱和Poincare截面等混沌特征量,将之与Lorenz吸引子进行比较,从数值实验方面证明了近似时滞超混沌吸引子的复杂动力学特性。最后利用混沌的固有特性——类随机性和初值敏感性,设计了一个参数扰动超混沌系统,通过该系统可以得到完全真随机的信号,解决了井下定位系统的通信碰撞问题。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-10
1 绪论  10-14
  1.1 选题背景  10
  1.2 井下定位系统介绍  10-12
  1.3 论文的主要工作  12-13
  1.4 论文的章节安排  13-14
2 系统方案设计  14-33
  2.1 常用定位方案  14-17
    2.1.1 基于GPS的定位系统  14-15
    2.1.2 基于RFID的定位系统  15
    2.1.3 基于WiFi的定位系统  15-16
    2.1.4 基于MESH网络的定位系统  16-17
    2.1.5 基于ZigBee技术的定位系统  17
  2.2 系统方案选择  17-19
  2.3 与方案相关的芯片及通信总线介绍  19-24
    2.3.1 LPC2368微处理器  19-21
    2.3.2 MSP430F2013超低功耗微处理器  21-22
    2.3.3 nRF24L01射频收发芯片  22-23
    2.3.4 CAN总线  23-24
  2.4 基站设计  24-30
    2.4.1 CAN总线接口设计  24-26
    2.4.2 nRF24L01接口设计  26-30
  2.5 标签设计  30-32
  2.6 本章小结  32-33
3 井下人员定位软件设计难点  33-43
  3.1 问题提出  33
  3.2 常用的防碰撞问题的解决方法  33-37
    3.2.1 空分多路法  35
    3.2.2 频分多路法  35-36
    3.2.3 时分多路法  36-37
    3.2.4 码分多路法  37
  3.3 时分多路的防碰撞算法  37-38
    3.3.1 基本的ALOHA法  37
    3.3.2 时隙ALOHA法  37-38
    3.3.3 帧时隙ALOHA算法(FSA算法)  38
    3.3.4 动态帧时隙ALOHA算法  38
  3.4 基于混沌的防碰撞思路  38-42
  3.5 本章小结  42-43
4 混沌及混沌反控制  43-51
  4.1 概述  43
  4.2 几个经典混沌系统  43-48
    4.2.1 Lorenz系统  43-45
    4.2.2 Rossler系统  45-46
    4.2.3 Chen系统  46
    4.2.4 Chua系统  46-48
  4.3 混沌反控制方法  48-49
  4.4 混沌反控制的研究意义  49
  4.5 混沌反控制的目标  49-50
  4.6 本章小结  50-51
5 近似时滞超混沌系统的动力学特性分析  51-57
  5.1 概述  51-52
  5.2 Lyapunov指数和Lyapunov维数  52-53
  5.3 关联维数和Kolmogorov熵  53-54
  5.4 频谱和Poincare截面  54-56
  5.5 本章小结  56-57
6 基于参数扰动超混沌的防碰撞算法  57-67
  6.1 概述  57-58
  6.2 电路噪声采集电路  58
  6.3 参数扰动超混沌系统的选择  58-61
  6.4 将混沌序列变换成均匀伪随机序列的普适算法  61-62
  6.5 二值化  62-63
  6.6 VC环境下的系统仿真  63-66
    6.6.1 单片机数据采集  63-64
    6.6.2 混沌序列生成  64
    6.6.3 普适化算法  64-66
    6.6.4 二值化与二进制序列提取  66
  6.7 本章小结  66-67
总结和展望  67-69
参考文献  69-72
致谢  72-73
攻读学位期间发表的学术论文目录  73-74
附录1 LPC2368处理器的CAN接口驱动程序  74-78
附录2 LPC2368处理器与nRF24L01接口驱动程序  78-81
附录3 MSP430F2013处理器与nRF24L01接口驱动程序  81-85

基于参数扰动超混沌的井下定位通信防碰撞方案

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