温度计的设计与通信工程综合实训.docx
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1、 沈阳理工大学通信工程综合实训课程设计 第一部分 自行开发的VX-2R电台功能11.1 VX-2R无线电收发机性能参数说明11.2 调频电台调试11.3 相关功能开发1第二部分 Ad Hoc网络及其在军事上的应用专题综述1摘 要12.1 简介12.2 Ad Hoc网络的结构及特点12.3 Ad Hoc网络的发展脉络12.4 Ad Hoc网络在军事通信中的应用12.5 结束语1参考文献1第三部分 温度检测器设计制作13.1 理论基础13.2 元器件清单13.3 原理图设计13.4 程序相关13.5 实物图13.6 使用说明1第四部分 卫星电视接收中国教育频道14.1 卫星电视接收系统的组成14.
2、2 卫星广播电视信号的极化方式14.3 卫星电视天线的安装14.4 卫星电视系统调试14.5 调试结果1结束语1第一部分 自行开发的VX-2R电台功能VX-2R是一款超小型的多频段调频无线电收发机,并具有很宽的的接收频率覆盖。它超小的体积便于随时携带,除了可以再144和430Mhz上的发射操作,还可以接收调幅和调频的广播频段、短波频段、VHF/UHF电视伴音频段、VHF调幅航空频段以及广泛的商业和公共安全频率。其他相应的功能也非常齐全,可以为生活、工作带来极大便利。1.1 VX-2R无线电收发机性能参数说明 1 信道步长:VX-2R的频率合成器提供了5/9/10/12.5/15/20/25/5
3、0/100khz等多种信道的频率间隔,即为信道步长。 2 接收模式:有以下几种可选的接收模式 AUTO:自动方式 N-FM:窄调频 W-FM:宽调频 AM:调幅 3 中继频差:可以按不同国家的习惯配置不同的中继频差。144Mhz的中继频差是600khz;在430Mhz频段的频差可能是1.6 Mhz、7.6Mhz或5Mhz。 4 频率稳定度:5ppm(-10+60)5 制式:F2,F31.2 调频电台调试 VX-2R具有扫描/接收调频电台、电视伴音广播等功能。如接收以下三个调频电台: 北京中国国际广播电台 FM 88.7 Mhz 辽宁经济广播电台 FM 107.6 /FM 105.5Mhz 辽宁
4、电台文艺台 FM 95.9 Mhz 还可以接收电视伴音频率,如接收中央一套电视伴音信号,其频率:76 Mhz1.3 相关功能开发 1 设置背光亮度 操作步骤如下: A .按住H/L键一秒钟进入菜单模式 B.转动调谐旋钮选择16号菜单:DIMMER C.短按H/L键就可以对该项进行调整 D.转动调谐旋钮调整背光到一个舒适的亮度。 E.按发射键保存新的设定并返回到正常操作 2 改变信道步长 操作步骤如下: A.按住H/L键一秒钟进入菜单模式 B.转动调谐旋钮选择43号菜单:STEP C.短按H/L键就可以对该项进行调整 D.转动调谐旋钮选择新的信道步长 E.按发射键保存新的设定并返回到正常操作 3
5、 信道存储 操作步骤如下: A.在频率模式下(VFO),选择需要的频率,同时设好要保存的亚音静噪模式、中继频差和发射频率 B.按住F/W键一秒钟 C.在放开F/W键的五秒钟之内选择信道,微处理器会自动选择第一个可用的空闲信道 D.再按一次F/W键将频率等数据存入信道 E.这是仍然工作在频率模式下,可以重复以上步骤,输入其他频率并保存到另外的信道 4 短波广播信道 操作步骤如下: A.按F/W键然后再按激活互联网功能,调出特殊信道菜单 B.按BAND键选出“RADIO”(调出广播信道组) C.转动调谐旋钮从89个可用的广播信道中选择其中之一 D.按H/L键可使显示屏上的指示在“频率”和“站名”之
6、间切换 E.按V/M键或F/M键,紧接着再按激活互联网功能键,退回到正常模式第二部分 Ad Hoc网络及其在军事上的应用专题综述摘 要本文主要结合Ad Hoc网络的结构和特点,介绍了网络发展的历程,针对网络在军事通信中的应用主要介绍了一种面向军事通信开发的无线自组网系统NTDR (Near Term Digital Radio)。关键字:Ad Hoc ;军事通信;应用2.1 简介 移动自组织网络(Mobile Ad Hoc Network: MANET)出现之初指的是一种小型无线局域网。如果追溯到20世纪70年代初期的分组无线网的话,Ad Hoc网络已走过了30年的历史。即使从1991年IEE
7、E 802.11标准委员会正式用Ad Hoc来描述这种自组网、对等式无线移动网络算起,也已经有10余年的历史。但这种特殊的无线通信网络直到20世纪90年代后期才逐渐被我们所了解和关注。这是因为Ad Hoc网络一开始就是为军事通信应用而设计的。军事通信由于其特殊的应用环境,对通信技术有着特殊的要求。自组网的出现,最早就源自军事上的需求。首先,在军事上的许多场合,作战部队和指挥机构快速移动,这就要求它们之间的通信一定要采用无线方式;其次,战场环境下的通信系统要求具备较强的抗毁性,不能因为个别节点的毁坏而造成整个通信系统的瘫痪,这就要求通信系统最好以一种无中心、分布式控制的方式进行组网,此外,在某些
8、战场环境下,由于不能或不方便预先布设通信基础设施,也需要一种可快速展开的自组织移动网络;最后,随着各种高速数据业务和多媒体业务在军事上的应用,无线频谱资源越来越紧张,在100MHz以下的频段已不能满足新的军事通信需求,而在100MHz以上的频段只能进行视距传输,限制了无线通信的范围。因此,为了实现远距离用户之间的消息交互,必须要采用多跳中继转发的方式。上述的所有需求综合起来就是要求一种无中心、分布式控制、可快速临时组网、多跳的无线移动通信系统,即无线移动自组织网。目前美军面向军事通信开发的无线自组网系统主要有PRNET(Packet Radio Network)、NTDR(Near Term
9、Digital Radio)、WINGs(Wireless Internet Gateways)。此外,英国、澳大利亚、挪威和法国等也都积极研究适合军事应用的分组无线网。如英国的战斗无线网(CNR)和澳大利亚国防部1993年研制的短波战术无线网(TPRN),可支持语音、图像、传真、X.400报文和文件传输等综合业务传输,并可以和B一ISDN互连。此外还有挪威陆军于1990年研制的TADKOM战术通信系统,法国的第四代战术电台(PR4G)等。笔者主要结合Ad Hoc网络的结构及特点简要介绍了Ad Hoc网络的发展及在军事通信中的应用。2.2 Ad Hoc网络的结构及特点 Ad Hoc网络是由一组
10、带有无线收发装置的移动终端组成的一个多跳的临时性自治系统。Ad Hoc网络一般采用分布式控制结构,即完全分布式网络结构和分层分布式控制网络结构。这两种网络结构又分别称为平面结构和分级结构。 1 平面结构平面结构的网络比较简单,无需任何的结构维护过程。所有节点在网络控制、路由选择和流量管理上都是平等的,所以又可以称为对等式结构。这种结构中源站和目的站之间一般存在多条路径,可以使用多条路径实现负荷分担,也可以为不同的业务类型选择适当的路径。网络所有节点是对等的,原则上不存在瓶颈,所以比较健壮,见图1. 图1 平面结构 2 分级结构 网络被划分为簇(Cluster),每个簇由一个簇头(Cluster
11、 Header)和多个簇成员(Cluster Member)组成,这些簇头形成了高一级的网络,在高一级的网络中,又可以再分簇,再次形成更高一级的网络,直至最高级。分级结构中,簇头节点负责簇间数据的转发,它可以预先指定,也可以由节点使用算法选举产生。根据不同的硬件配置,分级结构的网络又可以分为单频分级和多频分级两种。单频分级见图2,所有节点使用同一个频率通信。实现簇头之间的通信,要有网关节点的支持。簇头和网关节点形成高一级的网络,称为虚拟骨干网络。在分簇结构中,网关是指同时位于两个簇头通信范围内的节点。 图2 单频分级结构而多频分级网络中(见图3),不同级采用不同的通信频率。低级节点的通信范围较
12、小,而高级节点要覆盖较大的范围。高级的节点同时处于多个级中,使用多个频率,用不同的频率实现不同级的通信。在图3所示的两级网络中,簇头节点有两个频率。频率1用于簇头与簇成员的通信,而频率2用于簇头之间的通信。硬件支持的话,分级网络中的每个节点都可以成为簇头。这样需要适当的簇头选举算法,算法要能根据网络拓扑的变化重新分簇或废除和选举簇头。 图3 分级结构目前在军事应用中,规模较大的Ad Hoc网络常采用分簇结构,且簇的划分和管理通常与作战单位相对应,不同簇之间通信必须借助于网关节点的转发来完成。假如以一个建制连作为一个簇,不同连的节点的通信必须通过营的网关节点来转发见图4,当1连的某个节点要和3连
13、的某个节点通信时,必须借助于1营的网关节点进行转发。 图4 军事通信中采用的分簇网络结构 3 Ad Hoc网络的特点Ad Hoc网络具有无中心、自组织、多跳路由、独立组网、节点移动等特点。这使得它在很多特殊场合的通信应用有独特的优势。但这些独有的特点也使得Ad Hoc网络在组网方式上跟传统的无线通信网络有极大的差异。Ad Hoc网络的多跳共享无线广播信道、多跳路由等都是普通有中心的无线网络不可能遇到的。为了适应这种独特的组网和工作方式,必须为Ad Hoc网络单独设计相应的协议。无论是信道接入协议、路由协议、传输协议等都要根据Ad Hoc网络的需要和特点进行改进和调整。2.3 Ad Hoc网络的
14、发展脉络 Ad Hoc网络发展至今大约经历了4个阶段。 第一阶段为Ad Hoc网络的萌芽期(20世纪70-80年代)。此阶段的目标是在无线网络中实现分组数据的传送。这是当时分组无线网的设计目标。研究的领域集中在物理层和链路层,组网的概念并不清晰。严格意义上而言,这只算是Ad Hoc网络的前身。 第二阶段为Ad Hoc网络的初步使用期(20世纪80-90年代)。Ad Hoc网络的规模变大,并在军事通信系统中使用。随着规模的变大,组网问题变得非常重要。但受网络技术发展的限制,提出了很多私有的协议和标准。这一阶段还对规模使用面临的抗毁性等问题进行了研究。 第三阶段为Ad Hoc网络的初步成熟期(20
15、世纪90年代)。随着软、硬件技术的快速发展、计算机网络和移动通信等技术的逐渐成熟。Ad Hoc网络技术步入了初步的成熟期,新的元器件、新的无线通信技术、新的路由协议等都为它的发展提供了技术保证。美国开始研制大量的Ad Hoc网络设备并装备部队。Ad Hoc网络无论技术研究、设备开发、组网、管理等方面都得到了快速的发展。这一阶段初步解决了组网的问题,并且有些设备在物理层实现了话音和数据的综合传送。第四阶段为Ad Hoc网络蓬勃发展期(从20世纪90年代至今)。由于Ad Hoc网络逐渐开始采用TCP/IP等标准的商用网络协议,加上其应用领域也逐渐从军事应用向民用扩展,越来越多的研究人员参与到了对A
16、d Hoc网络技术的研究工作中。研究的方向涉及到了Ad Hoc网络技术的方方面面,涵盖了信道技术、接入技术、组网、的网络管理、分簇算法、QoS、网络安全、节能等方面。这一阶段的研究已经并将继续使Ad Hoc网络技术进一步走向成熟,并逐步实现多媒体通信功能,以支持数据、话音、图像的综合传送。此外,还要为不同的应用场合提供特殊的技术支持,比如在分级网络中要有合适的分簇算法,对于传感器应用要使用节能技术等。还有,随着Ad Hoc网络应用范围的不断扩大,在组网和网络运营过程中面临的网络管理、安全管理等公共难题也将在此阶段得到解决。2.4 Ad Hoc网络在军事通信中的应用 20世纪60年代有线网中分组
17、交换技术的出现,为自组网的诞生奠定了概念上的基础。1972年美国国防部DARPA发起了研究与开发分组无线网络(PRNET)的研究项目,试图将分组交换的概念扩展到无线通信领域。到20世纪80年代,PRNET的可行性得到了验证。 为了进一步解决PRNET开发中暴露出来的问题,DARPA于1983年又发起了可生存无线网络(SURAN)的研究计划。 因特网的成功推动了要将全球信息基础设施扩展到移动无线环境中的进程。美国国防部在1994年启动了DARPA的全球移动(GloMo)信息系统计划。GloM。计划中比较有影响的项目有WINGs和MMWN等。在这里主要介绍一种面向军事通信开发的无线自组网系统NTD
18、R (Near Term Digital Radio)。 NTDR是美军用于在移动无线环境下支持IP数据业务的战术无线电台,美军打算把它作为实现旅或旅以下战术作战中心TOC(TOC,Tactical Operation Center)之间通信的骨干无线电台。NTDR使用了两个天线,一个用于嵌入式GPS接收机,另一个用于UHF频段(225450MHz)的通信。NTDR电台可以自动地组织成一个动态的两层网络。在该网络中,电台分成若干个群,每个群由一个群首和若干成员组成,各个群的群首构成一个骨干网见图5。 图5 NTDR网络结构 在NTDR网络中,支持多达7跳的多跳通信。某一群成员漫游到其他群时,可
19、以在这两个群间自动切换。NTDR系统具备自我修复网络的能力,如果某一个群首失效(例如:电力不足、故障或被击毁),会有一个新的群首被选举出来。 NTDR电台使用了无线开放最短路径优先(ROSPF,Radio Open Shortest Path First)协议作为它的路由协议。 NTDR电台使用了CSMA类协议(CarrierSense Multiple Access)作为它的无线信道接入控制协议。 此外,NTDR同时使用了3个不同频点用于不同目的:控制信道使用的频道;群内成员通信使用的局部频道;不同群间群首通信使用的骨干频道。 1 分群和路由 整个NTDR网络分成了多个群见图6,每个群中有两
20、种节点:普通节点和群首。普通节点距群首只有一跳,所有群的群首相互连接构成骨干网络。NTDR结构将相邻群之间的通信限制在只能通过群首完成,因此群首也行使了网关的功能。而且,单个群内的一跳邻节点可以直接通信,但群间的通信都必须经过群首。NTDR分群方案是专门为了应付战术网络中可能出现的频繁的节点移动和节点失效而特别设计的。网络“骨干网”是由群首稀疏地连接在一起的,每个群首的失效都可能带来较大的影响。为了克服这个弱点,其他节点要积极地维护路由骨干网。当网络拓扑(节点连接性)发生变化时,每个节点都要有迅速成为群首的能力。为了跟踪与相邻节点的连接性,每个节点都周期性地接收和发送信标(Beacon)分组。
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