核電站設(shè)備狀態(tài)無線監(jiān)測系統(tǒng)魯棒性數(shù)據(jù)通信與處理研究.pdf

1、核電站設(shè)備運(yùn)行和健康狀態(tài)的監(jiān)控是保證核電生產(chǎn)安全的重要手段之一，但目前采用的有線監(jiān)控方式存在很大局限性，成本高昂且難以在已運(yùn)行核電站中擴(kuò)展。將無線傳感網(wǎng)絡(luò)（WSN）應(yīng)用于核電站設(shè)備監(jiān)控領(lǐng)域，是核電站監(jiān)控技術(shù)的創(chuàng)新，不僅是有線監(jiān)控技術(shù)的有效補(bǔ)充，而且可以擴(kuò)充監(jiān)控范圍，提高監(jiān)控能力，降低監(jiān)控成本。但是，由于核電對可靠性和安全性的苛刻要求，以及核電站的極端惡劣環(huán)境（核輻射、電磁干擾、高溫、高濕），使得 WSN技術(shù)應(yīng)用面臨一些挑戰(zhàn)性難題，例如會

2、造成核電站設(shè)備無線監(jiān)控系統(tǒng)的故障率增加、測量與通信性能降低，同時也會引起無線監(jiān)測裝置的參數(shù)產(chǎn)生攝動。因此，研究核電站無線監(jiān)測系統(tǒng)的魯棒性就十分重要。另一方面，無線監(jiān)測系統(tǒng)是一個松耦合的無線感知網(wǎng)絡(luò)，存在通信帶寬有限、計算能力有限、能量有限等應(yīng)用約束，而這些使無線監(jiān)測系統(tǒng)魯棒性研究變得復(fù)雜。
　　為保證核電站設(shè)備狀態(tài)無線監(jiān)測系統(tǒng)在參數(shù)攝動和環(huán)境干擾激勵下具有正常的監(jiān)測性能，論文從數(shù)據(jù)通信與數(shù)據(jù)處理的角度研究該系統(tǒng)的魯棒性，并重點解決

3、以下問題：1）如何減少測量裝置參數(shù)攝動引起的測量數(shù)據(jù)的異常變化，2）如何減少無線通信節(jié)點參數(shù)攝動引起數(shù)據(jù)丟失程度的異常變化，3）如何減少網(wǎng)絡(luò)參數(shù)攝動引起無線監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)性能的異常變化。
　　針對這些問題，論文首先在現(xiàn)場測量層、無線通信層、網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控層，研究保證系統(tǒng)魯棒性的數(shù)據(jù)通信與處理方法，重點研究了降低數(shù)據(jù)不確定度、減少數(shù)據(jù)丟失、丟失數(shù)據(jù)處理、精簡數(shù)據(jù)流、規(guī)范網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)等提高系統(tǒng)魯棒性的方法。其次，論文研究了聲音信號和復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)拓?fù)錈o線監(jiān)

4、測系統(tǒng)的魯棒性，重點研究了聲音信號的魯棒壓縮感知算法、復(fù)雜感知網(wǎng)絡(luò)的混沌現(xiàn)象及其與監(jiān)測數(shù)據(jù)的測量不確定度之間的關(guān)系等。
　　論文的主要工作如下：
　　1、在現(xiàn)場測量層中，進(jìn)行了如下兩方面的工作：
　　首先，論文使用奇異點檢測進(jìn)行預(yù)濾波，利用機(jī)會測量進(jìn)行解耦，結(jié)合短時帶攝動的狀態(tài)空間方程，構(gòu)建測量信號及其特征值的Kalman濾波器；解決了在環(huán)境激勵、測量結(jié)構(gòu)存在攝動的情況下，如何構(gòu)建一個資源有限的魯棒濾波器問題。理論與實

5、測證明，基于微分流形的魯棒濾波器是穩(wěn)定和有效的。
　　其次，論文使用聚類分析、特征量ARMA方法來判斷傳感器故障，結(jié)合分時自適應(yīng)濾波冗余測量算法，構(gòu)建自診斷冗余測量濾波器，解決了核輻射環(huán)境下測量節(jié)點損壞與性能降級對測量結(jié)果產(chǎn)生影響的問題。理論與實驗結(jié)果證明，該算法能有效減小節(jié)點損壞對無線振動測量的影響，降低測量不確定度，增強(qiáng)系統(tǒng)的魯棒性性能。
　　2、在無線通信層，完成了如下工作：
　　論文采用Krylov子空間方法，

6、構(gòu)建無線通信信道選擇矩陣，設(shè)計了動態(tài)信道選擇算法；解決了由于通信信道參數(shù)變化使通信數(shù)據(jù)大量丟失的問題。
　　論文采用降維處理和獨立主成分分析方法，基于 Fisher信息距離與 CRLB（Cramer-Rao下限），設(shè)計了隨機(jī)丟失數(shù)據(jù)處理的魯棒性分析方法，解決了如何分析丟失數(shù)據(jù)使測量結(jié)果產(chǎn)生影響的問題。
　　理論與實驗結(jié)果證明了動態(tài)信道選擇算法能有效減少通信數(shù)據(jù)丟失，丟失數(shù)據(jù)處理的魯棒性分析方法能減少丟失數(shù)據(jù)對測量的影響。

7、r>　　3、在網(wǎng)絡(luò)層方面，進(jìn)行了如下的研究：
　　論文采用精簡數(shù)據(jù)流、減少網(wǎng)絡(luò)不確定性因素的方法，提出無線監(jiān)測魯棒性網(wǎng)絡(luò)的規(guī)范化確定性部署的部署規(guī)則；并在獨立中繼基礎(chǔ)上，設(shè)計基于信息路由的簡單規(guī)范化網(wǎng)絡(luò)接入算法，解決了因網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)異常變化產(chǎn)生的無線網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)通信與處理的不確定性的問題。理論與實驗證實了規(guī)范化網(wǎng)絡(luò)部署規(guī)則和接入算法的有效性。
　　4、在聲音壓縮感知和網(wǎng)絡(luò)混沌性方面，進(jìn)行如下的研究：
　　論文提出了基于硬件閾值