核電站設(shè)備狀態(tài)無(wú)線監(jiān)測(cè)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(wú)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(duì)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(huì)

2、造成核電站設(shè)備無(wú)線監(jiān)控系統(tǒng)的故障率增加、測(cè)量與通信性能降低，同時(shí)也會(huì)引起無(wú)線監(jiān)測(cè)裝置的參數(shù)產(chǎn)生攝動(dòng)。因此，研究核電站無(wú)線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的魯棒性就十分重要。另一方面，無(wú)線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是一個(gè)松耦合的無(wú)線感知網(wǎng)絡(luò)，存在通信帶寬有限、計(jì)算能力有限、能量有限等應(yīng)用約束，而這些使無(wú)線監(jiān)測(cè)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(wú)線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在參數(shù)攝動(dòng)和環(huán)境干擾激勵(lì)下具有正常的監(jiān)測(cè)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(diǎn)解決

3、以下問(wèn)題：1）如何減少測(cè)量裝置參數(shù)攝動(dòng)引起的測(cè)量數(shù)據(jù)的異常變化，2）如何減少無(wú)線通信節(jié)點(diǎn)參數(shù)攝動(dòng)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(dòng)引起無(wú)線監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)性能的異常變化。
　　針對(duì)這些問(wèn)題，論文首先在現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量層、無(wú)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(diǎn)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(jiǎn)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(hào)和復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)拓?fù)錈o(wú)線監(jiān)

4、測(cè)系統(tǒng)的魯棒性，重點(diǎn)研究了聲音信號(hào)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(cè)數(shù)據(jù)的測(cè)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(chǎng)測(cè)量層中，進(jìn)行了如下兩方面的工作：
　　首先，論文使用奇異點(diǎn)檢測(cè)進(jìn)行預(yù)濾波，利用機(jī)會(huì)測(cè)量進(jìn)行解耦，結(jié)合短時(shí)帶攝動(dòng)的狀態(tài)空間方程，構(gòu)建測(cè)量信號(hào)及其特征值的Kalman濾波器；解決了在環(huán)境激勵(lì)、測(cè)量結(jié)構(gòu)存在攝動(dòng)的情況下，如何構(gòu)建一個(gè)資源有限的魯棒濾波器問(wèn)題。理論與實(shí)

5、測(cè)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(lái)判斷傳感器故障，結(jié)合分時(shí)自適應(yīng)濾波冗余測(cè)量算法，構(gòu)建自診斷冗余測(cè)量濾波器，解決了核輻射環(huán)境下測(cè)量節(jié)點(diǎn)損壞與性能降級(jí)對(duì)測(cè)量結(jié)果產(chǎn)生影響的問(wèn)題。理論與實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明，該算法能有效減小節(jié)點(diǎn)損壞對(duì)無(wú)線振動(dòng)測(cè)量的影響，降低測(cè)量不確定度，增強(qiáng)系統(tǒng)的魯棒性性能。
　　2、在無(wú)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(wú)線通信信道選擇矩陣，設(shè)計(jì)了動(dòng)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(wèn)題。
　　論文采用降維處理和獨(dú)立主成分分析方法，基于 Fisher信息距離與 CRLB（Cramer-Rao下限），設(shè)計(jì)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(cè)量結(jié)果產(chǎn)生影響的問(wèn)題。
　　理論與實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明了動(dòng)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(duì)測(cè)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(jiǎn)數(shù)據(jù)流、減少網(wǎng)絡(luò)不確定性因素的方法，提出無(wú)線監(jiān)測(cè)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(dú)立中繼基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)基于信息路由的簡(jiǎn)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(wú)線網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)通信與處理的不確定性的問(wèn)題。理論與實(shí)驗(yàn)證實(shí)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