关键字 |
| 软件定义无线电,认知无线电,悬臂梁生物传感器,传感器阵列,神经网络。 |
介绍 |
| 爆炸物探测是一个活跃的研究领域与几个商业后代。然而,很少在系统应用方面的工作已经完成。是实用和有用的,强烈爆炸物探测传感器是必需的。这些传感器需要一个完整的系统解决方案的一部分,适应不同用户的需要和能力。符合标准的拯救世界,人能够免受恐怖袭击炸药,定义良好和适当的爆炸物探测系统必须采用[1]。本文项目集成的体系结构,结合认知无线电的力量,移动特别提款权、纳米传感器、电子鼻子和现有气体识别系统为上述目的。 |
| 目标是找到一个可行的介质基本上主导通信市场和发展前景。看着今天的电信服务场景中,我们看到它继续每天记录电话密度上升的强劲增长。无线领域也显示出巨大的增长在过去几年在有线部分显示消极的方向。 |
| 本文组织如下图:部分我给介绍爆炸物的检测。认知无线电的第二部分概述,特别提款权(软件定义的无线电),黎加架构中,悬臂梁(其功能原则),神经网络的建设。第三部分提供了提出了实际实现的系统。第四部分显示性能ofproposed V技术和最后一部分总结了纸,紧随其后的是引用。 |
概述 |
| )基本知识和认知无线电[6]:进化——认知无线电(CR)是一种特别提款权,此外感官环境,跟踪变化,反应在其调查结果。铬是一种自治单元通信环境中,经常交流信息与网络它能够访问其他CRs以及。从我们的观点来看,铬是一种精制特别提款权虽然这又代表一个精制博士[6]。 |
| 一个特别提款权可以根据其操作区域 |
| 我)一个多波段系统:支持多个频段使用的无线标准(如GSM 900, GSM 1800 GSM 1900), |
| (二)多重标准系统:支持多个标准。多重标准系统可以工作在一个标准的家庭(如UTRA-FDD, UTRA-TDD UMTS)或在不同的网络(如DECT、GSM、UMTS WLAN), |
| iii)多项系统:提供不同的服务(如电话、数据、视频), |
| (四)一个多通道系统:支持两个或两个以上独立的传输和接收通道在同一时间。 |
| 特别提款权方法允许收发器内不同层次的重新配置。 |
| 我调试:系统的配置进行一次产品运输的时候,当客户要求专用的模式(标准或乐队)。这不是一个真正的重新配置。 |
| ii)重新配置与停机:重构只是做几次在产品的生命周期,例如,当网络基础设施的变化。重新配置需要一些时间,收发器关掉。这可能包括组件的交换。 |
| iii)在每个电话的基础上重新配置:重构是一个高度动态的过程,在每个电话的决定。这意味着没有停机时间是可以接受的。只有部分的整个系统(例如,前端,数字基带处理)可以重启。 |
| 每时隙:iv)重新配置重新配置甚至可以完成在打电话。 |
| 图1显示了一个有别于传统的特别提款权收发收发器只能重新配置的事实通过控制总线提供的处理单元的参数描述所需的标准。这样的配置,称为parameter-controlled (PaC)特别提款权,保证传输必要时可以瞬间改变(例如,interstandard交接)。 |
| B)特别提款权(软件定义无线电) |
| 的主要挑战设计一个无线软件定义无线电(SDR)系统是提供一个解决方案,具有较高的灵活性,与硬件相关的吞吐量,低功耗,除了易于编程。特别提款权的新架构是基于可重构教学单元阵列(黎加)。架构目标IEEE 802.11 g标准包括维特比解码,这是一个关键性能瓶颈[2]。 |
| 软件定义无线电(SDR)是目前最重要的一个主题领域的移动和个人通信。它被视为一个全球漫游的推动者和作为一个独特的平台,快速引进新服务进入现有的细胞和本地网络。因此特别提款权承诺移动通信技术主要增加灵活性,能力和耐久性。 |
| 移动特别提款权,本节提出了一种解决方案基于一本小说黎加处理元素提供了低功率与硬件相关的性能,同时可以通过编程在只有ansi c。 |
| C)黎加架构概述 |
| 因为它显示在图2中,黎加的粗粒度的处理织物,其指令细胞(ICs)提供了一个硬件级性能通过执行assembly-like指令,所以直接CPU-like设计流程。 |
| 应用,如无线通信标准映射到黎加可以用C或c++编写的,通过一个定制的C编译器编译。ICs通过网络连接的可编程开关允许创建数据路径通过读取配置位从净列表文件存储在程序内存[3]。互连配置在运行时动态地重新编程基于进度信息。 |
| D)悬臂 |
| 悬臂梁(板)是纳米机械生物传感器、微用标准硅技术制作的。他们的大小在微米或纳米范围。由于其固有的灵活性,加上技术的可用性监控弯曲设计,悬臂梁为科幻小说已经成为通用的工具。这项技术已经建立和有据可查的多功能和高度敏感的技术,和实时方法用于各种各样的应用程序,如塑料炸药使用气体传感器检测。 |
| 我)功能原则:检测分子的相互作用 |
| 悬臂表面分子的固定要求其作为纳米机械传感器。分子的选择取决于应用程序。这一原则是否适用于待检测分子如果(分析物)将在液体或气相。固定化分子提供悬臂与分析物的特异性。特定的分子相互作用发生悬臂柔性路面的表面张力增加,迫使悬臂弯曲。这种类型的表面张力引起的分子相互作用通常没有观察到表面常见的材料。张力和弯曲的悬臂的感官反应自由能变化发生在其表面,如图3所示。 |
| 图4是一个基本的传感器设计的示意图。蓝色发光二极管(LED)作为荧光激励源。LED灯发出的光线经过透镜和一个过滤器,允许只在430 nm的narrow-wavelength光带中心影响高分子膜,涂在两层玻璃表[11]。一个泵吸入空气样本在镀膜玻璃表。如果空气样本含有爆炸性气体,光电倍增管探测器将光强度下降和触发警报。 |
| E)爆炸物探测系统利用传感器阵列和神经网络 |
| 传感器的信号传输到测试系统和监控使用个人电脑测试室,如图5所示[11]。 |
实现 |
| 特别提款权)移动终端[22] |
| 的一般结构已经在Figure.1 PaC-SDR终端。现在,我们要看看PaCSDR收发机结构更详细。主处理模块终端特别提款权的广播前端,基带处理和数据处理。我们要关注这里的前端[4]。 |
| 接收者分支变换复杂模拟射频天线信号到数字基带表示。 |
| 图6显示了它是如何工作的:来自天线,射频信号首先带通滤波,然后放大。双向信号分离器后,下一步是模拟混合与本地产生的射频频率同步(I)与相同的频率相位转移路径和−π/ 2的交(Q)的道路。之后,我和Q分量信号的低通滤波、A / D转换。A / D转换器的采样率应该为所有信号和固定必须选择这样的香农采样定理的条件是最广泛的信号处理的实现。前的采样率可以适应信号的标准,两个分校的损伤信号处理来自模拟混频器和过滤器以及A / D转换器本身必须纠正(4、5)。 |
| 特别提款权由发射机分支程序逆的接收机分支。即信号生成是一个复杂的基带信号,传输,例如,真正的部分是被转移到射频(传输)。特别提款权,重构性意味着不同标准的无线电能够处理信号或者信号不是标准化的,而存在于特定的应用程序。 |
| B)软件通信体系结构 |
| SCA描述如何实现波形到适当的硬件设备。定义了波形的决心下三层(网络、数据链路、物理)的ISO / OSI模型。因此,标准或空中接口的波形是同义词。基于波形的定义,一个传播方法是完全确定的。因此,波形的定义了调制,编码、访问和双工模式以及传输协议结构的方法。SCA定义了软件结构的特别提款权[6]。 |
| 当开发SCA兼容的无线设备供应商的操作系统和CORBA中间件的商业市场。核心框架以及波形是由他或他也会从市场或(在未来)JPO可能的贡献。 |
| SCA是一个开放的体系结构和分布式组件的描述。它严格区分应用程序(波形)处理平台等硬件、操作系统、对象请求代理,核心框架。这段应用程序功能和定义了通用接口管理和软件组件的就业。它定义了公共服务和利用api支持的硬件和软件组件和应用程序的可移植性。 |
| 应用程序之间的连接和SCA中的核心框架的api。标准化的api是必不可少的在保证应用程序的可移植性和可交换性的设备。api保证应用程序和服务程序可以相互沟通,独立于操作系统和编程语言使用[3]。 |
| C)为中心的认知无线电技术 |
| 在更高级的频谱共享系统中,CRs必须使用更高级的算法。如果频谱的一部分可能会访问任何访问模式,以下的过程变成了:从用户的传输需求,CR决定数据速率,传输方式,因此传输的带宽。后来它必须找到一个合适的资源为其传播。这假定CR知道(self-location),它能够做什么(自我意识),和可及基站在哪里。获得更多的信息关于可能的干扰,例如,能够检测信号活跃在相邻频带和承认他们的传输标准[6]。 |
| 总结,CR应该有以下技术实现(可能): |
| (我)位置传感器(如GPS或伽利略); |
| (2)设备监控其光谱环境intelligent2地; |
| (3)为了追踪位置或频谱环境的发展,学习和推理算法实现; |
| (iv)遵守通讯礼仪时,它必须听之前讨论以及防止隐藏电台的干扰; |
| (v)为了公平起见它必须妥协自己的要求与其他用户的需求,很可能决定在竞争环境中使用博弈理论的结果。 |
| (vi)它必须保持它的主人通知通过一个高度复杂的人机界面。 |
| 第一块图给出了以技术为中心的CR在图7中。最重要的决定之一,在一个开放的环境中是一个控制通道是否实现。雷竞技app下载苹果版最具挑战性的发展是信息和知识的处理。 |
| D)硬件架构为移动特别提款权[6] |
| 在商用无线通信系统中,低计算算法通常由需求方,而高计算算法映射到asic或fpga。整个系统包括一个集成的SoC用一个简单的控制器,如ARM处理器来处理控制或输入/输出相关的任务。考虑上述实时系统的复杂性,我们整合个人基带处理算法的设计在一个黎加核心使用一个统一的编程语言,ansi c,连同手臂控制器[6]。 |
| 所有的处理器架构通过AHB总线接口连接,有一个很大的64/128位数据宽度,如图8所示。 |
| APB总线外设相连。数字信号数据流美联储直接从A / D数字前端或其他通信模块加上黎加核心使用DMA引擎,或预处理通过ARM微控制器在被送入黎加核心内部通过AHB总线(当速度不是关键,而是框架水平管理是必需的)。每个黎加核心可以分配不同的任务。这是决定在高水平软件设计流程。一旦每个净列表文件生成的黎加核心,这些可以下载到每个黎加核心分别通过内部AHB总线或调试接口。网络列表文件包含步骤上下文,用于配置黎加芯和指示哪些指令细胞活跃在一个给定的步骤。这个另外,提供路由信息来构建集成电路之间的连接,以及提供时间信息。程序计数器是由黎加核心本身。 |
| E)气体识别系统的实现 |
| 使用灵敏度信号从传感器阵列作为多维输入模式,气体使用多层神经网络模式识别器的误差反向传播学习算法。神经网络由输入层与九节点收到的数据传感器在传感器阵列,与8个神经元隐层和输出层与九节点,图3.9所示。 |
| 九个在输出层节点显示识别结果。学习过程是重复,直到学习误差达到0.0001。实现气体识别系统图10所示。 |
| 模拟多路复用器、滤波器和信号变压器水平转移都包含在数据采集板的多信号传输到数字信号处理器(DSP)。学会了connection-weights被保存在DSP板的记忆。对于实时处理,识别气体种类和浓度可以显示在液晶显示器(LCD)。 |
| 各种面向对象编程语言(如c++, Java可能是使用的算法。特别提款权使用FPGA可以在硬件中实现,DSP处理器或特定于应用程序的集成电路(ASIC)。图11提供了特别提款权的示意图。 |
| 射频前端用于放大和滤波,因为天线收到的信号通常是微弱信号,也有更大的带宽比信息带宽。一个典型的前端的框图如图12所示。放大通常也使用多级放大。 |
| 基带处理执行软件使用数字信号处理器(dsp),现场可编程门阵列(fpga),特定于应用程序的集成电路(asic)或通用处理器(gpp)。用于调节或解调信号的算法可能会用各种不同的软件方法,如中间件,如公共对象请求代理体系结构(CORBA)。这里fpga执行信号处理与渠道化包括滤波、插值,大批杀害,相关性,快速傅里叶变换(FFT)等通常和DSP处理调制和解调。前向纠错(FEC)通常是由一块硬件加速解码DSP [1]。通用处理器(GPP)负责实施媒介访问控制层(MAC), JTRS软件通信体系结构(SCA)和相关的CORBA框架,上面一个实时操作系统。 |
| F)系统的实现 |
| 本节简要大纲实施爆炸的移动传感器网络使用蜂窝网络跟踪检测。这个想法是为了设计一个小CRSN使用纳米电子鼻和集成特别提款权如图13所示。 |
| 特别提款权的传感器组成的最低硬件使小型化传感器节点。化学传感器阵列(电子鼻)将生成一个模拟信号由于炸药的分子吸收和处理数据由ADC转换为数字信号(8、9)。 |
| 电子鼻子通常是由一组化学传感器和一个模式识别系统,如人工神经网络识别和自动识别每个化学如图14所示。阵列响应对应电阻的变化,Rji (t) (j = 1, n, n =数量的传感器)由于蒸汽吸收浓度水平Ci作为数组的每个元素过滤减少噪音和复杂性为了满足气味识别任务。这是数字化,然后转换后的信号是由一个n维向量表示。指纹模式识别系统使用数据库的产生的不同类型的气体测量的浓度水平和随后认识到化学(1,11)。 |
| 一个数组中的每个悬臂传感器涂上了一层不同的传感器。当传感器暴露在一个分析物,悬臂上的分析物分子吸附的表面,从而导致界面之间的压力传感器和吸附层弯曲悬臂。每个悬臂弯曲以特有的方式为每个分析物的典型。从悬臂的弯曲的幅度响应作为时间的函数,可以获得每个分析物的指纹模式[9]。 |
| 需要处理单元来存储数据,并认识到炸药使用一个有效的算法。在发送信息之前,收集通过频谱感知频谱使用信息,然后决定通道传输参数如传动功率、调制等。这就是所谓的频谱的决定。后,它重新配置基于SDR的收发器发送的感官数据到最近的基站。 |
结论 |
| 爆炸性的跟踪检测研究和院士的仍然是一个具有挑战性的任务。气体识别系统的研究仍然是一个开放的话题。正在尝试设计一个使用数据库中指纹模式识别系统由不同的蒸汽(气体)与不同浓度水平。然而,单片nanonose的设计是一个繁琐的工作,需要一个非常准确的线条的纳米传感器和相应的接口参数。论文发表在过去几年都提出一个有效的组合体系结构对爆炸物的检测。因为这种方法似乎很超前,最终在不久的将来,爆炸物检测的可靠性和效率将提高,希望系统将完成的实际实现。 |
|
数据乍一看 |
 |
 |
 |
 |
 |
| 图1 |
图2 |
图3 |
图4 |
图5 |
|
 |
 |
 |
 |
 |
| 图6 |
图7 |
图8 |
图9 |
图10 |
|
 |
 |
 |
 |
| 图11 |
图12 |
图13 |
图14 |
|
|
引用 |
- 中胜选Swagata罗伊Chatterjee、Mohuya Chatterjee Chakraborty, ?认知无线电传感器节点授权手机爆炸TraceDetection ?,国际期刊的通信,网络和系统科学2011年4 33-41 .doi: 10.4236 / ijcns.2011.41004。
- 宗庆后Wang Tughrul亚斯兰,?一个低功率可重构移动特别提款权系统异构体系结构”,学报IEEEinternational研讨会上电子产品设计、测试和应用程序(三角洲2008),卷2,页148-152, Jan2008.
- e . l . Org r . j .认同g . Dawe j·基尔帕特里克和t .康汉?软件定义Radio-Different Archi-tectures对于不同的应用程序,?研究软件定义无线电技术会议和产品博览会丹佛,页1 - 5,2007年11月5 - 9。
- Harada ?软件定义的无线电对认知无线电通信系统原型,?学报1圣IEEE两在动态频谱接入网络的新领域巴尔的摩,1卷,第547 - 539页,2005年11月8日至11日。doi: 10.1109 / DYSPAN.2005.1542667
- ?老人j·保尔森在软件定义无线电,认知无线电的应用程序吗?程序定义的软件无线电技术会议和产品博览会提升凤凰城,页后,2004年11月。
- f . k . Jondral软件定义Radio-Basics和进化认知无线电,?EURASIP无线通信andNetworking》杂志上3号,卷。2005年,第283 - 275页,2005年。doi: 10.1155 / WCN.2005.275
- n . r . Frometa悬臂梁生物传感器,?Biotecnologia Aplicada4号,卷。23日,页。320 - 323年,2006年。
- l . Senesac和t . g . Thundat的痕量爆炸物探测纳米传感器,?材料今天3号,卷。11日,页。几个,2008年3月,.doi: 10.1016 / 700 17-8 s1369 - 7021 (08)
- d . y, y . g .气l . l .周b·t·林z, r·h·朱和c . l . Chen ?基于MEMS传感器Explo-sive检测:发展andDiscussion吗?学报3rd IEEE国际会议上纳米/Mi-cro工程和分子系统三亚,页265 - 269,6 - 9自2008年。
- Ho-Yong Dae-Sik Lee, Jun-Woo Lim ?爆炸性气体识别系统利用厚膜传感器阵列和神经网络?。传感器和ActuatorsB 71 (2000) 90 - 98,2000年6月。
- j . Yinon电子鼻检测爆炸物,?分析化学5号,卷。75年,页98 - 105 a, 2003年3月。doi: 10.1021 / ac0312460
|
菜单
