測控系統中數字信號處理技術的應用研究

何成

（長沙礦冶研究院有限責任公司，湖南 長沙 410000）

近幾年來，由于我國社會經濟效益的不斷提高，數字信號處理技術的應用范圍越來越廣，在設備測控系統當中，通過妥善應用數字信號處理技術，不但能夠提高設備測控系統的整體運行效率，而且有效降低了設備測控系統發生運行故障的概率。鑒于此，本文主要分析數字信號處理技術在測控系統中的應用。

1 測控系統中妥善應用數字信號處理技術的現實意義

所謂數字信號處理技術，主要指的是將模擬信號轉化為數字信息的一種處理技術，采用視頻信號作為數字信號進行相應的傳輸，將計算機技術與先進的處理方式進行有效結合，最終將信號轉換成不同類型數據信息。在供配電系統中，通過合理應用數字信號處理系統，能夠保障供配電系統的內部結構更加穩定，提高水面測控系統的安全性能。

數字信號處理技術具有以下特點：第一，定點計算公式的大量應用，能夠保證數字信息處理成本不斷下降，進一步提高信號傳輸的準確性。第二，該技術具有零開銷循環的特點，在執行命令時，控制人員不必耗費大量的檢測循環計數數值，保證信號的執行效率得到更好的提升。第三，合理預測測控系統的具體執行時間，控制人員通過妥善應用數字信號處理技術，能夠更好的預測系統故障位置，并制定科學的解決對策方案。

2 數字信號處理技術在測控系統中的具體應用

2.1 測控系統的組成

海底采礦車測控系統主要采用上-下位機控制方法進行控制，將以太網進行合理連接，提高雙向數據的通信效率，控制人員可以根據上位機顯示的數據，對操作臺與集礦作業車的運行方向與速度進行妥善控制。測控系統主要包括水上測控站、水下測控站等兩部分，其中，水上測控站包括顯示器及有關設備、主控制器與主操作平臺、電控柜控制設備等。而水下測控站則包括車載控制器、傳感器與執行設備等。在測控系統當中，數字信號處理技術不但能夠將系統中的各項信息進行實時處理，而且有效提升信號的傳輸效率。在測控系統中的數據處理設備與數據通訊子系統為系統核心，為了進一步提升數據信號的轉化效率，操作人員可以將數據處理流程與數據通信流程進行簡化。

2.2 在水上測控站中的應用

水上測控站當中的監控控制系統能夠為工作人員提供良好的操控人機界面，各項數據的存儲、顯示、回放與答應等，包括集礦作業車和船舶的運行位置，控制集礦作業車與船舶的行走軌跡等。監控計算機內部則采用研華工控系統，利用Windows10操作系統進行全面控制，在Labview軟件開發的基礎上，監控計算機和顯示器，表現形式見圖1。

圖1 監控計算機

在主控控制系統當中，操作人員通過收集操縱平臺上的各項操作信號，并結合水下集礦作業車測控站的通信要求，對控制器進行實時控制，在提升主控控制系統安全性能與可靠性能的同時，有效提高其數據的處理運算能力。由于主控控制系統中包括PXI系列模塊以及相關附件、操作系統與軟件開發工具包等，操作人員也可以運用Labview對FPGA模塊進行合理編程，并根據太網口與聲學定位系統的運行情況，將各項數據進行交換處理。

2.3 在水下測控站中的應用

水下測控站包括車載控制系統、各類傳感器、光纖通訊系統。測控系統中的水下測控站主要包括以下分系統，分別是車載控制系統、傳感器與光纖通訊系統等，車載控制系統集中安裝于行走擾動的試驗裝置之上，并在電子密封箱當中，分為CompactRIO系列控制器和控制模塊。由于車載控制系統的控制器運行性能比較高，將1.33 GHz Intel Atom雙核處理器和Xilinx Kintex-7 FPGA、C系列I/O模塊的插槽進行有效集成，即使在特別惡劣的環境下，仍然能夠安全運行。

將數字信號處理技術應用到車載控制系統當中，能夠保證嵌入式用戶平臺功能更加完善，程序開發更加科學，不但能夠有效縮短程序的開發周期，而且提高系統的整體控制效率。在應用數字信號處理技術時，操作人員要妥善選擇通信板塊與模擬量輸入、輸出卡。

水下測控站中的傳感器與作業車感知系統聯系緊密，通常情況下，水下測控站當中的傳感器主要分為3種，分別是數字量、模擬量與串口等。車載慣導能夠與DVL多普勒測速系統形成良好的車載導航定位部件，對車載的航向與速度進行實時監控。

在光纖通訊系統當中，光纖作為信息傳遞的媒介，信息主要以激光為載體，有效實現了長距離的通訊。信號發射端通過發射電信號，并將該信號調制加載到激光源上發射，最終由光纖進行傳遞。在信號接收端，接收光端機能夠將接收到光信號更好的轉變為電信號，進一步調解成初始信息。通常情況下，食品光端機內部還要配置多路RS232/485/422串口，能夠真正實現水下與水下串口信號的完美傳輸，并以太網光端機上部的太網口為接收電，為以后的信號測試提供方便。光纖線路通過鎧裝纜內，能夠對光纖起到良好的保護作用。車載測控站、比例閥控制器、分線箱及傳感器見圖2。

對于測控系統,操作人員通過全面檢測電壓值，并對電壓傳感器波紋進行合理檢測，能夠更好的了解電流電壓的運行情況，系統當中的電流電壓信號經過轉化后，系統能夠將各項信息進行傳輸。如果測控系統當中的信號轉化效率下降，操作人員需要對數據處理器進行全面檢查，在提升數據信號轉化效率的同時，有效保證測控系統數據信息的安全性與時效性。

3 結語

圖2 車載測控站、比例閥控制器、分線箱及傳感器

綜上所述，通過詳細介紹數字信號處理技術在海底采礦車測控系統中的應用，并提出該技術的應用要點，能夠幫助有關測控人員更加全面的了解系統特點，有效提高數字信號處理的水平與效率。