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壓縮技術(shù)論文范文第1篇

關(guān)鍵詞：數(shù)控液壓伺服系統(tǒng)數(shù)控改造

一、引言

液壓控制技術(shù)是以流體力學(xué)、液壓傳動(dòng)和液力傳動(dòng)為基礎(chǔ)，應(yīng)用現(xiàn)代控制理論、模糊控制理論，將計(jì)算機(jī)技術(shù)、集成傳感器技術(shù)應(yīng)用到液壓技術(shù)和電子技術(shù)中，為實(shí)現(xiàn)機(jī)械工程自動(dòng)化或生產(chǎn)現(xiàn)代化而發(fā)展起來(lái)的一門(mén)技術(shù)，它廣泛的應(yīng)用于國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各行各業(yè)，在農(nóng)業(yè)、化工、輕紡、交通運(yùn)輸、機(jī)械制造中都有廣泛的應(yīng)用，尤其在高、新、尖裝備中更為突出。隨著機(jī)電一體化的進(jìn)程不斷加快，技術(shù)裝各的工作精度、響應(yīng)速度和自動(dòng)化程度的要求不斷提高，對(duì)液壓控制技術(shù)的要求也越來(lái)越高，文章基于此，首先分析了液壓伺服控制系統(tǒng)的工作特點(diǎn)，并進(jìn)一步探討了液壓傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)和改造方向。

二、液壓伺服控制系統(tǒng)原理

目前以高壓液體作為驅(qū)動(dòng)源的伺服系統(tǒng)在各行各業(yè)應(yīng)用十分的廣泛，液壓伺服控制具有以下優(yōu)點(diǎn)：易于實(shí)現(xiàn)直線運(yùn)動(dòng)的速度位移及力控制，驅(qū)動(dòng)力、力矩和功率大，尺寸小重量輕，加速性能好，響應(yīng)速度快，控制精度高，穩(wěn)定性容易保證等。

液壓伺服控制系統(tǒng)的工作特點(diǎn)：(1)在系統(tǒng)的輸出和輸入之間存在反饋連接，從而組成閉環(huán)控制系統(tǒng)。反饋介質(zhì)可以是機(jī)械的，電氣的、氣動(dòng)的、液壓的或它們的組合形式。(2)系統(tǒng)的主反饋是負(fù)反饋，即反饋信號(hào)與輸入信號(hào)相反，兩者相比較得偏差信號(hào)控制液壓能源，輸入到液壓元件的能量，使其向減小偏差的方向移動(dòng)，既以偏差來(lái)減小偏差。(3)系統(tǒng)的輸入信號(hào)的功率很小，而系統(tǒng)的輸出功率可以達(dá)到很大。因此它是一個(gè)功率放大裝置，功率放大所需的能量由液壓能源供給，供給能量的控制是根據(jù)伺服系統(tǒng)偏差大小自動(dòng)進(jìn)行的。

綜上所述，液壓伺服控制系統(tǒng)的工作原理就是流體動(dòng)力的反饋控制。即利用反饋連接得到偏差信號(hào)，再利用偏差信號(hào)去控制液壓能源輸入到系統(tǒng)的能量，使系統(tǒng)向著減小偏差的方向變化，從而使系統(tǒng)的實(shí)際輸出與希望值相符。

在液壓伺服控制系統(tǒng)中，控制信號(hào)的形式有機(jī)液伺服系統(tǒng)、電液伺服系統(tǒng)和氣液伺服系統(tǒng)。機(jī)液伺服系統(tǒng)中系統(tǒng)的給定、反饋和比較環(huán)節(jié)采用機(jī)械構(gòu)件，常用機(jī)舵面操縱系統(tǒng)、汽車(chē)轉(zhuǎn)向裝置和液壓仿形機(jī)床及工程機(jī)械。但反饋機(jī)構(gòu)中的摩擦、間隙和慣性會(huì)對(duì)系統(tǒng)精度產(chǎn)生不利影響。電液伺服系統(tǒng)中誤差信號(hào)的檢測(cè)、校正和初始放大采用電氣和電子元件或計(jì)算機(jī)，形成模擬伺服系統(tǒng)、數(shù)字伺服系統(tǒng)或數(shù)字模擬混合伺服系統(tǒng)。電液伺服系統(tǒng)具有控制精度高、響應(yīng)速度高、信號(hào)處理靈活和應(yīng)用廣泛等優(yōu)點(diǎn)，可以組成位置、速度和力等方面的伺服系統(tǒng)。

三、液壓傳動(dòng)帕優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)

液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的主要優(yōu)點(diǎn)液壓傳動(dòng)之所以能得到廣泛的應(yīng)用，是因?yàn)樗c機(jī)械傳動(dòng)、電氣傳動(dòng)相比，具有以下主要優(yōu)點(diǎn)：

1液壓傳動(dòng)是由油路連接，借助油管的連接可以方便靈活的布置傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，這是比機(jī)械傳動(dòng)優(yōu)越的地方。例如，在井下抽取石油的泵可采用液壓傳動(dòng)來(lái)驅(qū)動(dòng)，以克服長(zhǎng)驅(qū)動(dòng)軸效率低的缺點(diǎn)。由于液壓缸的推力很大，且容易布置。在挖掘機(jī)等重型工程機(jī)械上已基本取代了老式的機(jī)械傳動(dòng)，不僅操作方便，而且外形美觀大方。

2液壓傳動(dòng)裝置的重量輕、結(jié)構(gòu)緊湊、慣性小。例如相同功率液壓馬達(dá)的體積為電動(dòng)機(jī)的12％～13％。液壓泵和液壓馬達(dá)單位功率的體積目前是發(fā)電機(jī)和電動(dòng)機(jī)的1／10，可在大范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速。借助閥或變量泵、變量馬達(dá)可實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速，調(diào)速范圍可達(dá)1：2000，并可在液壓裝置運(yùn)行的過(guò)程中進(jìn)行調(diào)速。

3傳遞運(yùn)動(dòng)均勻平穩(wěn)，負(fù)載變化時(shí)速度較穩(wěn)定。因此，金屬切削機(jī)床中磨床的傳動(dòng)現(xiàn)在幾乎都采用液壓傳動(dòng)。液壓裝置易于實(shí)現(xiàn)過(guò)載保護(hù)，使用安全、可靠，不會(huì)因過(guò)載而造成主件損壞：各液壓元件能同時(shí)自行，因此使用壽命長(zhǎng)。液壓傳動(dòng)容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。借助于各種控制閥，特別是采用液壓控制和電氣控制結(jié)合使用時(shí)，能很容易的實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的自動(dòng)工作循環(huán)，而且可以實(shí)現(xiàn)遙控。液壓元件己實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、和通用化，便于設(shè)計(jì)、制造和推廣使用。

液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的主要缺點(diǎn)：1液壓系統(tǒng)的漏油等因素，影響運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)性和正確性，使液壓傳動(dòng)不能保證嚴(yán)格的傳動(dòng)比：2液壓傳動(dòng)對(duì)油溫的變化比較敏感，溫度變化時(shí)，液體勃性變化引起運(yùn)動(dòng)特性變化，使工作穩(wěn)定性受到影響，所以不宜在溫度變化很大的環(huán)境條件下工作：3為了減少泄漏以及滿(mǎn)足某些性能上的要求，液壓元件制造和裝配精度要求比較高，加工工藝比較復(fù)雜。液壓傳動(dòng)要求有單獨(dú)的能源，不像電源那樣使用方便。液壓系統(tǒng)發(fā)生的故障不易檢查和排除。

總之，液壓傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)是主要的，隨著設(shè)計(jì)制造和使用水平的不斷提高，有些缺點(diǎn)正在逐步加以克服。

四、機(jī)床數(shù)控改造方向

(一)加工精度。精度是機(jī)床必須保證的一項(xiàng)性能指標(biāo)。位置伺服控制系統(tǒng)的位置精度在很大程度上決定了數(shù)控機(jī)床的加工精度。因此位置精度是一個(gè)極為重要的指標(biāo)。為了保證有足夠的位置精度，一方面是正確選擇系統(tǒng)中開(kāi)環(huán)放大倍數(shù)的大小，另一方面是對(duì)位置檢測(cè)元件提出精度的要求。因?yàn)樵陂]環(huán)控制系統(tǒng)中，對(duì)于檢測(cè)元件本身的誤差和被檢測(cè)量的偏差是很難區(qū)分出來(lái)的，反饋檢測(cè)元件的精度對(duì)系統(tǒng)的精度常常起著決定性的作用。在設(shè)計(jì)數(shù)控機(jī)床、尤其是高精度或太中型數(shù)控機(jī)床時(shí)，必須精心選用檢測(cè)元件。所選擇的測(cè)量系統(tǒng)的分辨率或脈沖當(dāng)量，一般要求比加工精度高一個(gè)數(shù)量級(jí)。總之，高精度的控制系統(tǒng)必須有高精度的檢測(cè)元件作為保證。

(二)先局部后整體。確定改造步驟時(shí)，應(yīng)把整個(gè)電氣設(shè)備部分改造先分成若干個(gè)子系統(tǒng)進(jìn)行，如數(shù)控系統(tǒng)、測(cè)量系統(tǒng)、主軸、進(jìn)給系統(tǒng)、面板控制與強(qiáng)電部分等，待各系統(tǒng)基本成型后再互聯(lián)完成全系統(tǒng)工作。這樣可使改造工作減少遺漏和差錯(cuò)。在每個(gè)子系統(tǒng)工作中，應(yīng)先做技術(shù)性較低的、工作量較大的工作，然后做技術(shù)性高的、要求精細(xì)的工作，做到先易后難、先局部后整體，有條不紊、循序漸進(jìn)。

(三)提高可靠性。數(shù)控機(jī)床是一種高精度、高效率的自動(dòng)化設(shè)備，如果發(fā)生故障其損失就更大，所以提高數(shù)控機(jī)床的可靠性就顯得尤為重要?？煽慷仁窃u(píng)價(jià)可靠性的主要定量指標(biāo)之一，其定義為：產(chǎn)品在規(guī)定條件下和規(guī)定時(shí)間內(nèi)，完成規(guī)定功能的概率。對(duì)數(shù)控機(jī)床來(lái)說(shuō)，它的規(guī)定條件是指其環(huán)境條件、工作條件及工作方式等，例如溫度、濕度、振動(dòng)、電源、干擾強(qiáng)度和操作規(guī)程等。這里的功能主要指數(shù)控機(jī)床的使用功能，例如數(shù)控機(jī)床的各種機(jī)能，伺服性能等。

壓縮技術(shù)論文范文第2篇

論文關(guān)鍵詞：平臺(tái)，數(shù)據(jù)傳輸

一、引言

21世紀(jì)的競(jìng)爭(zhēng)不是單個(gè)企業(yè)之間的競(jìng)爭(zhēng)，而是產(chǎn)業(yè)鏈之間的競(jìng)爭(zhēng)。面對(duì)產(chǎn)品更新速度不斷加快，市場(chǎng)需求急劇變化，客戶(hù)需求多樣化和個(gè)性化等市場(chǎng)特點(diǎn)，很多企業(yè)都清楚地意識(shí)到已不能再局限于自身內(nèi)部的資源，而必須考慮覆蓋產(chǎn)品整個(gè)生命周期的環(huán)節(jié)，在與產(chǎn)業(yè)鏈上下游企業(yè)合作共贏的環(huán)境中增強(qiáng)整體競(jìng)爭(zhēng)能力，求生存，求發(fā)展。隨著企業(yè)業(yè)務(wù)范圍的擴(kuò)展和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，企業(yè)已開(kāi)始從面向內(nèi)部的ERP(EnterpriseResourcePlanning)管理轉(zhuǎn)向全局的產(chǎn)業(yè)鏈管理，以此來(lái)提高企業(yè)總的業(yè)務(wù)性能和競(jìng)爭(zhēng)實(shí)力。由于產(chǎn)業(yè)鏈平臺(tái)支撐產(chǎn)供銷(xiāo)各個(gè)環(huán)節(jié)，對(duì)于復(fù)雜的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)傳輸效率成為一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題，針對(duì)這個(gè)問(wèn)題，本文采用數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)來(lái)提高數(shù)據(jù)傳輸性能。

二、企業(yè)數(shù)據(jù)傳輸

作為一個(gè)分布異構(gòu)集成平臺(tái)的汽車(chē)產(chǎn)業(yè)鏈企業(yè)業(yè)務(wù)集成平臺(tái)，首先需要解決的技術(shù)難點(diǎn)就是數(shù)據(jù)的交換和信息的共享。以車(chē)輛售后服務(wù)系統(tǒng)中的三包鑒定單為例，其處理過(guò)程中涉及到多個(gè)企業(yè)系統(tǒng)與平臺(tái)之間的數(shù)據(jù)交換，如圖，在整個(gè)汽車(chē)產(chǎn)業(yè)鏈業(yè)務(wù)協(xié)作過(guò)程中，存在著許多像鑒定單這樣需要在不同系統(tǒng)間進(jìn)行數(shù)據(jù)交換和共享的過(guò)程?；赪ebService的集成技術(shù)，在很大程度上解決了原有集成技術(shù)在Internet遠(yuǎn)程通信方面的問(wèn)題。

圖1基于XMLWebService的數(shù)據(jù)交換與共享模型

WebService基于XML文檔進(jìn)行服務(wù)描述，服務(wù)請(qǐng)求和反饋結(jié)果，可以在Internet上通過(guò)HTTP協(xié)議進(jìn)行傳遞，很容易被訪問(wèn)和返回結(jié)果。WebService與平臺(tái)和操作系統(tǒng)無(wú)關(guān)，這就使異構(gòu)平臺(tái)上之間的集成變得很容易。

三、原因分析

由于該分布異構(gòu)集成平臺(tái)使用WebService技術(shù)，WebService完全基于XML（可擴(kuò)展標(biāo)記語(yǔ)言）、XSD（XMLSchema）等獨(dú)立于平臺(tái)、獨(dú)立于軟件供應(yīng)商的標(biāo)準(zhǔn)，是創(chuàng)建可互操作的、分布式應(yīng)用程序的新平臺(tái)，XML在傳輸過(guò)程中，會(huì)附帶很多數(shù)據(jù)的相關(guān)信息，并以標(biāo)簽的形式表現(xiàn)出來(lái)。在傳輸過(guò)程中，這些標(biāo)簽會(huì)占用一半以上甚至更多的數(shù)據(jù)傳輸量，例如，要傳輸一個(gè)表格信息。

StudentID

Name

Age

00901

Wang Qi

20

表1.將要進(jìn)行傳輸?shù)谋砀袷纠?/p>

表中的數(shù)據(jù)在傳輸過(guò)程中，有可能會(huì)生成下面的XML文件.

代碼1.對(duì)應(yīng)于表1數(shù)據(jù)所傳輸?shù)腦ML文件示例

…..

StudentID

Name

Age

………..

00901

WangQi

20

……..

如果上面的表格中還帶有格式的信息的話，那么相應(yīng)的XML就會(huì)更加復(fù)雜了。從上述XML中我們可以看出，除數(shù)據(jù)之外，XML會(huì)附加很多標(biāo)簽信息，這就使得傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量增大，當(dāng)所需要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)比較多的時(shí)候，XML的標(biāo)簽就會(huì)帶來(lái)比較大的效率問(wèn)題。

四、解決方案

由于WebService在網(wǎng)絡(luò)中傳輸?shù)氖且訶ML為基礎(chǔ)的消息的請(qǐng)求和響應(yīng)。大量的數(shù)據(jù)傳輸會(huì)使網(wǎng)絡(luò)成為瓶頸，可以采用壓縮技術(shù)對(duì)消息進(jìn)行壓縮。

數(shù)據(jù)壓縮已經(jīng)發(fā)展了很多年，有很多成熟的技術(shù)，算法以及工具包。經(jīng)常用于對(duì)數(shù)據(jù)壓縮的API有Zip方式。對(duì)文件進(jìn)行壓縮的做法非常簡(jiǎn)單，就是在發(fā)送XML之前對(duì)XML進(jìn)行壓縮，經(jīng)過(guò)壓縮以后，再在XML接收端對(duì)已經(jīng)壓縮的文件進(jìn)行解壓縮。一般來(lái)講，系統(tǒng)請(qǐng)求XML的體積相對(duì)較小，沒(méi)有必要使用壓縮和解壓縮的方法處理請(qǐng)求XML。而對(duì)于系統(tǒng)響應(yīng)XML來(lái)講，一般都包含大量的數(shù)據(jù)，導(dǎo)致其體積龐大，需要進(jìn)行壓縮處理。對(duì)響應(yīng)XML進(jìn)行壓縮的流程如下：

圖2數(shù)據(jù)壓縮傳輸流程

該方法使用了成熟的壓縮和解壓縮技術(shù)，當(dāng)數(shù)據(jù)量比較大的時(shí)候，可以大大提高傳輸效率。對(duì)于純文本的XML，壓縮可以減少其80%以上的體積。壓縮和解壓縮雖然可以使得XML的體積大大減少，但是其過(guò)程卻是十分耗費(fèi)系統(tǒng)資源的。壓縮和解壓縮往往會(huì)具有很大的CPU占有率以及內(nèi)存占有率。適用于配置很高的客戶(hù)端或服務(wù)器端。

代碼2.Zip方式壓縮部分實(shí)現(xiàn)代碼示例

privatebyte[]Zip(stringstringToZip)

{………………

ZipOutputStreamzipOut=newZipOutputStream(ms);

ZipEntryZipEntry=newZipEntry("ZippedFile");

zipOut.PutNextEntry(ZipEntry);

zipOut.SetLevel(9);

zipOut.Write(inputByteArray，0，inputByteArray.Length);

zipOut.Finish();

…………………………..

}

在程序?qū)?duì)象模型序列化成XML之前，可以使用上面的壓縮方法，對(duì)數(shù)據(jù)流進(jìn)行壓縮。部分代碼如下：

代碼3.對(duì)象模型序列化后再進(jìn)行壓縮的實(shí)現(xiàn)代碼示例

publicMemoryStreamZipSoap(StreamstreamToZip)

{………………

XmlTextReaderreader=newXmlTextReader(streamToZip);

XmlDocumentdom=newXmlDocument();

dom.Load(reader);

…………………

XmlNodenode=dom.SelectSingleNode("http://soap:Body"，nsmgr);

node=node.FirstChild.FirstChild;

while(node!=null)

{

if(node.InnerXml.Length>0)

{

byte[]outData=Zip(node.InnerXml);

node.InnerXml=Convert.ToBase64String(outData);

}

node=node.NextSibling;

}

……….

}

解壓縮的過(guò)程也類(lèi)似于上述代碼。測(cè)試表明，采用Zip壓縮可以減少60%以上的網(wǎng)絡(luò)所帶來(lái)的消耗。

2、對(duì)于特定的數(shù)據(jù)進(jìn)行特殊的處理

在企業(yè)日常的數(shù)據(jù)傳輸中，往往大量的數(shù)據(jù)具有很多共同的特點(diǎn)。數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)之間往往具有很多相同的地方。如在報(bào)表處理系統(tǒng)中，報(bào)表往往會(huì)含有很多的空數(shù)據(jù)，或者相同屬性和值域的數(shù)據(jù)，可以在代碼中對(duì)特殊情況進(jìn)行特殊的處理。我們同樣以傳輸一個(gè)表格作為例子，如下：

Software sold

Hardware sold

System sold

Others

120

-

-

-

-

-

90

-

-

110

-

-

表2.將要傳輸?shù)暮卸鄠€(gè)空值的表格示例

可以看到，上述表格具有很多的空值，那么在XML中完全可以把空值的部分統(tǒng)一處理，這樣就能大大減少網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)臄?shù)量，其對(duì)應(yīng)的部分XML如下：

……

(1，2)，(1，3)，(1，4)，(2，1)，(2，2)，(2，4)(3，1)，(3，3)，(3，4)

……

對(duì)于重復(fù)性的數(shù)據(jù)來(lái)說(shuō)，該方法可以幾十倍甚至上百倍的減少傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量，相對(duì)于第一種壓縮方式，由于只是對(duì)固定形式的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，所以不會(huì)占用很大的CPU以及內(nèi)存。由于數(shù)據(jù)的特點(diǎn)不容易把握，能夠處理的情況比較簡(jiǎn)單和單一。對(duì)于空值或者某些值重復(fù)較多的情況，可以采用本方法。

五、結(jié)論

本文在研究了汽車(chē)產(chǎn)業(yè)鏈分布異構(gòu)集成平臺(tái)的業(yè)務(wù)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，就數(shù)據(jù)傳輸與信息共享進(jìn)行了探討，提出了利用數(shù)據(jù)壓縮與解壓縮技術(shù)提高WebService數(shù)據(jù)傳輸效率，針對(duì)不同的數(shù)據(jù)特點(diǎn)提供了不同的解決方案，并且該解決方案在實(shí)踐中證明是可行的，實(shí)現(xiàn)起來(lái)簡(jiǎn)單方便，為企業(yè)更好利用WebService技術(shù)實(shí)現(xiàn)信息的傳遞與共享。

參考文獻(xiàn)1 王淑營(yíng)，范黎林.面向汽車(chē)產(chǎn)業(yè)鏈的企業(yè)業(yè)務(wù)集成平臺(tái)[J].華僑大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版).2006，27(4):434~436

2 韓敏，孫林夫.汽車(chē)產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)作ASP平臺(tái)的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用[J].微計(jì)算機(jī)信息(管控一體化).2007，23(7-3):166~167

壓縮技術(shù)論文范文第3篇

關(guān)鍵詞：核電站DCS Historian數(shù)據(jù)壓縮 模擬量數(shù)據(jù)壓縮 改進(jìn)旋轉(zhuǎn)門(mén)數(shù)據(jù)壓縮

中圖分類(lèi)號(hào)：TM862 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2013）03（b）-0029-02

1 研究背景

核電DCS控制系統(tǒng)中的歷史數(shù)據(jù)庫(kù)需要具備較高實(shí)時(shí)性、海量數(shù)據(jù)吞吐量的特點(diǎn)，因此在長(zhǎng)時(shí)間系統(tǒng)運(yùn)行的前提下，會(huì)產(chǎn)生巨大的歷史數(shù)據(jù)量，如果將這些數(shù)據(jù)直接存儲(chǔ)，不僅會(huì)浪費(fèi)很多的存儲(chǔ)空間，而且還會(huì)使得數(shù)據(jù)查詢(xún)、傳輸變得復(fù)雜而困難。因此，將數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)引入到DCS系統(tǒng)的歷史數(shù)據(jù)處理中，可以達(dá)到節(jié)省存儲(chǔ)空間、增加庫(kù)容量和提升系統(tǒng)運(yùn)行效率等優(yōu)勢(shì)。

2 數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)簡(jiǎn)介

歷史數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)壓縮是傳統(tǒng)數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)在DCS工控領(lǐng)域的特殊應(yīng)用，一般數(shù)據(jù)壓縮算法可以分為無(wú)損壓縮和有損壓縮兩種技術(shù)。

有損壓縮技術(shù)是根據(jù)特定的應(yīng)用領(lǐng)域而發(fā)展起來(lái)的，它的基本原理是在數(shù)據(jù)壓縮過(guò)程中損失一定的信息以獲得較高的壓縮比，并且壓縮過(guò)程不可逆，壓縮后的數(shù)據(jù)不能完全地恢復(fù)到原始狀態(tài)，因此需要保證損失的數(shù)據(jù)對(duì)于理解原始數(shù)據(jù)信息特點(diǎn)的影響不大。具體到工控行業(yè)使用較多的壓縮算法包括：Hale和Sellars共同提出的矩形波串法（Box Car）和后向斜率發(fā)（Back ward Slope），以及在工控領(lǐng)域應(yīng)用最為廣泛的OSIsoft公司提出的“旋轉(zhuǎn)門(mén)數(shù)據(jù)壓縮算法（Swing Door）”[1，2]。

無(wú)損壓縮技術(shù)是利用數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)冗余進(jìn)行壓縮，可完全回復(fù)原始數(shù)據(jù)而不引起任何失真，但壓縮率是受到數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)冗余度的理論限制，一般為2∶1～5∶1。這類(lèi)方法廣泛用于文本數(shù)據(jù)，程序和特殊應(yīng)用場(chǎng)合的圖像數(shù)據(jù)（如指紋圖像，醫(yī)學(xué)圖像等）的壓縮。無(wú)論是無(wú)損壓縮還是有損壓縮，都在工控領(lǐng)域的歷史數(shù)據(jù)處理中得到了應(yīng)用，例如美國(guó)的Instep公司開(kāi)發(fā)的實(shí)時(shí)歷史數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)eDNA就實(shí)現(xiàn)了以Huffman為基本的無(wú)損數(shù)據(jù)壓縮程序，它首先對(duì)數(shù)據(jù)集合進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，將數(shù)據(jù)添加到Huffman樹(shù)中進(jìn)行編碼，最后保存生成編碼，完成對(duì)數(shù)據(jù)群的壓縮；而OSIsoft公司的PI實(shí)時(shí)歷史數(shù)據(jù)庫(kù)產(chǎn)品采用了“旋轉(zhuǎn)門(mén)數(shù)據(jù)壓縮算法”以及獨(dú)到的二次過(guò)濾技術(shù)。

本論文所闡述的歷史數(shù)據(jù)（Historian）壓縮模塊，我們綜合了兩種壓縮算法的優(yōu)劣，設(shè)計(jì)了一套“二次數(shù)據(jù)壓縮”機(jī)制，統(tǒng)一無(wú)損壓縮和有損壓縮算法應(yīng)用，對(duì)歷史庫(kù)模擬量數(shù)據(jù)的壓縮。下面我們就具體來(lái)看些歷史數(shù)據(jù)（Historian）壓縮算法的設(shè)計(jì)。

3 歷史數(shù)據(jù)（Historian）壓縮模塊的設(shè)計(jì)

歷史數(shù)據(jù)（Historian）支持的數(shù)據(jù)類(lèi)型包括開(kāi)關(guān)量數(shù)據(jù)和模擬量數(shù)據(jù)。由于不同的數(shù)據(jù)類(lèi)型所表現(xiàn)的數(shù)據(jù)特點(diǎn)的不同，需要設(shè)計(jì)針對(duì)性的壓縮策略來(lái)滿(mǎn)足各種數(shù)據(jù)的壓縮要求。

3.1 開(kāi)關(guān)量數(shù)據(jù)壓縮

開(kāi)關(guān)量數(shù)據(jù)采用“變化壓縮算法”，算法基本的設(shè)計(jì)思路是：當(dāng)測(cè)點(diǎn)的數(shù)值發(fā)生變化時(shí)才會(huì)保存，否則丟棄當(dāng)前數(shù)據(jù)。這是因?yàn)殚_(kāi)關(guān)量測(cè)點(diǎn)的狀態(tài)一般由特定的0或1來(lái)表示，在DCS生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)，有很多開(kāi)關(guān)量測(cè)點(diǎn)的狀態(tài)在特定甚至是很長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)是不會(huì)發(fā)生變化的，所以“變化壓縮算法”非常適合對(duì)歷史庫(kù)開(kāi)關(guān)量數(shù)據(jù)的壓縮處理。

如圖1所示，設(shè)置某開(kāi)關(guān)量測(cè)點(diǎn)每1秒進(jìn)行一個(gè)數(shù)據(jù)值采集，以時(shí)刻點(diǎn)t為基準(zhǔn)的后8s里，其測(cè)點(diǎn)值分別為0、0、0、1、1、0、0、1。根據(jù)“變化壓縮算法”的計(jì)算，剔除其在2 s、3 s、5 s和7 s的數(shù)據(jù)，只保存1 s、4 s、6 s和8 s的數(shù)據(jù)值。而當(dāng)進(jìn)行數(shù)據(jù)還原時(shí)，空缺時(shí)刻的數(shù)據(jù)值取前一保存時(shí)刻的數(shù)據(jù)，例如，2 s和3 s的數(shù)值均等于1 s數(shù)值0。這樣即完整的保存了測(cè)點(diǎn)在時(shí)間軸上的數(shù)據(jù)特征，又起到了節(jié)省存儲(chǔ)空間的目的。

3.2 模擬量數(shù)據(jù)壓縮

在DCS系統(tǒng)中的模擬量測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)一般都會(huì)遵循一定的漸變規(guī)律，例如有的時(shí)間段會(huì)呈現(xiàn)較為一致的線性變化，有的時(shí)間段的數(shù)據(jù)特征為一條拋物線等。這些數(shù)據(jù)特征就給定了我們做歷史數(shù)據(jù)邏輯壓縮的前提。

在歷史數(shù)據(jù)（Historian）系統(tǒng)中，我們采用雙重的歷史數(shù)據(jù)壓縮機(jī)制，即“二次數(shù)據(jù)壓縮”，實(shí)現(xiàn)流行的“旋轉(zhuǎn)門(mén)”壓縮算法為第一層邏輯壓縮，實(shí)現(xiàn)無(wú)損的Huffman壓縮算法為第二層物理壓縮。首先來(lái)討論下傳統(tǒng)的“旋轉(zhuǎn)門(mén)”壓縮算法的內(nèi)容。

3.2.1 傳統(tǒng)的“旋轉(zhuǎn)門(mén)”壓縮算法

如圖2所示，基本的“旋轉(zhuǎn)門(mén)壓縮算法”是這樣描述的：在進(jìn)行數(shù)據(jù)壓縮時(shí)，算法將新的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)點(diǎn)和前一個(gè)被保留的數(shù)據(jù)點(diǎn)之間做一個(gè)平行四邊形的偏移覆蓋區(qū)，如果這一平行四邊形可以覆蓋保留數(shù)據(jù)點(diǎn)之后出現(xiàn)的所有數(shù)據(jù)點(diǎn)時(shí)，那么將不會(huì)保存新的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)點(diǎn)。反之如果有任何一個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)落在壓縮偏移覆蓋區(qū)外，則新數(shù)據(jù)點(diǎn)的前一個(gè)點(diǎn)將被保留，同時(shí)整個(gè)壓縮偏移覆蓋區(qū)將被重置，以新的被保留點(diǎn)作為新的起點(diǎn)，進(jìn)入下一輪的旋轉(zhuǎn)門(mén)判斷[3]。

傳統(tǒng)的“旋轉(zhuǎn)門(mén)”壓縮算法雖然可以較好的完成對(duì)實(shí)時(shí)歷史數(shù)據(jù)的壓縮，但是在算法的實(shí)現(xiàn)和執(zhí)行過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)一些問(wèn)題，主要體現(xiàn)在以下兩點(diǎn)。

（1）算法實(shí)現(xiàn)時(shí)需要一個(gè)臨時(shí)緩沖區(qū)來(lái)存儲(chǔ)待判定點(diǎn)集，但是在代碼實(shí)現(xiàn)時(shí)，這一緩沖區(qū)的大小缺失無(wú)法事先確定的。

（2）如果待判定點(diǎn)過(guò)多，緩沖區(qū)里的數(shù)據(jù)點(diǎn)數(shù)過(guò)大，那么在進(jìn)行覆蓋區(qū)判定時(shí)會(huì)耗去系統(tǒng)過(guò)多的業(yè)務(wù)執(zhí)行時(shí)間，造成系統(tǒng)運(yùn)行的瓶頸。

因此，在以上算法的基礎(chǔ)上，我們采用了改進(jìn)的“旋轉(zhuǎn)門(mén)”壓縮算法，即“斜率比較旋轉(zhuǎn)門(mén)”算法[4，5]。

3.2.2 改進(jìn)的“斜率比較旋轉(zhuǎn)門(mén)”壓縮算法

如圖3所示，當(dāng)新點(diǎn)a到來(lái)時(shí)，系統(tǒng)會(huì)比較a與原點(diǎn)o（即上已存儲(chǔ)的點(diǎn)）的時(shí)間差t_time，如果t_time不小于壓縮間隔上限nic_compinterval或者a點(diǎn)質(zhì)量戳與o點(diǎn)不同，則直接保存lastpoint點(diǎn)，進(jìn)入下一輪旋轉(zhuǎn)門(mén)算法運(yùn)算；否則以點(diǎn)a和o以及設(shè)定好的nic_comprate構(gòu)建平行四邊形Ω，計(jì)算最大斜率點(diǎn)maxkpoint和最小斜率點(diǎn)minkpoint是否均在Ω內(nèi)，計(jì)算結(jié)果有兩種。

（1）都落在了Ω內(nèi)部，則說(shuō)明a點(diǎn)通過(guò)了旋轉(zhuǎn)門(mén)，成為最新的lastpoint，最后再分別比較a點(diǎn)斜率與最大、最小斜率的關(guān)系，大于最大斜率值或者小于最小斜率值則替換掉相應(yīng)的斜率點(diǎn)和斜率值，進(jìn)入下一輪旋轉(zhuǎn)門(mén)算法運(yùn)算。

（2）如果有一個(gè)斜率點(diǎn)落在了Ω外部，則說(shuō)明a點(diǎn)沒(méi)有通過(guò)旋轉(zhuǎn)門(mén)，那么就保存此時(shí)的lastpoint，并將lastpoint點(diǎn)設(shè)定為下一輪旋轉(zhuǎn)門(mén)算法的o點(diǎn)，a點(diǎn)設(shè)定為最大和最小斜率點(diǎn)，進(jìn)入下一輪旋轉(zhuǎn)門(mén)算法運(yùn)算。

改進(jìn)的“旋轉(zhuǎn)門(mén)”算法的具體流程圖如圖4所示。

以上介紹的“旋轉(zhuǎn)門(mén)”壓縮算法是系統(tǒng)第一次對(duì)歷史數(shù)據(jù)的邏輯壓縮，當(dāng)經(jīng)過(guò)邏輯壓縮后的保留數(shù)據(jù)積累到一定的數(shù)量時(shí)，例如1k，再對(duì)其進(jìn)行第二次的物理壓縮。物理壓縮采用的是Huffman無(wú)損壓縮算法，它的基本原理是，構(gòu)建一個(gè)用于字符編碼的Huffman二叉樹(shù)，根據(jù)待壓縮數(shù)據(jù)二進(jìn)制子串出現(xiàn)的頻率對(duì)其進(jìn)行排列，出現(xiàn)頻率大的串使用較少的位表示，較小的串使用較多的編碼來(lái)表示，這樣既到達(dá)了數(shù)據(jù)壓縮的目的，又完整地保留了邏輯壓縮后的數(shù)據(jù)信息。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)無(wú)損壓縮算法和有損壓縮算法的對(duì)比分析研究，我們充分利用了兩種算法的優(yōu)點(diǎn)，設(shè)計(jì)了“二層壓縮”算法，同時(shí)將“二次壓縮”算法應(yīng)用于歷史數(shù)據(jù)（Historian）壓縮模塊的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)中，形成了一種較為先進(jìn)的技術(shù)實(shí)現(xiàn)手段，在工程應(yīng)用中取得了良好的效果。

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壓縮技術(shù)論文范文第4篇

[關(guān)鍵詞]圖像壓縮；圖像編碼；壓縮標(biāo)準(zhǔn)

中圖分類(lèi)號(hào)：Tp311 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-914X（2014）45-0358-01

0 引言

當(dāng)今社會(huì)正處于高速發(fā)展的信息時(shí)代，而信息本身就需要進(jìn)行存儲(chǔ)、圖像信息是人類(lèi)認(rèn)識(shí)世界和感知世界的重要源泉。圖像具有確切性、直觀性、高效性、時(shí)空性等特征，圖像信息的這些特性導(dǎo)致它的數(shù)據(jù)量特別龐大。圖像壓縮就是對(duì)數(shù)值矩陣進(jìn)行處理，用相對(duì)少的數(shù)據(jù)來(lái)表示這個(gè)數(shù)值矩陣。這個(gè)過(guò)程要在圖像數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、處理和傳輸之前進(jìn)行，在這之后要對(duì)壓縮過(guò)的圖像進(jìn)行解壓縮來(lái)重建圖像，這就是圖像壓縮和解壓縮，也稱(chēng)圖像編碼和圖像解碼。

1 圖像壓縮的原理

從信息論的觀點(diǎn)來(lái)看，圖像作為一個(gè)信源，描述信源的數(shù)據(jù)是信息量和信息冗余量之和。所以在圖像數(shù)據(jù)的表示中存在著大量的冗余，如時(shí)間冗余、空間冗余、知識(shí)冗余、視覺(jué)冗余等，可以利用圖像本身的一些特點(diǎn)和人眼的視覺(jué)特性，去除這些冗余數(shù)據(jù)就可以使原始圖像數(shù)據(jù)量極大的減少，從而解決圖像數(shù)據(jù)量龐大的問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)圖像數(shù)據(jù)壓縮。

2 經(jīng)典圖像編碼

2.1 變換編碼

很多圖像編碼的原理是通過(guò)消除圖像的冗余度來(lái)達(dá)到壓縮的目的，而變換編碼則是改變了冗余度的表達(dá)方法，將原始數(shù)據(jù)用另一種更加緊湊的方法表示，有時(shí)可以實(shí)現(xiàn)更高的數(shù)據(jù)壓縮。離散余弦變換（DCT）即是一種分形變換編碼。DTC的出色之處是能將大部分圖像分成像塊，使像塊的能量集中到少數(shù)低頻DTC系數(shù)上，這樣一來(lái)DCT可以將圖像的能量很大程度的集中在一起，為壓縮打下了基礎(chǔ)。

2.2 嫡編碼

嫡編碼的原理是根據(jù)消息或消息序列出現(xiàn)概率的分布特性來(lái)尋找概率和碼字長(zhǎng)度間的最優(yōu)匹配。游程編碼、霍夫曼編碼和算術(shù)編碼等都是目前使用較多的嫡編碼。

3 現(xiàn)代圖像編碼

現(xiàn)代圖像編碼和經(jīng)典圖像編碼的區(qū)別之處在于它不是像經(jīng)典圖像編碼那樣盡量去除圖像的相關(guān)性，而是利用圖像的相關(guān)性進(jìn)行編碼。

3.1 分形編碼

分形編碼是一種直接在空間域?qū)ふ也⒆畲笙薅鹊乩脠D像的自相似性的編碼方法。

3.2 模型基圖像編碼

模型基圖像編碼主要是利用圖像的區(qū)域、輪廓等二維特征以及形狀、運(yùn)動(dòng)軌跡等三維特征進(jìn)行建模，然后對(duì)圖像和模型進(jìn)行分析得出模型的各種參數(shù)，再對(duì)參數(shù)進(jìn)行編碼傳輸，解碼端則由圖像綜合恢復(fù)出圖像。這種編碼方式可以實(shí)現(xiàn)較高的壓縮比，圖像的恢復(fù)質(zhì)量也有了大大的提高。

3.3 小波變換技術(shù)

小波變換理論是新的數(shù)學(xué)分支，其基本思想是將原始圖像通過(guò)一族小波函數(shù)轉(zhuǎn)換為小波域的系數(shù)，再通過(guò)略去某一閾值下的系數(shù)，保留部分原始能量保留較多的系數(shù)來(lái)壓縮圖像。在小波變換中，圖像被分解為不同空間、不同頻率的子圖像，一幅圖像每經(jīng)過(guò)一次小波變換，圖像就被分解為四幅大小為原來(lái)的四分之一的小塊頻帶區(qū)域，再將這四幅子圖針對(duì)人的視覺(jué)特點(diǎn)分別進(jìn)行不同的編碼處理，可以得到比較高的壓縮比和好的壓縮質(zhì)量。

4 圖像壓縮的分類(lèi)

圖像壓縮一般根據(jù)圖像數(shù)據(jù)是否有丟失分為有損壓縮和無(wú)損壓縮兩類(lèi)，無(wú)損壓縮是理想的壓縮方法（無(wú)信息丟失），也稱(chēng)可逆壓縮。有損壓縮也稱(chēng)不可逆壓縮，經(jīng)過(guò)有損壓縮后，重建圖像中像素的值和原始圖像中對(duì)應(yīng)的像素的值不完全相等，圖像會(huì)發(fā)生畸變。

圖像無(wú)損壓縮編碼方法可分為兩大類(lèi)：基于統(tǒng)計(jì)概率的算法和基于字典技術(shù)的算法?；诮y(tǒng)計(jì)概率的算法是根據(jù)信息論中的變長(zhǎng)編碼定理和信息嫡的相關(guān)知識(shí)，用較短的代碼代表出現(xiàn)概率大的符號(hào)，用較長(zhǎng)代碼代表出現(xiàn)概率小的符號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)壓縮。而基于字典技術(shù)生成的文件包含的是定長(zhǎng)編碼，每個(gè)碼代表原文件中的一個(gè)特定序列。

和無(wú)損壓縮不同的是，有損壓縮編碼在圖像進(jìn)行解碼還原之后的準(zhǔn)確度上要求沒(méi)有那個(gè)高，因此會(huì)產(chǎn)生一定程度上的失真，但這種編碼方式可以提高圖像的壓縮能力。一般情況下，這種失真人眼看起來(lái)可能會(huì)比較明顯，也可能不明顯，不管是哪種，只要在人眼的容忍范圍之內(nèi)，就說(shuō)明這種壓縮時(shí)可行的。

5 圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn)

隨著圖像處理技術(shù)的發(fā)展，研究人員提出了多種圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn)。常用的圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn)分為靜止圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn)和視頻圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn)。

目前最常用的靜止圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn)是JPEG圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn)。JPEG標(biāo)準(zhǔn)定義基于DCT得有損基本編碼系統(tǒng)、面向大規(guī)模壓縮得擴(kuò)展的編碼系統(tǒng)和面向可逆壓縮的無(wú)損獨(dú)立編碼系統(tǒng)。JPEG具有有失真和無(wú)失真兩種編碼解碼的處理方式，其中無(wú)失真得到的解碼后圖像和原圖像數(shù)據(jù)基本相同，但壓縮率較低，而有失真可以實(shí)現(xiàn)高的壓縮比，但同時(shí)可能會(huì)導(dǎo)致圖像的失真較明顯。壓縮比的高低可以在算法中改變壓縮參數(shù)來(lái)調(diào)整。JPEG標(biāo)準(zhǔn)的計(jì)算量不算很大，算法也易于實(shí)現(xiàn)，所以具有較好的實(shí)用性能。

隨著多媒體技術(shù)的快速發(fā)展和廣泛應(yīng)用，為滿(mǎn)足用戶(hù)對(duì)更高壓縮效率和對(duì)壓縮圖像的互動(dòng)性和可伸縮性的要求，JPEG2000應(yīng)運(yùn)而生的。

JPEG2000標(biāo)準(zhǔn)可以實(shí)現(xiàn)很高的壓縮性能，它還具有只對(duì)感興趣區(qū)域編碼、可進(jìn)行有損壓縮和無(wú)損壓縮、對(duì)錯(cuò)誤的魯棒性、對(duì)碼流做隨機(jī)訪問(wèn)等特性。靈活使用這些特征，不僅可以達(dá)到很高的壓縮比，還可以滿(mǎn)足在移動(dòng)和網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下交互操作和可伸縮性的要求。JPEG2000的需求針對(duì)性以及技術(shù)先進(jìn)性保證了它光明的應(yīng)用前景。

6 圖像壓縮性能的評(píng)價(jià)

一個(gè)圖像壓縮方法性能的評(píng)價(jià)主要從兩個(gè)方面來(lái)衡量：壓縮比和圖像質(zhì)量評(píng)價(jià)。壓縮比就是原始圖像文件大小與壓縮后生成文件大小的比值，比值越大，說(shuō)明壓縮率越高。圖像質(zhì)量評(píng)價(jià)一般是通過(guò)保真度準(zhǔn)則來(lái)判斷。保真度準(zhǔn)則有兩種：客觀保真度準(zhǔn)則和主觀保真度準(zhǔn)則。

6.1 客觀保真度準(zhǔn)則

客觀保真度準(zhǔn)則是對(duì)解碼圖像和原始圖像的誤差進(jìn)行定量計(jì)算的一種衡量標(biāo)準(zhǔn)，一般是對(duì)整個(gè)圖像或者圖像中的某個(gè)指定區(qū)域進(jìn)行某種平均計(jì)算得到均方誤差。

6.2 主觀保真度準(zhǔn)則

圖像經(jīng)壓縮編碼和解碼還原之后，圖像質(zhì)量的好壞還有一個(gè)直接的評(píng)價(jià)者就是人眼，因此人的主觀印象也是衡量一個(gè)圖像壓縮編碼的重要因素。主觀保真度準(zhǔn)則的實(shí)施過(guò)程是選定若干評(píng)價(jià)者對(duì)待評(píng)圖像打分，對(duì)這些分?jǐn)?shù)求個(gè)平均值可以得到主觀評(píng)價(jià)分。但因?yàn)閭€(gè)體評(píng)價(jià)會(huì)受到個(gè)人喜好、光線、距離等因素的影響，很難對(duì)其制定一個(gè)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，所以圖像的主觀質(zhì)量評(píng)價(jià)方法受到了一定的限制。

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注：基金項(xiàng)目：2012年民族學(xué)院校內(nèi)項(xiàng)目“基于哈希表的數(shù)據(jù)壓縮算法研究”，項(xiàng)目編號(hào)：12myZ05

作者簡(jiǎn)介

壓縮技術(shù)論文范文第5篇

Abstract： This paper carried out in-depth research and analysis of three kinds of transmiting signals of linear frequency modulation， nonlinear frequency modulation and phase encoding in pulse compression processing firstly， and then made comparative analysis on strengths and weaknesses of each signal. Finally， completed the chirp signal pulse compression processing matlab simulation， and carried out analysis and calculation to processing gain and sidelobes rejection ratio of different echo signal treated after pulse compression， providing the guidance for future work.

關(guān)鍵詞： 線性調(diào)頻；非線性調(diào)頻；相位編碼；脈沖壓縮；matlab仿真

Key words： linear FM；nonlinear FM；phase encoding；pulse compression；matlab simulation

中圖分類(lèi)號(hào)：TN957 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-4311（2013）01-0188-03

0 引言

脈沖壓縮理論始于二戰(zhàn)初期，隨著脈沖壓縮技術(shù)的發(fā)展以及元器件性能的進(jìn)一步提高，目前，脈沖壓縮技術(shù)已經(jīng)比較成熟，并在現(xiàn)代雷達(dá)中得到了廣泛的應(yīng)用[1]?，F(xiàn)在較常用的信號(hào)形式是線性調(diào)頻和相位編碼信號(hào)，隨著技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展非線性調(diào)頻信號(hào)在脈沖壓縮處理領(lǐng)域也發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用。

1 脈沖壓縮處理技術(shù)

脈沖壓縮處理就是通過(guò)信號(hào)處理技術(shù)來(lái)獲得相應(yīng)的脈壓輸出信號(hào)，這樣就能在不提高雷達(dá)發(fā)射功率的條件下，得到較高的輸出信號(hào)信噪比。按其實(shí)現(xiàn)方法可分為時(shí)域脈壓和頻域脈壓處理法。

時(shí)域脈壓處理系統(tǒng)其本質(zhì)就是采用FIR濾波器來(lái)實(shí)現(xiàn)，時(shí)域處理是直接對(duì)雷達(dá)回波信號(hào)進(jìn)行卷積運(yùn)算處理，用公式表示為[2]：

y（n）=x（n）？塥h（n）=■x（k）h（n-k）（1）

式中，x（n）為模擬回波信號(hào)經(jīng)過(guò)A/D采樣后得到的離散信號(hào)，N為采樣點(diǎn)數(shù)；h（n）為匹配濾波器的沖激響應(yīng)；y（n）為脈壓輸出信號(hào)。時(shí)域脈壓實(shí)現(xiàn)的原理圖如圖1所示。

時(shí)域脈壓對(duì)小的時(shí)寬信號(hào)能充分體現(xiàn)其優(yōu)越性，但隨著脈沖寬度的增加，信號(hào)處理部分的運(yùn)算量變得很大。因此，對(duì)大時(shí)寬信號(hào)的處理需要用頻域脈沖壓縮處理方法去完成。

頻域脈沖壓縮處理首先對(duì)接收到的經(jīng)過(guò)采樣得到的數(shù)字信號(hào)s（n）做FFT變換，獲得其頻譜函數(shù)S（ω），并對(duì)匹配濾波器的沖擊響應(yīng)h（n）做FFT變換，從而得到其頻譜函數(shù)H（ω），將S（ω）與匹配濾波器函數(shù)H（ω）相乘，然后再做IFFT變換，最后得到脈壓輸出信號(hào)y（n），其表達(dá)式為：

y（n）=IFFT[S（ω）·H（ω）]=IFFT[FFT（s（n））·FFT（h（n））]（2）

頻域處理法原理圖如圖2所示，它在完成大時(shí)寬信號(hào)處理時(shí)其設(shè)備量并不會(huì)增加很大。這是由于采用了高效快速傅立葉變換（FFT）器件，當(dāng)采用FFT算法時(shí)，能夠使N點(diǎn)DFT的乘法的計(jì)算量由N2次降為（N/2）log2N次[3]。因此，對(duì)于大時(shí)寬脈壓信號(hào)的處理，采用頻域脈壓處理有其更大的優(yōu)越性。隨著DSP和FPGA技術(shù)的快速發(fā)展及其在快速傅立葉中的廣泛應(yīng)用，采用頻域脈沖壓縮處理的運(yùn)算能力將更強(qiáng)，處理速度更快以及實(shí)時(shí)性將更高。

2 脈沖壓縮信號(hào)形式

當(dāng)前，在工程中常用的脈沖壓縮信號(hào)有線性調(diào)頻信號(hào)和相位編碼信號(hào)，非線性調(diào)頻信號(hào)在工程上應(yīng)用較少。下面分別對(duì)這三種信號(hào)進(jìn)行分析。

2.1 線性調(diào)頻信號(hào) 線性調(diào)頻信號(hào)作為雷達(dá)一種常用的發(fā)射波形，當(dāng)具有大的時(shí)寬帶寬積時(shí)，脈沖壓縮系數(shù)D=BT，線性調(diào)頻信號(hào)的時(shí)寬T越大，則雷達(dá)發(fā)射的總能量越大，在干擾環(huán)境下，雷達(dá)的作用距離就越遠(yuǎn)。同時(shí)，線性調(diào)頻信號(hào)的頻寬B越大，則壓縮后的脈沖寬度越窄，雷達(dá)距離分辨力也越高。因此，選擇線性調(diào)頻信號(hào)作為一種雷達(dá)發(fā)射波形在脈壓系數(shù)一定的條件下，應(yīng)該在雷達(dá)作用距離和分辨率之間進(jìn)行折衷選擇，從而滿(mǎn)足設(shè)計(jì)的需求。

線性調(diào)頻信號(hào)矩形脈沖信號(hào)的復(fù)數(shù)表達(dá)式為[4]：

s（t）=■rect（■）exp[j2π（f■t+kt■/2）（3）

式中，T為脈沖寬度，當(dāng)-■？燮t？燮■時(shí)，rect（t）=1，當(dāng)t為其它值時(shí)，rect（t）=0。f0為載波頻率，k為調(diào)頻斜率。因此，調(diào)制信號(hào)f（t）的瞬時(shí)頻率可以表示為：

f（t）=■■[2π（f0t+kt2/2）]=f0+kt（4）

當(dāng)線性調(diào)頻信號(hào)的時(shí)寬帶寬積較小時(shí)，就會(huì)導(dǎo)致其帶內(nèi)的菲涅爾紋波較大，即使通過(guò)加權(quán)去平滑其矩形譜的邊緣部分，也不能使帶內(nèi)的紋波得到抑制。基于以上的原因，小時(shí)寬帶寬積信號(hào)加權(quán)結(jié)果與理論值相比有較大差距。所以，在今后設(shè)計(jì)中可以通過(guò)譜修正技術(shù)來(lái)抑制帶內(nèi)紋波。

2.2 相位編碼信號(hào) 相位編碼信號(hào)就是把寬脈沖分成多個(gè)等寬度的窄脈沖，它和線性調(diào)頻信號(hào)最大的區(qū)別是線性調(diào)頻信號(hào)是“連續(xù)型”信號(hào)，而相位編碼信號(hào)屬于“離散型”信號(hào)[5]。同時(shí)，相位編碼信號(hào)對(duì)載波信號(hào)進(jìn)行調(diào)制。

當(dāng)前廣泛應(yīng)用的是二進(jìn)制編碼，即二項(xiàng)碼（2PSK），它由“0”和“1”或“+1”和“-1”組成，發(fā)射信號(hào)的相位在0°和180°之間交替變化，其變化的規(guī)律由各脈沖是“1”還是“0”來(lái)決定。二項(xiàng)碼的表達(dá)式為：

S2PSK（t）=Acos（ω0t+φ）（5）

式（5）中，φ是0°或180°由數(shù)字信息是“1”或“0”決定。

對(duì)于小時(shí)寬帶寬積信號(hào)，相位編碼信號(hào)旁瓣抑制比很高，脈沖壓縮處理效果較好，同時(shí)，信號(hào)波形變化靈活，能夠很好的實(shí)現(xiàn)雷達(dá)的低截獲性能，其不足之處是對(duì)多普勒很敏感，對(duì)于回波信號(hào)存在多普勒頻移時(shí)，信號(hào)的脈沖壓縮性能影響很大，因此，相位編碼信號(hào)多用于多普勒頻率范圍變化較小的領(lǐng)域。

2.3 非線性調(diào)頻信號(hào) 非線性調(diào)頻信號(hào)是利用加權(quán)窗函數(shù)通過(guò)反設(shè)計(jì)得到的，因而它的譜本身就具有加權(quán)窗的頻譜特性。其最大的優(yōu)點(diǎn)是不需要加權(quán)，匹配濾波器輸出就能得到很高的旁瓣抑制比，這樣就能避免失配引起信噪比的損失。非線性調(diào)頻信號(hào)的缺點(diǎn)就是對(duì)多普勒頻移很敏感，但對(duì)于海上的低速目標(biāo)非線性調(diào)頻信號(hào)可以作為一種重要的雷達(dá)發(fā)射信號(hào)。

設(shè)非線性調(diào)頻信號(hào)s（t）=a（t）exp[jθ（t）]的頻譜及匹配濾波器傳輸函數(shù)分別為S（ω）和S*（ω），那么脈壓輸出信號(hào)y（t）的頻譜為[6]：

F[y（t）]=■y（t）exp（-jωt）dt=S（ω）S*（ω）=S（ω）■（6）

在上式中，當(dāng)把窗函數(shù)作為脈壓輸出信號(hào)y（t）的頻譜時(shí)，就可以得到脈壓輸出信號(hào)，由此可以推出非線性調(diào)頻信號(hào)的調(diào)頻函數(shù)為：f（t）=T-1（f）（7）

式（7）中，T-1（f）為其群延遲函數(shù)T（f）的反函數(shù)，同時(shí)，群延遲函數(shù)T（f）和窗函數(shù)W（x）又存在如下關(guān)系為：

T（f）=m■W（x）dx（8）

式（8）中，m為常數(shù)。因此，我們可以由信號(hào)的功率譜S（f）■和選定的窗函數(shù)W（f）來(lái)設(shè)計(jì)非線性調(diào)頻信號(hào)。這樣得到的非線性調(diào)頻信號(hào)，不但能避免失配損失，同時(shí)，還能獲得很低的距離旁瓣。

3 線性調(diào)頻信號(hào)脈沖壓縮處理仿真分析

當(dāng)前非線性調(diào)頻和相位編碼脈沖壓縮處理已經(jīng)有了較深入的研究，線性調(diào)頻信號(hào)作為一種較常用的脈沖壓縮處理信號(hào)，本文主要通過(guò)對(duì)線性調(diào)頻信號(hào)脈沖壓縮處理進(jìn)行仿真分析。

通過(guò)對(duì)回波信號(hào)進(jìn)行數(shù)字下變頻以及脈沖壓縮處理后的結(jié)果進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)，這里時(shí)寬分別為T(mén)=5us，20us和80us，帶寬B=4MHz，信號(hào)中心頻率f0=35MHz。采樣頻率fs=80MHz。固定作用距離為12公里的點(diǎn)目標(biāo)進(jìn)行仿真。不同時(shí)寬回波信號(hào)脈沖壓縮處理結(jié)果的仿真圖如下圖3、圖4和圖5所示。

從雷達(dá)回波信號(hào)脈沖壓縮處理仿真圖可以看出，隨著時(shí)寬帶寬積和脈壓處理點(diǎn)數(shù)的增加，經(jīng)過(guò)處理后的回波信號(hào)的主瓣得到提高，通過(guò)對(duì)仿真圖的進(jìn)一步分析和計(jì)算，可以得出T=5us時(shí)的旁瓣抑制比為13.8297dB；T=20us時(shí)的旁瓣抑制比為13.4732dB；T=80us時(shí)的旁瓣抑制比為13.4056dB。因此，對(duì)于固定距離目標(biāo)點(diǎn)來(lái)說(shuō)，隨著時(shí)寬帶寬積的增加，回波信號(hào)的分辨率有所降低，這也是導(dǎo)致中遠(yuǎn)量程脈沖壓縮雷達(dá)雜波大的一個(gè)重要原因。

隨著發(fā)射信號(hào)時(shí)寬帶寬積的增大，其脈壓處理增益分別為：T=5us時(shí)的處理增益為13.0103dB；T=20us時(shí)的處理增益為19.0309dB；T=80us時(shí)的處理增益為25.0515dB。同時(shí)，處理增益還要考慮雷達(dá)的重復(fù)頻率、天線轉(zhuǎn)速和積累方式等因素。所以，對(duì)于處理增益的提高應(yīng)是以上多種因素的折中考慮。

4 總結(jié)

脈沖壓縮處理技術(shù)作為一種重要的雷達(dá)信號(hào)處理方法，已經(jīng)獲得了廣泛的應(yīng)用。本文通過(guò)對(duì)線性調(diào)頻、非線性調(diào)頻和相位編碼信號(hào)進(jìn)行詳細(xì)的分析，在總結(jié)其各自?xún)?yōu)缺點(diǎn)的基礎(chǔ)上，對(duì)常用的線性調(diào)頻信號(hào)進(jìn)行了仿真研究，并對(duì)三種不同時(shí)寬帶寬積信號(hào)進(jìn)行了深入的對(duì)比研究，得出了一些有價(jià)值的結(jié)論。下一步的工作就是將在實(shí)際工程中，對(duì)該方法不斷的優(yōu)化，從而獲得更好的效果。

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