[发明专利]一种基于π/4-QPSK扩频超声波通信的金属储油罐温度检测方法

权利要求书

1.一种基于π/4-QPSK扩频超声波通信的金属储油罐温度检测方法，其特征在于包括：

S1：采用测温电路获取到当前时刻下封闭金属储油罐内的温度数据，并将温度数据送到调制器中；

S2：调制器将测温电路获取到的温度数据进行调制处理，并将调制处理后的信号送到超声波换能器；

S3：超声波换能器将调制后的数据信号转换为超声波信号，采用封闭金属储油罐壁作为传输介质将该超声波信号传输至封闭金属罐外的第二超声波换能器；

S4：第二超声波换能器将接收到的超声波信号转换为便于处理的电信号，并将电信号传送至解调器；

S5：解调器对得到的电信号进行解调处理获得封闭金属储油罐内的温度数据并显示；

S6：基于封闭金属储油罐内的温度对该封闭金属储油罐内的温度进行调控，将该温度定义为温度调控数据并记录；

S7：将该温度调控数据传送至调制器中进行调制处理，并将调制后的信号发送到金属储油罐外的第二超声波换能器；

S8：金属储油罐外的第二超声波换能器将调制后的数据信号转换为超声波信号，以封闭金属储油罐壁作为传输介质，将该超声波信号传送至封闭金属罐内的超声波换能器；

S9：封闭金属罐内的超声波换能器将接收到的超声波信号转换为便于处理的电信号，并将电信号送到解调器；

S10：解调器对得到的电信号进行解调处理获得对封闭金属储油罐内温度的控制信息，将此控制信息传送至温度控制装置进行温度调整；

S5和S10中解调器对数据进行解扩、解调处理方法相同，具体采用如下方式：

解调器对得到的信号首先进行扩频码片同步处理，扩频码片同步处理过程为：将接收到的π/4-QPSK扩频信号依次时延半个码片时间，将依次时延后的各个信号分别与本地载波cos(ωt)以及PN序列相乘，将相乘之后得到的信号在一个码元时间范围内进行积分求和，过程如下：

式中T_c表示为一个PN序列码片的持续时间，i表示为第i次时延，i的取值范围为

对得到H(i)进行取绝对值然后比较大小，得到其中最大的一组数据H(i₀)，并记录其时延次数i＝i₀，其所对应的时延后的原数据为即为和本地载波与PN序列同步的时刻；

得到PN序列的同步时刻后，对信号进行解扩处理，解扩处理过程为：将信号进行解扩运算，分别与本地正交载波相乘后再与调制过程中所对应的PN序列分别相乘，之后对相乘后得到的结果分别在一个码元持续时间内进行积分，过程如下：

式中m为第m个码元，I(m)、Q(m)分别为两路信号解扩后输出取值；

解扩完成后，对得到的I(m)、Q(m)分别为两路信号进行解调处理，解调过程为：使用符号函数对I(m)、Q(m)进行符号提取，使I(m)、Q(m)输出值为+1或-1，以便后续解调计算，过程如下：

X(m)＝I(m)×I(m-1)+Q(m)×Q(m-1)

Y (m)＝I(m-1)×Q(m)-I(m)×Q(m-1)

当时，输出取值为‘1’；当时，输出取值为‘-1’；当时，输出取值为‘1’；当时，输出取值为‘-1’。

2.根据权利要求1所述的基于π/4-QPSK扩频超声波通信的金属储油罐温度检测方法，其特征在于：S2和S7中调制器对数据进行调制处理方法相同，具体采用如下方式：

将需要发送的数据进行串并转换，将原始的一组串行数据D(t)转换为两组并行数据I(t)、Q(t)，其中变为并行数据后，其每个码元持续时间是输入码元持续时间的二倍；

将两组并行数据进行差分编码，差分编码过程为：根据当前时刻输入数据的取值，匹配当前时刻输入数据对应的相位差，再根据前一时刻输出数据的取值得到前一位输出数据所对应的相位值，计算得出当前相位的取值大小，根据当前相位找到与之相对应的当前输出数据，过程如下表示：

X(t)＝X(t-T_s)×cos(Δθ_t)-Y(t-T_s)×sin(Δθ_t)

Y(t)＝X(t-T_s)×cos(Δθ_t)+Y(t-T_s)×sin(Δθ_t)

式中Δθ_t为输入信号I(t)、Q(t)的取值所对应的相位差，T_s为码元持续时间，X(t)、Y(t)为当前码元时刻输出差分信号，X(t-T_s)、Y(t-T_s)为前一码元时刻输出差分信号；

将差分编码后的两组并行数据进行π/4-QPSK扩频调制，调制过程为：首先将当前输入的两路差分信号X(t)、Y(t)分别使用不同的PN序列进行扩展频谱调制，载波产生器产生余弦函数，经过π/2的移相生成正交载波，分别与经过扩展频谱的两路扩频信号相乘，再叠加生成π/4-QPSK扩频调制信号完成调制，过程如下：

S(t)＝Re[(X(t)×PN₁(t)+jY(t)×PN₂(t))×e^jωt]。