一种装配式海洋水文信息无线传输系统的制作方法

本发明涉及无线传输技术领域，具体地说，涉及一种装配式海洋水文信息无线传输系统。

背景技术：

传统的海洋水文信息传输模式虽完成了数字化与网络化，但复杂的布线、高昂的维护成本使的网络节点的分布范围受到了很大的限制，同时，抗干扰性差，速率低，影响数据的传输。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种装配式海洋水文信息无线传输系统，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供一种装配式海洋水文信息无线传输系统，包括数据发送单元和数据接收单元，所述数据发送单元和数据接收单元之间通过无线传输，所述数据发送单元包括数据采集单元、数据清洗单元、数据加密单元、数据增益单元和无线发送单元，所述数据接收单元包括无线接收单元和数据解密单元。

作为优选，所述数据采集单元的采集方法包括如下步骤：

s1.1、采集海洋水文信息前端各个传感器的模拟信号；

s1.2、对传感器的模拟信号进行信号变换，使之适应模/数转换器输入端对输入信号的要求；

s1.3、将变换后的连续信号转化为断续的采样信号，再将断续的采样信号转化为连续信号，采样信号转化的公式如下：

s1.4、将模拟量信号转换为数字量信号。

作为优选，所述数据清洗单元包括纠正错误模块、删除重复项模块、统一规格模块、数据压缩模块、数据补缺模块和数据丢弃模块。

其中，纠正错误模块用于纠正数据错误形式，纠正错误模块用于数据值错误的纠正、数据类型错误的纠正、数据编码错误的纠正、数据格式错误的纠正、数据异常错误的纠正、依赖冲突的纠正和多值错误的纠正。

其中，由于各种原因，数据中可能存在重复记录或重复字段，对于这些重复项目需要删除重复项模块进行处理，删除重复项模块用于删除数据中存在的重复记录或重复字段，对于重复项的判断，基本思想是“排序和合并”，先将数据库中的记录按一定规则排序，然后通过比较邻近记录是否相似来检测记录是否重复。

其中，由于数据源系统分散在各个业务线，不同业务线对于数据的要求、理解和规格不同，导致对于同一数据对象描述规格完全不同，因此在清洗过程中需要通过统一规格模块统一数据规格并将一致性的内容抽象出来。

其中，数据压缩模块用于保持原有数据集的完整性和准确性，不丢失有用信息的前提下，按照一定的算法和方式对数据进行重新组织，大规模的数据进行复杂的数据分析与数据计算通常需要耗费大量时间，所以在这之前需要进行数据的约减和压缩，减小数据规模，而且还可能面临交互式的数据挖掘，根据数据挖掘前后对比对数据进行信息反馈。这样在精简数据集上进行数据挖掘显然效率更高，并且挖掘出来的结果与使用原有数据集所获得结果基本相同。

其中，数据补缺模块用于对残缺数据的数据进行补充，数据补充包括补充缺失值和补充空值，缺失值指的是的数据原本是必须存在的，但实际上没有数据，空值指的是实际存在可能为空的情况。

其中，数据丢弃模块对于数据中的异常数据进行删除，丢弃数据的类型包含整条删除和变量删除，整条删除指的是删除含有缺失值的样本，变量删除，如果某一变量的无效值和缺失值很多，而且该变量对于所研究的问题不是特别重要，则可以考虑将该变量删除，这种做法减少了供分析用的变量数目，但没有改变样本量。

作为优选，所述数据加密单元的加密方法包括如下步骤：

s2.1、确定密钥的宽度；

s2.2、随机选择两个不同的素数p与q，它们的宽度是密钥宽度的1/2；

s2.3、计算出p和q的乘积n；

s2.4、在s2.2和φ(n)之间随机选择一个数e，e必须和φ(n)互素，整数e用做加密密钥，其中φ(n)＝(p-1)*(q-1)。

作为优选，所述数据增益单元包括抗干扰模块和增益模块，所述抗干扰模块的公式为：

式中，rx表示接受信号的协方差矩阵，rx＝e(xx″)；cx表示约束矩阵；g表示约束响应向量；

空权矢量求解采用拉格朗日方程求解：

所述增益模块采用扩频信号处理方法，采用信号接收机解扩输出信噪比与输入信噪比的比值，其公式如下：

考虑信道衰落因子影响，该因子为复高斯随机变量，则信号经过联合相干非相干检测后的输出信噪比为：

作为优选，所述无线发送单元和无线接收单元均采用nrf401无线收发芯片，所述nrf401无线收发芯片包括发射功率放大器、低噪声接收放大器、晶体振荡器，锁相环、压控振荡器和混频器。

在接收模式中，rf输入信号被低噪声放大器放大，经由混频器变换，这个被变换的信号在送入解调器之前被放大和滤波，经解调器解调，解调后的数字信号在dout端输出。在发射模式中，压控振荡器的输出信号是直接送入到功率放大器，din端输入的数字信号被频移键控后馈送到功率放大器输出。由于采用了晶体振荡器和pll合成技术，频率稳定性极好。

作为优选，所述数据解密单元的解密方法包括如下步骤：

s3.1、求出解密密钥d，其公式为：

ed＝1modφ(n)……(式4)；

s3.2、得公钥,私钥(d,n)；

s3.3、公开公钥，但不公开私钥；

s3.4、将明文p加密为密文c，计算公式为：

c＝pemodn……(式4-1)；

s3.5、将密文c解密为明文p，计算方法为：

p＝cdmodn……(式4-2)。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

1、该装配式海洋水文信息无线传输系统中，采用无线传输方式对海洋水文信息进行传输，减少网络节点范围的限制，同时，避免复杂的布线，降低维护成本。

2、该装配式海洋水文信息无线传输系统中，对传输的数据进行增益抗干扰处理，提升海洋水文信息传输的抗干扰性，提高速率。

附图说明

图1为本发明的整体结构模块图；

图2为本发明的数据接收单元模块图；

图3为本发明的数据接收单元模块图；

图4为本发明的信号变换工作原理图；

图5为本发明的数据采集单元的采集方法流程图；

图6为本发明的加密方法流程图；

图7为本发明的无线传输和无线接收工作原理图；

图8为本发明的解密方法流程图。

图中各个标号意义为：

1、数据发送单元；11、数据采集单元；12、数据清洗单元；13、数据加密单元；14、数据增益单元；15、无线发送单元；

2、数据接收单元；21、无线接收单元；22、数据储存单元。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-图8所示，本发明提供一种技术方案：

本发明提供一种装配式海洋水文信息无线传输系统，包括数据发送单元1和数据接收单元2，数据发送单元1和数据接收单元2之间通过无线传输，数据发送单元1包括数据采集单元11、数据清洗单元12、数据加密单元13、数据增益单元14和无线发送单元15，数据接收单元2包括无线接收单元21和数据解密单元22。

本实施例中，数据采集单元11的采集方法包括如下步骤：

s1.1、采集海洋水文信息前端各个传感器的模拟信号；

s1.2、对传感器的模拟信号进行信号变换，使之适应模/数转换器输入端对输入信号的要求；

s1.3、将变换后的连续信号转化为断续的采样信号，再将断续的采样信号转化为连续信号，采样信号转化的公式如下：

s1.4、将模拟量信号转换为数字量信号。

其中，对传感器的模拟信号进行信号变换包括信号切换、信号变换、信号放大、校准、线性化和补偿等静态处理，具体如图4所示，图中传感器信号由j-in端口接入,然后根据信号类型选择开关s1-s5,在j-out端口得到调理好的信号送到a/d转换模块，其中：dgnd、vdd表示传感器侧数字电源；agnd、v+5和v-5表示传感器侧模拟电源。

进一步的，在标准信号方式时的等效电路公式如下：

vo-＝0……(式1-3)。

式中，rx是max383的导通电阻,rw是aqw21x的导通电阻，当r7＝r8，rw＜r2。

具体的，采样信号转化为连续信号步骤采用零阶保持器对采样信号转变成两个连续采样时刻之间保持常量的信号，即在t∈[nt,(n+1)t]区间中，用零阶保持器的输出值一直保持为x(nt)。

值得说明的是，数据清洗单元12包括纠正错误模块、删除重复项模块、统一规格模块、数据压缩模块、数据补缺模块和数据丢弃模块。

其中，纠正错误模块用于纠正数据错误形式，纠正错误模块用于数据值错误的纠正、数据类型错误的纠正、数据编码错误的纠正、数据格式错误的纠正、数据异常错误的纠正、依赖冲突的纠正和多值错误的纠正。

其中，由于各种原因，数据中可能存在重复记录或重复字段列，对于这些重复项目行和列需要删除重复项模块进行处理，删除重复项模块用于删除数据中存在的重复记录或重复字段，对于重复项的判断，基本思想是“排序和合并”，先将数据库中的记录按一定规则排序，然后通过比较邻近记录是否相似来检测记录是否重复。

其中，由于数据源系统分散在各个业务线，不同业务线对于数据的要求、理解和规格不同，导致对于同一数据对象描述规格完全不同，因此在清洗过程中需要通过统一规格模块统一数据规格并将一致性的内容抽象出来。

其中，数据压缩模块用于保持原有数据集的完整性和准确性，不丢失有用信息的前提下，按照一定的算法和方式对数据进行重新组织，大规模的数据进行复杂的数据分析与数据计算通常需要耗费大量时间，所以在这之前需要进行数据的约减和压缩，减小数据规模，而且还可能面临交互式的数据挖掘，根据数据挖掘前后对比对数据进行信息反馈。这样在精简数据集上进行数据挖掘显然效率更高，并且挖掘出来的结果与使用原有数据集所获得结果基本相同。

其中，数据补缺模块用于对残缺数据的数据进行补充，数据补充包括补充缺失值和补充空值，缺失值指的是的数据原本是必须存在的，但实际上没有数据，空值指的是实际存在可能为空的情况。

其中，数据丢弃模块对于数据中的异常数据进行删除，丢弃数据的类型包含整条删除和变量删除，整条删除指的是删除含有缺失值的样本，变量删除，如果某一变量的无效值和缺失值很多，而且该变量对于所研究的问题不是特别重要，则可以考虑将该变量删除，这种做法减少了供分析用的变量数目，但没有改变样本量。

再进一步的，数据加密单元13的加密方法包括如下步骤：

s2.1、确定密钥的宽度；

s2.2、随机选择两个不同的素数p与q，它们的宽度是密钥宽度的1/2；

s2.3、计算出p和q的乘积n；

s2.4、在s2.2和φ(n)之间随机选择一个数e，e必须和φ(n)互素，整数e用做加密密钥，其中φ(n)＝(p-1)*(q-1)。

具体的，数据增益单元14包括抗干扰模块和增益模块，抗干扰模块的公式为：

式中，rx表示接受信号的协方差矩阵，rx＝e(xx″)；cx表示约束矩阵；g表示约束响应向量；

其中，空权矢量求解采用拉格朗日方程求解：

增益模块采用扩频信号处理方法，采用信号接收机解扩输出信噪比与输入信噪比的比值，其公式如下：

此外，考虑信道衰落因子影响，该因子为复高斯随机变量，则信号经过联合相干非相干检测后的输出信噪比为：

再进一步的，无线发送单元15和无线接收单元21均采用nrf401无线收发芯片，nrf401无线收发芯片包括发射功率放大器、低噪声接收放大器、晶体振荡器，锁相环、压控振荡器和混频器。

其中，在接收模式中，rf输入信号被低噪声放大器lna放大，经由混频器mixer变换，这个被变换的信号在送入解调器dem之前被放大和滤波，经解调器解调，解调后的数字信号在dout端输出。在发射模式中，压控振荡器vco的输出信号是直接送入到功率放大器pa，din端输入的数字信号被频移键控后馈送到功率放大器输出。由于采用了晶体振荡器和pll合成技术，频率稳定性极好。

具体的，数据解密单元22的解密方法包括如下步骤：

s3.1、求出解密密钥d，其公式为：

ed＝1modφ(n)……(式4)；

s3.2、得公钥e，n,私钥(d,n)；

s3.3、公开公钥，但不公开私钥；

s3.4、将明文p加密为密文c，计算公式为：

c＝pemodn……(式4-1)；

s3.5、将密文c解密为明文p，计算方法为：

p＝cdmodn……(式4-2)。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的仅为本发明的优选例，并不用来限制本发明，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。