一种环境电磁波能量采集系统技术方案

本发明专利技术属于能量采集技术领域，公开了一种环境电磁波能量采集系统，包括：电磁波频谱检测模块、电磁波能量采集模块、射频匹配模块、能量转换模块、电能存储模块、充电模块、照明模块、供电模块、数据线传输模块、电压提升模块、中央控制和处理模块。本发明专利技术通过设置电磁波频谱检测模块、电磁波能量转换模块、射频匹配模块、能量转换模块能够将充斥在空间环境里的电磁波转换电能为设备及其电路提供电能，可以解决自身设备的充电及照明问题，也解决了现有的能源如太阳能不稳定，不能持续的供能的问题，同时也合理的利用了环境中存在的电磁波，为电磁波更广泛的应用奠定了基础。磁波更广泛的应用奠定了基础。磁波更广泛的应用奠定了基础。

【技术实现步骤摘要】
一种环境电磁波能量采集系统


[0001]本专利技术属于能量采集
，尤其涉及一种环境电磁波能量采集系统。

技术介绍

[0002]目前：随着社会和科学技术的不断发展，目前在智能建筑中，每个建筑物都至少有上百个的传感器节点分布于建筑体中的各个部位，用于监测温度、亮度、人流量等参数，特别是疫情爆发后，智能检测设备也遍布在各种公共场合，这是普遍的趋势。通过布线为这些传感器节点提供电源是十分昂贵的。
[0003]目前常用的环境能源有太阳能、振动能、风能、温差热能等，但是在这些能源有的受到气候条件限制不能稳定的提供能量。而空间环境中广播电视塔、无线通讯设备等几乎全天候辐射电磁波，因此电磁波有较好的稳定性，可以利用电磁波来提供能源。
[0004]通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：
[0005](1)现有的能源如太阳能不稳定，不能持续的供能。
[0006](2)利用现有的技术为庞大的监测设备提供电源是十分昂贵的。

技术实现思路

[0007]针对现有技术存在的问题，本专利技术提供了一种环境电磁波能量采集系统。
[0008]本专利技术是这样实现的，一种环境电磁波能量采集系统，所述环境电磁波能量采集系统包括：
[0009]电磁波频谱检测模块，与中央控制和处理模块连接，用于检测空间环境中电磁波的分布情况；
[0010]电磁波能量采集模块，与中央控制和处理模块连接，用于利用天线对辐射场较强的波段进行能量的收集；
[0011]射频匹配模块，与中央控制和处理模块连接，利用频谱特性测试仪将采集到的能量中相适应的频谱能量进行转换；
[0012]能量转换模块，与中央控制和处理模块连接，用于将收集到的相适应电磁波能量转换为谐振电压能量；
[0013]电压提升模块，与中央控制和处理模块连接，用于将能量转换模块中得到的谐振电压进行提升用于为设备提供电能；
[0014]电能存储模块，与中央控制和处理模块连接，用于将转换来的多余的电能进行存储；
[0015]充电模块，与中央控制和处理模块连接，用于为能量采集器设备自身进行充电；
[0016]照明模块，与中央控制和处理模块连接，用于为能采集器设备自身进行照明；
[0017]供电模块，与中央控制和处理模块连接，用于将转换的能量为其他设备设施或者电路供电；
[0018]数据线传输模块，与中央控制和处理模块连接，利用数据线插口为其他电子设备
充电；
[0019]中央控制和处理模块，与电磁波频谱检测模块、电磁波能量采集模块、射频匹配模块、能量转换模块、电能存储模块、充电模块、照明模块、供电模块、数据线传输模块、电压提升模块连接，用于对各个模块的功能以及数据的传输进行控制和及时的处理；
[0020]所述中央控制和处理模块计算接收信号s(t)的广义二阶循环累积量通过计算接收信号s(t)的特征参数和利用最小均方误差分类器，并通过检测广义循环累积量幅度谱的谱峰个数识别出BPSK信号和MSK信号；计算接收信号s(t)的广义二阶循环累积量按如下公式进行：
[0021][0022]接收信号s(t)的特征参数M2的理论值具体计算公式为：
[0023][0024]经过计算可知，BPSK信号和MSK信号的均为1，QPSK、8PSK、16QAM和64QAM信号的均为0，由此可以用最小均方误差分类器将BPSK、MSK信号与QPSK、8PSK、16QAM、64QAM信号分开；对于BPSK信号而言，在广义循环累积量幅度谱上仅在载频位置存在一个明显谱峰，而MSK信号在两个频率处各有一个明显谱峰，由此可通过特征参数M2和检测广义循环累积量幅度谱的谱峰个数将BPSK信号与MSK信号识别出来；
[0025]检测广义循环累积量幅度谱的谱峰个数的具体方法如下：
[0026]首先搜索广义循环累积量幅度谱的最大值Max及其位置对应的循环频率α0，将其小邻域[α0‑
δ0,α0+δ0]内置零，其中δ0为一个正数，若|α0‑
f
c
|/f
c
＜σ0，其中δ0为一个接近0的正数，f
c
为信号的载波频率，则判断此信号类型为BPSK信号，否则继续搜索次大值Max1及其位置对应的循环频率α1；若|Max
‑
Max1|/Max＜σ0，并且|(α0+α1)/2
‑
f
c
|/f
c
＜σ0，则判断此信号类型为MSK信号；
[0027]计算接收信号s(t)的广义四阶循环累积量通过计算接收信号s(t)的特征参数和利用最小均方误差分类器，识别出QPSK信号、8PSK信号、16QAM信号和64QAM信号；计算接收信号s(t)的广义二阶循环累积量按如下公式进行：
[0028][0029]接收信号s(t)的特征参数M3的理论值具体计算过程如下：
[0030][0031]经过计算可知，QPSK信号的为1，8PSK信号的为0，16QAM信号的为0.5747，64QAM信号的为0.3580，由此通过最小均方误差分类器将QPSK、8PSK、16QAM和64QAM信号识别出来。
[0032]进一步，所述电磁波频谱检测模块检测空间环境中电磁波的分布情况包括：
[0033](1)天线接收空间电磁辐射信号，通过分路器分为两路宽带射频信号输出；将其中一路宽带射频信号进行信号放大、检波，得到表征信号强度的检波电压值；
[0034](2)对电压值进行A/D变换后通过检波电压值对电磁辐射信号强度进行判断，若小于规定阈值，则输出相应信息，结束检测；
[0035](3)若电磁辐射信号强度大于规定阈值，则输出某一规定频点的射频信号作为本振信号给混频器，由混频器对分路器输出的另一路宽带射频信号进行混频；
[0036](4)将混频后的混合中频信号进入滤波器滤波，得到表征宽带射频信号中某一子频段频谱的窄带中频信号；对窄带中频信号进行信号放大、检波，得到表征某一子频段频谱信号强度的检波电压值；
[0037](5)将电压值进行A/D变换后，利用微控器改变其输出频点，重复进行步骤(3)至步骤(5)，得到表征另一子频段频谱信号强度的数据，进行迭代检测，直至将整个需要测量的宽带频谱扫描完成；
[0038](6)对各子频段频谱信号强度进行记录，并输出整个待测频带内各子频段的信号强度分布信息。
[0039]进一步，所述将收集到的相适应电磁波能量转换为谐振电压能量包括：
[0040]接收电磁波信号，将接收的电磁波信号进行频谱转换和信号强度归一化处理；
[0041]将处理后的信号转换为输出电压，输出电压依次经过调谐回路和倍压整流电路得到较高的谐振电压。
[0042]进一步，所述得到较高的谐振电压包括：
[0043]1)通过分频器对输入的电磁波信号进行分频，并获取该输入信号的高频部分和低频部；
[0044]2)利用谐波生成器将低频本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种环境电磁波能量采集系统，其特征在于，所述环境电磁波能量采集系统包括：电磁波频谱检测模块，与中央控制和处理模块连接，用于检测空间环境中电磁波的分布情况；电磁波能量采集模块，与中央控制和处理模块连接，用于利用天线对辐射场较强的波段进行能量的收集；射频匹配模块，与中央控制和处理模块连接，利用频谱特性测试仪将采集到的能量中相适应的频谱能量进行转换；能量转换模块，与中央控制和处理模块连接，用于将收集到的相适应电磁波能量转换为谐振电压能量；电压提升模块，与中央控制和处理模块连接，用于将能量转换模块中得到的谐振电压进行提升用于为设备提供电能；电能存储模块，与中央控制和处理模块连接，用于将转换来的多余的电能进行存储；充电模块，与中央控制和处理模块连接，用于为能量采集器设备自身进行充电；照明模块，与中央控制和处理模块连接，用于为能采集器设备自身进行照明；供电模块，与中央控制和处理模块连接，用于将转换的能量为其他设备设施或者电路供电；数据线传输模块，与中央控制和处理模块连接，利用数据线插口为其他电子设备充电；中央控制和处理模块，与电磁波频谱检测模块、电磁波能量采集模块、射频匹配模块、能量转换模块、电能存储模块、充电模块、照明模块、供电模块、数据线传输模块、电压提升模块连接，用于对各个模块的功能以及数据的传输进行控制和及时的处理；所述中央控制和处理模块计算接收信号s(t)的广义二阶循环累积量通过计算接收信号s(t)的特征参数和利用最小均方误差分类器，并通过检测广义循环累积量幅度谱的谱峰个数识别出BPSK信号和MSK信号；计算接收信号s(t)的广义二阶循环累积量按如下公式进行：接收信号s(t)的特征参数M2的理论值具体计算公式为：经过计算可知，BPSK信号和MSK信号的均为1，QPSK、8PSK、16QAM和64QAM信号的均为0，由此可以用最小均方误差分类器将BPSK、MSK信号与QPSK、8PSK、16QAM、64QAM信号分开；对于BPSK信号而言，在广义循环累积量幅度谱上仅在载频位置存在一个明显谱峰，而MSK信号在两个频率处各有一个明显谱峰，由此可通过特征参数M2和检测广义循环累积量幅度谱的谱峰个数将BPSK信号与MSK信号识别出来；
检测广义循环累积量幅度谱的谱峰个数的具体方法如下：首先搜索广义循环累积量幅度谱的最大值Max及其位置对应的循环频率α0，将其小邻域[α0‑
δ0,α0+δ0]内置零，其中δ0为一个正数，若|α0‑
f
c
|/f
c
＜σ0，其中δ0为一个接近0的正数，f
c
为信号的载波频率，则判断此信号类型为BPSK信号，否则继续搜索次大值Max1及其位置对应的循环频率α1；若|Max
‑
Max1|/Max＜σ0，并且|(α0+α1)/2
‑
f
c
|/f
c
＜σ0，则判断此信号类型为MSK信号；计算接收信号s(t)的广义四阶循环累积量通过计算接收信号s(t)的特征参数和利用最小均方误差分类器，识别出QPSK信号、8PSK信号、16QAM信号和64QAM信号；计算接收信号s(t)的广义二阶循环累积量按如下公式进行：接收信号s(t)的特征参数M3的理论值具体计算过程如下：经过计算可知，QPSK信号的为1，8PSK...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘海鹏，刘彦，张向永，苏斌，关慧元，彭庭睿，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：