【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及无线通信网络编码，尤其涉及一种抗电子干扰的网络化控制系统状态编码器及其编码方法。
技术介绍
1、无人机(uav)是一种依靠无线遥控设备实现自动化控制的飞行器，例如无人固定翼机、无人直升机、无人多旋翼飞行器、巡飞弹、无人飞艇、无人伞翼机；无人船(usv)是一种可以借助北斗卫星定位实现自动化控制的水面机器人，例如无人侦测船、水面无人艇；无人车(ugv)也是一种依靠人工智能、雷达、监控装置和北斗定位系统协同合作实现自动化驾驶的陆地上行驶车辆，例如无人战车、扫雷无人车、无人驾驶汽车。以上这些无人驾驶设备，都是典型的网络化控制系统。网络化控制系统通过无线通信网络实现传感器到控制器、控制器到执行器的数据通信，从而实现状态反馈控制，确保系统的稳定性。
2、电子干扰就是为了造成敌方的通信网络、电子设备等失去或下降工作能力所实施的电磁波干扰措施，是军事上电子对抗的重要组成部分，其目的就是削弱或破坏敌方通信网络系统干扰敌方战场侦察、作战指挥、通信联络和兵器控制与制导的能力，保护己方飞机、车辆、舰艇的生存能力。在战争环境中，敌方的电子干扰常常会给己方无线通信网络造成巨大的破坏作用，大量传输的数据丢失，严重时会造成通信中断。特别是对于无人驾驶设备，例如无人机、无人船、无人车，电子干扰会严重影响无线通信网络的数据传输，造成数据包传输时间延迟、数据包丢失、数据包传输乱序等一系列问题，使得无人驾驶设备无法实时获得相关控制数据，从而失去控制。
3、抗电子干扰技术就是为了降低或消除敌方电子干扰对己方通信网络、电子信息设备等工
4、在网络化控制系统中，传感器测量到的系统状态值通常是模拟量，需要进行量化、编码，转变成便于传输的数字信号，然后通过发射器发送到无线通信网络中，实现系统状态信息传输。然而，模拟量的量化会产生量化误差，量化误差会降低网络化控制系统的控制性能指标。同时，由于受到无线通信网络带宽限制，为了提高编码效率，编码也可能产生一定的信息损失，例如数据压缩编码，这也可能会对控制精度带来影响。另外，由于电子干扰对无线通信网络造成影响，传输的数据可能发生错误，针对网络化控制系统，也要设计相应的状态编码器，给出新的编码策略，降低或消除电子干扰的破坏作用，确保网络化控制系统的稳定性。
技术实现思路
1、本专利技术要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种抗电子干扰的网络化控制系统状态编码器及其编码方法，主要适用于一种网络化控制系统的状态编码，特别适合于实现在电子干扰环境下网络化控制系统的状态编码。
2、为解决上述技术问题，本专利技术所采取的技术方案是：
3、一方面，本专利技术提供一种抗电子干扰的网络化控制系统状态编码器，包括依次连接的工作模式控制模块、状态孪生模块、偏差信号模块、变级量化模块、状态压缩编码模块、状态加密编码模块、差错控制编码模块；
4、令h表示网络化控制系统的传感器数据采集周期，则第n个采样时刻t表示为：t＝n·h；
5、网络化控制系统通过传感器检测，得到被控对象状态测量值w(n)；网络化控制系统状态编码器通过状态孪生模块得到被控对象状态预测值p(n)，通过偏差信号模块得到被控对象状态偏差值z(n)，通过变级量化模块对被控对象状态偏差值z(n)进行量化，得到被控对象状态量化值q(n)，通过状态压缩编码模块对被控对象状态量化值q(n)进行压缩编码，通过状态加密编码模块进行加密编码，通过差错控制编码模块进行信道差错编码，最后得到编码符号c(n)，再将编码符号c(n)转换成便于传输的数字包，发送给发射器；
6、所述工作模式控制模块从网络监测器处获得无线通信网络运行状态，对无线通信网络运行状态进行评估，并基于评估结果来确定状态编码器工作模式d(n)；基于无线通信网络运行状态，状态编码器分为以下三种工作模式：
7、电子干扰工作模式，设d(n)＝1；
8、抗电子干扰工作模式，设d(n)＝2；
9、正常工作模式，设d(n)＝3；
10、工作模式控制模块将基于评估结果确定的工作模式d(n)发送给状态孪生模块和变级量化模块。
11、进一步地，所述状态孪生模块用于计算被控对象状态预测值p(n)，包括依次连接的状态缓存子模块、状态估计子模块、控制输入估计子模块、系统建模子模块和状态预测子模块；
12、状态缓存子模块从状态预测子模块获得被控对象状态预测值，缓存后得到p(n-1)，从工作模式控制模块获得状态编码器的工作模式，缓存后得到d(n-1)，从变级量化模块获得被控对象状态量化值，缓存后得到q(n-1)，并将缓存后的p(n-1)、d(n-1)和q(n-1)发送给状态估计子模块；
13、状态估计子模块用于计算第n-1个采样时刻的被控对象状态估计值g(n-1)，计算方法如下：
14、如果在电子干扰工作模式下，则g(n-1)＝p(n-1)；
15、如果在抗电子干扰工作模式下，则g(n-1)＝p(n-1)+q(n-1)n1，其中，n1表示在抗电子干扰工作模式下变级量化模块采用的量化步长；
16、如果在正常工作模式下，则g(n-1)＝p(n-1)+q(n-1)n2，其中，n2表示在正常工作模式下变级量化模块采用的量化步长，且n2＝gn1，g>1，g是比例系数，其值由网络化控制系统的具体结构来决定；状态估计子模块将计算得到的被控对象状态估计值g(n-1)发送给控制输入估计子模块和系统建模子模块；
17、控制输入估计子模块从状态估计子模块获得被控对象状态估计值g(n-1)，计算第n-1个采样时刻的控制器控制输入值u(n-1)：
18、u(n-1)＝f(g(n-1))
19、其中，f(·)表示g(n-1)与u(n-1)之间的函数关系，由网络化控制系统的具体控制算法来决定；控制输入估计子模块将计算得到的控制器控制输入值u(n-1)发送给系统建模子模块；
20、系统建模子模块从状态估计子模块获得被控对象状态估计值g(n-1)，从控制输入估计子模块获得控制器控制输入值u(n-1)，并建立网络化控制系统数学模型，如下所示：
21、y(n)＝s(y(n-1),u(n-1))
22、其中，y(n)表示被控对象状态值；s(·)表示y(n)是y(n-1)和u(n-1)的函数，具体表达式由网络化控制系统结构来决定；系统建模子模块将网络化控制系统数学模型和获得的被控对象状态估计值g(n-1)、控制器控制输入u(n-1)发送给状态预测子模块；
23、状态预测子模块从系统建模子本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种抗电子干扰的网络化控制系统状态编码器，其特征在于：包括依次连接的工作模式控制模块、状态孪生模块、偏差信号模块、变级量化模块、状态压缩编码模块、状态加密编码模块、差错控制编码模块；
2.根据权利要求1所述的抗电子干扰的网络化控制系统状态编码器，其特征在于：所述状态孪生模块用于计算被控对象状态预测值P(n)，包括依次连接的状态缓存子模块、状态估计子模块、控制输入估计子模块、系统建模子模块和状态预测子模块；
3.根据权利要求1所述的抗电子干扰的网络化控制系统状态编码器，其特征在于：所述偏差信号模块从传感器获得被控对象状态测量值W(n)，从状态孪生模块获得被控对象状态预测值P(n)，计算被控对象状态偏差值Z(n)；具体采用一种动态差分量化编码技术，将被控对象状态预测值P(n)与传感器测量值W(n)作差，生成被控对象状态偏差值Z(n)，偏差信号模块将获得的被控对象状态偏差值Z(n)发送给变级量化模块。
4.根据权利要求1所述的抗电子干扰的网络化控制系统状态编码器，其特征在于：所述变级量化模块从偏差信号模块获得被控对象状态偏差值Z(n)，从工作模式
5.根据权利要求1所述的抗电子干扰的网络化控制系统状态编码器，其特征在于：所述状态压缩编码模块从变级量化模块获得被控对象状态量化值Q(n)，采用哈夫曼编码方法，即变长编码，对被控对象状态量化值Q(n)进行压缩编码；被控对象状态量化值Q(n)的绝对值越小，其出现概率越大，对应的码字符号Cy(n)长度越短；相反，被控对象状态量化值Q(n)的绝对值越大，其出现概率越小，对应的码字符号长度越长；状态压缩编码模块将编码后获得的码字符号Cy(n)发送给状态加密编码模块。
6.根据权利要求1所述的抗电子干扰的网络化控制系统状态编码器，其特征在于：所述状态加密编码模块从状态压缩编码模块获得码字符号Cy(n)，进行加密编码；先将码字符号Cy(n)由二进制数转换成十进制数；再将十进制数进行换位加密；最后，将换位加密后的十进制数再变换为二进制数，得到加密编码后的码字符号Cj(n)；状态加密编码模块将获得的码字符号Cj(n)发送给差错控制编码模块。
7.根据权利要求1所述的抗电子干扰的网络化控制系统状态编码器，其特征在于：所述差错控制编码模块从状态加密编码模块获得码字符号Cj(n)，采用(5,2)系统线性码进行信道差错控制编码；差错控制编码模块将获得的编码符号C(n)发送给发射器。
8.一种抗电子干扰的网络化控制系统状态编码方法，其特征在于：采用权利要求1所述中抗电子干扰的网络化控制系统状态编码器实现，包括以下步骤：
9.根据权利要求8所述的抗电子干扰的网络化控制系统状态编码方法，其特征在于：所述步骤2的具体方法为：
10.根据权利要求9所述的抗电子干扰的网络化控制系统状态编码方法，其特征在于：所述步骤4计算被控对象状态量化值Q(n)的具体方法为：
...【技术特征摘要】
1.一种抗电子干扰的网络化控制系统状态编码器，其特征在于：包括依次连接的工作模式控制模块、状态孪生模块、偏差信号模块、变级量化模块、状态压缩编码模块、状态加密编码模块、差错控制编码模块；
2.根据权利要求1所述的抗电子干扰的网络化控制系统状态编码器，其特征在于：所述状态孪生模块用于计算被控对象状态预测值p(n)，包括依次连接的状态缓存子模块、状态估计子模块、控制输入估计子模块、系统建模子模块和状态预测子模块；
3.根据权利要求1所述的抗电子干扰的网络化控制系统状态编码器，其特征在于：所述偏差信号模块从传感器获得被控对象状态测量值w(n)，从状态孪生模块获得被控对象状态预测值p(n)，计算被控对象状态偏差值z(n)；具体采用一种动态差分量化编码技术，将被控对象状态预测值p(n)与传感器测量值w(n)作差，生成被控对象状态偏差值z(n)，偏差信号模块将获得的被控对象状态偏差值z(n)发送给变级量化模块。
4.根据权利要求1所述的抗电子干扰的网络化控制系统状态编码器，其特征在于：所述变级量化模块从偏差信号模块获得被控对象状态偏差值z(n)，从工作模式控制模块获得工作模式d(n)，动态调整量化级数和量化步长，对被控对象状态偏差值z(n)进行量化，得到被控对象状态量化值q(n)；变级量化模块将获得的被控对象状态量化值q(n)发送给状态压缩编码模块。
5.根据权利要求1所述的抗电子干扰的网络化控制系统状态编码器，其特征在于：所述状态压缩编码模块从变级量化模块获得被控对象状态量化值q(n)，采用哈夫曼编...
【专利技术属性】
技术研发人员：金芳，赵林，詹艳艳，马玉峰，刘庆泉，王宇，郑迪，赵晨名，姜振鹏，时荣华，
申请(专利权)人：沈阳理工大学，
类型：发明
国别省市：
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