【正文】 由于系統(tǒng)需要精確測量電壓和電流的相角值，濾波電路會對不同頻率的信號產(chǎn)生不同的相移。在本系統(tǒng)中，采集放大電路中沒有加入濾波結(jié)構(gòu)，將含有諧波干擾和白噪聲的工頻電壓電流信號直接輸入 MCU的 A/D模塊。 全電流的測量范圍較大，在 10μA到 10mA之間。為了使測量在全量程內(nèi)保持較高的精確度，在放 大 電路中加入了可自動調(diào)節(jié)放大倍數(shù)的結(jié)構(gòu)。 信號經(jīng)過保護結(jié)構(gòu)和自調(diào)整無相差放大電路輸入到 MCU內(nèi)部的 12位 A/D模塊進行下一步的計算。輸入 AD的信號最大峰峰值不大于 3V， 12位 AD具有的1/4096的分辨率，最小可分辨電壓為 3V/4096=，能滿足精確測量的需要。 5 創(chuàng)新點及應用 本文在說明和分析了傳統(tǒng) MOA阻性電流基波分量測量方法與設備在測量接線和測量安全性方面缺陷的基礎上，提出了基于 CNSS的阻性 電流基波分量測量系統(tǒng)。新系統(tǒng)將原有的單個測量設備改為 MOA便攜式檢測裝置和 CVT監(jiān)測裝置兩個獨立的設備，使用 CNSS作為設備間的同步時鐘。新系統(tǒng)具有以下特點： ⑴ 采用 CVT監(jiān)測裝置測量電壓信號，由于設備接線固定，測量時無需對 CVT二次側(cè)進行接線，消除了傳統(tǒng) MOA阻性電流基波分量測量過程中的一些安全隱患，使得測量安全化； ⑵ 使用 CNSS作為 MOA便攜式檢測裝置和 CVT監(jiān)測裝置同步采樣的開始信號，使用無線通訊方式在兩個設備之間傳輸數(shù)據(jù)，測量時只需接取 MOA阻性電流信號，簡化了接線； ⑶ CNSS作為時標信號具有極高的時間精度， PPS脈沖上升沿誤差在 100ns以下，使得系統(tǒng)有很高的同步測量精度 。 9 參考文獻 [1] Yunge Li, Wei Shi, Xiaomin Xiu. A posite exponential and linear MOA model for switching transient simulation[J]. 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信號，也就不能正常地對車輛進行定位。為了提高運鈔車監(jiān)控管理系統(tǒng)的綜合性能，我們設計了基于北斗導航系統(tǒng)的運鈔車監(jiān)管平臺。 2 設計方案 總體設計方案 本監(jiān)管系統(tǒng)由北斗衛(wèi)星，地面控制中心，北斗系統(tǒng)的指揮型用戶機（監(jiān)控中心）以及北斗系統(tǒng)的普通型用戶機（車載單元）構(gòu)成，可實現(xiàn)全天候，無通信盲區(qū)的車輛監(jiān)控與調(diào)度。 11 其總體結(jié)構(gòu)示意圖如圖 1。 圖 1 總體結(jié)構(gòu)示意圖 由圖，北斗衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)采用雙星定位體制 ,其基本定位原理為三球交會測量原理：地面控制中心通過兩顆衛(wèi)星向用戶廣播詢問信號（出站信號），并根據(jù)用戶響應的應答信號（入站信號）測量并計算出用戶到兩顆衛(wèi)星的距離；然后根據(jù)中心存儲的數(shù)字地圖或用戶自帶的測高儀測出的高程算出用戶到地心的距離，根據(jù)這三個距離就可以通過三球交會測量原理確定用戶的位置，并通過出站信號將定位結(jié)果告知用戶 [1]。 北斗系統(tǒng)將所有的用戶信息都匯集到地面控制中心，且系統(tǒng)中的各用戶可以通過地面中心間接地實現(xiàn)雙向通信功能。所以，該系統(tǒng)并不存在無線通信的困難，監(jiān)控中心發(fā)向車載單元的控制信息，以及地面 中心發(fā)向車載單元和監(jiān)控中心的定位信息都通過北斗衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)，由于北斗衛(wèi)星的信號覆蓋了整個中國大陸，所以這種通信是真正的無盲區(qū)通信。 車載單元設計方案 圖 2 是基于北斗導航系統(tǒng)運鈔車監(jiān)管系統(tǒng)的車載設備組成方框圖。當該設備工作時，普通型用戶機通過自帶的天線接收來自地面中心的定位信息，并將其經(jīng)過一系列的處理后送入微處理器，在微處理器中對數(shù)據(jù)按信號格式進行拆包，提取出定位、通信或定時信息，并將信息內(nèi)容送 GIS 地圖 顯示。當需要進行定位或是通信時，由微處理器按信號格式組成數(shù)據(jù)包輸入緩存并發(fā)出發(fā)送指令，發(fā)射執(zhí)行模塊按規(guī)定的時序開始發(fā)送。 12 圖 2 車載單元組成框圖 其中 ，車載單元里內(nèi)嵌的北斗普通用戶機是實現(xiàn)運鈔車定位的關(guān)鍵單元，它的組成可分為天線、高頻模塊、中頻數(shù)字信號處理模塊、數(shù)據(jù)處理終端軟硬件模塊以及電源模塊，其主要組成及信號流程如圖 3。 圖 3 基本型用戶機主要組成及其信號流程 由圖，天線接收到的信號經(jīng)低噪聲放大、濾波、變頻以后，由 A/D 變換器采樣，送入中頻信號處理器完成對信號的一系列處理。在完成接收信號的處理后，將接收數(shù)據(jù)送入 CPU，由 CPU 提取出定位、通信或是定時信息 [2]。 監(jiān)控中心設計方案 圖 4是監(jiān)控中心的構(gòu)成。由圖可見，監(jiān)控中心以北斗系統(tǒng)的指揮型用戶機為基礎。指揮型用戶機除了具有普通型用戶機所擁有的定位，位置報告以及雙向授時功能外，還能夠與所屬用戶一起接收地面中心發(fā)送給所屬用戶的定位信息，并完成播發(fā)指揮控制信息的功能，指揮、調(diào)度所屬用戶。此外，監(jiān)控中心還包括GIS 地圖模塊 ，數(shù)據(jù)存儲服務器，通信服務器，網(wǎng)絡設備以及大型顯示屏等。 13 監(jiān)控中心完成的主要功能是： 一、 在押運任務開始前制定押運路線并發(fā)送給運鈔車上的車載單元； 二、 在押運過程中接收來自地面中心的其所屬的普通型用戶機的定位信息，將該信息通過 GIS 電子地圖在顯示屏上顯示，實現(xiàn)對車輛的跟蹤； 三、 通過相關(guān)算法判斷運鈔車的位置是否偏離指定路線以及是否在某位置停留過久。如果監(jiān)控中心判斷運鈔車偏離了指定路線或者在非規(guī)定的位置停留過久，則通過北斗衛(wèi)星通信系統(tǒng)向運鈔車發(fā)出警告信息，同時通過內(nèi)部專用網(wǎng)絡向相關(guān)安全部門報警； 四、 通過相關(guān)的技術(shù)遙控控制運鈔車，使車輛斷油，斷電。 圖 4 監(jiān)控中心的構(gòu)成 3 理論設計計算 偏離路線算法 由于現(xiàn)鈔押運的特殊性，為保證安全，在每次押運之前監(jiān)控中心都會為這次押運制定唯一的一條押運路線。若在押運過程中運鈔車偏離了指定的押運路線，并且偏離距離超過了一定的閾值（閾值由所在的道路路況決定），監(jiān)控中心會向運鈔車報警，并采取相應的限制車輛行駛的措施。 這就要求監(jiān)控中心通過一個算法得出運行的車輛偏離指定路線的距離，而GIS 地圖中，路線一般是由若干直線段近似的表示，所以押運前監(jiān)控中心需要將組成指定路線若干線段在內(nèi)部保存，這里為一系列的點列表。 具體思路是：監(jiān)控中心在取得運鈔車的現(xiàn)行位置后，將其轉(zhuǎn)換到 GIS地圖中 ，然后分別計算轉(zhuǎn)換后的那一個點到組成指定路線的一系列的線段的距離，取其中的最小值，便可以得出偏離路線的距離。 點到直線的計算方法如下 [3]： //定義平面上點的坐標 struct POINT { double x。 //橫坐標 double y。 //縱坐標 } double GetPointToLineDistance(POINT pt1, POINT ptLineStart, POINT ptLineEnd,) { 14 //先計算以 pt1， ptLineStart， ptLineEnd 為頂點的三角形的各邊長 //pow 為 中計算浮點數(shù)平方的庫函數(shù) double lenA = sqrt(pow( ) + pow( ))。 double lenB = sqrt(pow( ) + pow( ))。 double lenC = sqrt(pow( ) + pow( ))。 //根據(jù)余弦定理，計算 AB 角的余弦值 double CosAB=(lenA*lenA+lenB*lenB 一 lenC*lenC)/2*lenA*lenB。 //根據(jù)余弦值得出角 AB 的正弦值 double SinAB=sqrt(1 CosAB*CosAB)。 //計算運鈔車偏離規(guī)定路線的距離 double distanceA = lenA*SinAB。 //返回結(jié)果 return distanceA。 異常停留算法 在偏離規(guī)定路線之外，運鈔車在某處停留時間 過久也視為異常情況，所以需要對這種異常進行判斷。每一次監(jiān)控中心從北斗衛(wèi)星接收到所轄用戶機的位置信息后，都將位置信息數(shù)據(jù)保存在監(jiān)控中心的數(shù)據(jù)存儲服務器中，并將其與前一次的位置信息作比較。設置一計數(shù)器用于保存運鈔車停留在某處的時間，如某次獲得的位置信息與前一次的值相同，計數(shù)器值自動加一，否則清零。當計數(shù)器值對應的時間大于預先設定的閾值，就表明運鈔車在該處停留時間過久。閾值根據(jù)路況，天氣等情況綜合決定。 4 工作原理及性能分析 工作原理 押運任務實施之前，監(jiān)控中心會為本次押運任務制定唯一的一條押運路線，并將這條路線保存在數(shù)據(jù)服務器中并通過北斗通信系統(tǒng)發(fā)送給運鈔車。運鈔車接收到這條路線后，將其顯示在 GIS 地圖上，實現(xiàn)導航功能。 押運任務實施過程中，車載單元每隔一定的時間向地面控制中心發(fā)送定位請求以獲取自身的位置信息。地面控制中心接收到請求后，通過向北斗衛(wèi)星發(fā)送信號，命令其反饋衛(wèi)星與車載單元的距離，地面控制中心根據(jù)返回的距離數(shù)據(jù)計算出運鈔車的位置信息，并再次發(fā)送給北斗衛(wèi)星，由北斗衛(wèi)星將此位置信息發(fā)送給車載單元。 運鈔車通過車載單元內(nèi)的北斗普通型 用戶機獲取自身的位置信息，并顯示在電子地圖上。由于監(jiān)控中心內(nèi)安裝的是北斗指揮型用戶機，它能獲取其下屬用戶機的位置信息，并顯示在電子地圖上，完成了對運鈔車的實時跟蹤。 同時，監(jiān)控中心在獲取了運鈔車的位置信息后，通過偏離路線算法以及異常停留算法判斷運鈔車的運行是否出現(xiàn)異常，并根據(jù)判斷的結(jié)果進行下一步的操作。如果監(jiān)控中心判斷出運鈔車已經(jīng)發(fā)生異常，則通過地面中心站向運鈔車發(fā)出報警信息，并可以通過相關(guān)的技術(shù)遙控控制運鈔車，使其斷電、斷油或是熄火。同樣，因為北斗系統(tǒng)擁有雙向通信功能，運鈔車在遇到緊急情況時，也可以主動向 監(jiān)控15 中心報警，監(jiān)控中心會命令車載單元執(zhí)行相應的應急及調(diào)度措施。 通過對北斗系統(tǒng)雙向通信功能的有效應用，監(jiān)控中心就可以實現(xiàn)對所轄運鈔車的有效管理與監(jiān)控。 性能分析 （ 1）系統(tǒng)定位精度為：平面位置精度 20m（設有標校機）；高程控制精度10m。 （ 2）其定位通信數(shù)據(jù)誤碼率小于 105。 （ 3）系統(tǒng)阻塞率小于 103。 （ 4）授時精度（相對于控制中心時間系統(tǒng)）：單向傳遞精度為 100ns；雙向為 20ns。 5 應用 本文 設計的運鈔車監(jiān)控系統(tǒng)利用我國自主研發(fā)的北斗定位系統(tǒng)來對運鈔車進行監(jiān)控及調(diào)度，北斗系統(tǒng)同時實現(xiàn)定位與通信的功能，降低了設計難度，節(jié)約了系統(tǒng)構(gòu)建成本，且彌補了傳統(tǒng)的通信手段存在通信盲區(qū)的不足，提高了系統(tǒng)的實時性與可靠性。除可對金融運鈔車實現(xiàn)跟蹤與監(jiān)控，電子地圖顯示以及路線導航等功能外，該系統(tǒng)設計還利用了偏離路線算法與異常停留算法來對運鈔車是否發(fā)生異常情況進行判斷，從而讓運鈔車的運輸安全變得更加可靠，可廣泛運用于金融銀行系統(tǒng)中。 參考文獻 [1] 劉建業(yè)，曾慶化，趙偉，熊智 ． 導航系統(tǒng)理論與應用． 西北工業(yè)大學出版社， 2022： 194224 [2] 邊少鋒，李文魁 ． 衛(wèi)星導航系統(tǒng)概論 ． 電子工業(yè)出版社， 2022： 147176 [3] 宋人杰 ． 基于 GIS 的移動目標定位與監(jiān)控系統(tǒng) ． 復旦大學， 2022 [4] 李躍，邱致和 ． 導航與定位 —— 信息化戰(zhàn)爭的北斗星（第二版）． 國防工業(yè)出版社， 2022： 471476 [5] 李德亮 ． 基于北斗的車輛運輸監(jiān)控調(diào)度系統(tǒng)的設計及實現(xiàn)． 北京