[发明专利]一种数控机床微信号监测系统

权利要求书

1.一种数控机床微信号监测系统，其特征在于，所述数控机床微信号监测系统包括：

检测信息采集模块，与检测信号放大模块连接，用于通过监测传感器获取数控机床的工作状态信息并发送给检测信号放大模块；

所述检测信息采集模块估计时频重叠信号的双谱方法包括：

接收的时频重叠信号的表达式如下：

y(t)＝x₁(t)+x₂(t)+…x_p(t)+n(t)；

其中x_i(t)表示第i个分量信号，p为分量信号个数，n(t)表示高斯噪声信号，y(t)表示接收的时频重叠信号，其三阶累积量的表达式如下：

C_3y(τ₁,τ₂)＝E[y(t)y(t+τ₁)y(t+τ₂)]；

其中，τ₁，τ₂为两个不同时延；由三阶累积量的性质，高斯噪声的三阶累积量恒等于零，上式表示为：

C3y(τ1,τ2)=C3x1(τ1,τ2)+C3x2(τ1,τ2)+...+C3xp(τ1,τ2);]]>

令即C_3y(τ₁,τ₂)＝C_3x(τ₁,τ₂)；

对C_3y(τ₁,τ₂)进行二次傅里叶变换可得到时频重叠信号的双谱B_3y(ω₁,ω₂)：

B_3y(ω₁,ω₂)＝B_3x(ω₁,ω₂)＝X(ω₁)X(ω₂)X^*(ω₁+ω₂)；

其中，ω₁，ω₂为两个不同频率；

检测信号放大模块，与检测信息采集模块和检测信号转换模块连接，用于将检测信息采集模块采集数据信号进行放大后输出放大信号并发送给检测信号转换模块；

所述信号放大模块时频重叠MASK的信号模型表示为：

x(t)=Σi=1Nsi(t)+n(t);]]>

其中，N为时频重叠信号的信号分量个数，n(t)是加性高斯白噪声，s_i(t)为时频重叠信号的信号分量，其表示为式中A_i表示信号分量的幅度，a_i(m)表示信号分量的码元符号，p(t)表示成型滤波函数，T_i表示信号分量的码元周期，f_ci表示信号分量的载波频率，表示信号分量的相位；MASK信号的循环双谱的对角切片谱表示为：

其中，y(t)表示MASK信号，α是y(t)的循环频率，f_c表示信号的载波频率，T是信号的码元周期，k为整数，C_a,3表示随机序列a的三阶累积量，δ()是冲激函数，P(f)是成型脉冲函数，表达式为：

P(f)=sinπfTπf;]]>

对循环双谱的对角切片谱取f＝0截面得到：

对于MASK信号，其循环双谱的对角切片谱的f＝0截面，在处存在峰值，并携有信号的载频信息；由于循环双谱的对角切片谱满足线性叠加性，则时频重叠MASK信号循环双谱的对角切片谱的表达式为：

其中，是常数，与第i个信号分量的调制方式有关，T_i是第i个信号分量的码元周期；

检测信号转换模块，与检测信号放大模块和检测信息处理模块连接，用于接收检测信号放大模块的放大信号，进行模数转换发出数字信号并发送给检测信息处理模块；

所述检测信号转换模块信号的分数低阶模糊函数按以下步骤进行：

接收信号y(t)表示为：

y(t)＝x(t)+n(t)

其中，x(t)为数字调制信号，n(t)为服从标准SαS分布的脉冲噪声；针对MASK和MPSK调制，x(t)的解析形式表示为：

其中，N为采样点数，a_n为发送的信息符号，在MASK信号中，a_n＝0，1，2，…，M-1，M为调制阶数，在MPSK信号中，a_n＝e^j2πε/M，ε＝0,1,2,…,M-1，g(t)表示矩形成型脉冲，T_b表示符号周期，f_c表示载波频率，载波初始相位是在[0,2π]内均匀分布的随机数；针对MFSK调制,x(t)的解析形式表示为：

其中，f_m为第m个载频的偏移量，若MFSK信号载频偏移为Δf，则f_m＝-(M-1)Δf,-(M-3)Δf,…,(M-3)Δf,(M-1)Δf，载波初始相位是在[0,2π]内均匀分布的随机数；

检测信息处理模块，与检测信号转换模块和无线通信模块连接，用于对检测信号转换模块转换的机床工作状态信息进行对比分析并发送给无线通信模块；

所述检测信息处理模块接收的信号r_k表示为：

式中，A为信号幅度，在一个突发帧内为未知常数；f_o为载波频偏，在一个突发帧内为未知常数；T_s为采样周期，f_oT_s为归一化的载波频率偏移；a_n为QPSK调制数据；θ₀为相偏，在一个突发帧内为未知常数；g发送脉冲与接收匹配滤波器脉冲函数的乘积；n_k为复高斯白噪声，服从N(0,σ²)分布；ε＝0时定时完全同步，否则定时未同步；k为时间序号，N为过采样倍数；r_k有10dB的动态范围；所述低信噪比短前导突发信号的解调方法主要任务是从r_k中恢复出发送数据；

无线通信模块，与检测信息处理模块连接，用于通过无线发射器将检测信息处理模块检测的数据信息通过无线方式发送给手机端的微信显示模块；

所述无线通信模块信号传输方法：

首先，将从信源来的二进制信息比特每q个分为一组，将连续的两组映射到信号星座上，得到2个调制信号s₀和s₁；q＝log₂Q，Q为调制方式所采用的进制的数值；

然后，将调制信号s₀和调制信号s₁送入编码器，得到以下编码矩阵：

S=s0-s1*s1s0*;]]>

s₀^*为s₀的复共轭；

最后，在时间连续的两个发射周期内将编码器的输出发射出去，第一个发射周期中，发送天线0发射出去的信号是s₀，发送天线1发射出去的信号是s₁；第二个发射周期中，发送天线0发射出去的信号是-s₁^*，发送天线1发射出去的信号是s₀^*；

微信显示模块，与无线通信模块通过无线方式连接，用于通过手机微信接入微信公众号接口访问无线通信模块发送的机床工作状态数据信息。

2.如权利要求1所述数控机床微信号监测系统，其特征在于，所述检测信息处理模块对信号时频域矩阵进行预处理，具体包括如下两步：

第一步，对进行去低能量预处理，即在每一采样时刻p，将幅值小于门限ε的值置0，得到门限ε的设定可根据接收信号的平均能量来确定；

第二步，找出p时刻(p＝0,1,2,…P-1)非零的时频域数据，用表示，其中表示p时刻时频响应非0时对应的频率索引，对这些非零数据归一化预处理，得到预处理后的向量b(p,q)＝[b₁(p,q),b₂(p,q),…,b_M(p,q)]^T，其中