發(fā)布時(shí)間：2023-04-08 11:36:40
序言：寫(xiě)作是分享個(gè)人見(jiàn)解和探索未知領(lǐng)域的橋梁，我們?yōu)槟x了8篇的工業(yè)工程畢業(yè)論文樣本，期待這些樣本能夠?yàn)槟峁┴S富的參考和啟發(fā)，請(qǐng)盡情閱讀。
超寬帶（UWB,Ultra Wide Band）無(wú)線技術(shù)在無(wú)線電通信、雷達(dá)、跟蹤、精確定位、成像、武器控制等眾多領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景，因此被認(rèn)為是未來(lái)幾年電信熱門(mén)技術(shù)之一。1990年，美國(guó)國(guó)防部首先定義了“超寬帶”概念，超寬帶無(wú)線通信開(kāi)始得到美國(guó)軍方和政府部門(mén)的重視。2002年4月，美國(guó)FCC通過(guò)了超寬帶技術(shù)的商用許可，超寬帶無(wú)線通信在民用領(lǐng)域開(kāi)始受到普遍關(guān)注。目前“超寬帶”的定義只是針對(duì)信號(hào)頻譜的相對(duì)帶寬（或絕對(duì)帶寬）而言，沒(méi)有界定的時(shí)域波形特征。因此，有多種方式產(chǎn)生超寬帶信號(hào)。其中，最典型的方法是利用納秒級(jí)的窄脈沖（又稱為沖激脈沖）的頻譜特性來(lái)實(shí)現(xiàn)[1]。
超寬帶無(wú)線電是對(duì)基于正弦載波的常規(guī)無(wú)線電的一次突破。幾十年來(lái)，無(wú)線通信都是以正弦載波為信息載體，而超寬帶無(wú)線通信則以納秒級(jí)的窄脈沖作為信息載體。其信號(hào)產(chǎn)生、調(diào)制解調(diào)、信號(hào)隱蔽性、系統(tǒng)處理增益等方面，具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，尤其是能夠在密集的多徑環(huán)境下實(shí)現(xiàn)高速傳輸。由于脈沖持續(xù)時(shí)間很短，多徑分量在時(shí)域上不易重疊，多徑分辨能力高，通過(guò)先進(jìn)的多徑分離技術(shù)或瑞克接收機(jī)，可以充分利用多徑分量。
目前，典型的超寬帶無(wú)線通信調(diào)制方式以TH-PPM、TH-PAM為主，本論文中，介紹超寬帶無(wú)線通信中的調(diào)制技術(shù)，主要討論TH-PPM、TH-PAM的基本原理，并且對(duì)比調(diào)制技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)，性能的好壞，并進(jìn)行動(dòng)態(tài)的仿真，從仿真圖中較清楚的研究調(diào)制方式，從而得出正確的結(jié)論，細(xì)致的研究超寬帶無(wú)線通信中的調(diào)制技術(shù)。
關(guān)鍵字：超寬帶 調(diào)制方式 PPM調(diào)制 PAM調(diào)制 OFDM調(diào)制
2 概述
2.1 總述
近幾年來(lái),超寬帶短距離無(wú)線通信引起了全球通信技術(shù)領(lǐng)域極大的重視。超寬帶通信技術(shù)以其傳輸速率高、抗多徑干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)成為短距離無(wú)線通信極具競(jìng)爭(zhēng)力和發(fā)展前景的技術(shù)之一。FCC(美國(guó)通信委員會(huì)) 對(duì)超寬帶系統(tǒng)的最新定義是:相對(duì)帶寬(在- 10dB 點(diǎn)處) (fH - fL)/fc > 20 %(fH ,fL ,fc分別為帶寬的高端頻率、低端頻率和中心頻率) 或者總帶寬BW> 500MHz。[1]它與現(xiàn)有的無(wú)線電系統(tǒng)比較,在花費(fèi)更小的制造成本的條件下,能夠做到更高的數(shù)據(jù)傳輸速率(100～500MbPs) 、更強(qiáng)的抗干擾能力(處理增益50dB 以上) ,同時(shí)具有極好的抗多徑性能和十分精確的定位能力(精度在cm 以內(nèi)) 。
2.2 UWB基本原理
發(fā)射超寬帶(UWB) 信號(hào)最常用和最傳統(tǒng)的方法是發(fā)射一種時(shí)域上很短(占空比低達(dá)0. 5 %) 的沖激脈沖。這種傳輸技術(shù)稱為“沖擊無(wú)線電( IR) ”.UWB - IR 又被稱為基帶無(wú)載波無(wú)線電,因?yàn)樗幌駛鹘y(tǒng)通信系統(tǒng)中使用正弦波把信號(hào)調(diào)制到更高的載頻上,而是用基帶信號(hào)直接驅(qū)動(dòng)天線輸出的[6];由信息數(shù)據(jù)對(duì)脈沖進(jìn)行調(diào)制,同時(shí),為了形成所產(chǎn)生信號(hào)的頻譜而用偽隨即序列對(duì)數(shù)據(jù)符號(hào)進(jìn)行編碼。因此沖擊脈沖和調(diào)制技術(shù)就是超寬帶的兩大關(guān)鍵所在。
2.2.1 脈沖信號(hào)
從本質(zhì)上講,產(chǎn)生脈沖寬度為納秒級(jí)的信號(hào)源是UWB 技術(shù)的前提條件。目前產(chǎn)生脈沖信號(hào)源的方法有兩類: ①光電方法,基本原理是利用光導(dǎo)開(kāi)關(guān)導(dǎo)通瞬間的陡峭上升沿獲得脈沖信號(hào)。由于作為激發(fā)源的激光脈沖信號(hào)可以有很陡的前沿,所以得到的脈沖寬度可達(dá)到皮秒(10 - 12 ) 量級(jí)。另外,由于光導(dǎo)開(kāi)關(guān)是采用集成方法制成的,可以獲得很好的一致性,因此是最有發(fā)展前景的一種方法。②電子方法,利用微波雙極性晶體管雪崩特性,在雪崩導(dǎo)通瞬間,電流呈“雪崩”式迅速增長(zhǎng),從而獲得具有陡峭前沿的波形,成形后得到極短脈沖。在電路設(shè)計(jì)中,采用多個(gè)晶體管串行級(jí)聯(lián),使用并行同步觸發(fā)的方式,加快了雪崩過(guò)程,從而達(dá)到進(jìn)一步降低脈沖寬度的目的[7]。
沖激脈沖通常采用單周期高斯脈沖,典型的單周期高斯脈沖的時(shí)域和頻域數(shù)學(xué)模型分別表示為:
(2-1)
(2-2)
單周期脈沖的寬度在納秒級(jí)(0. 1～1. 5ns) ,重復(fù)周期為25～1000ns ,具有很寬的頻譜,如圖2-1 所示。實(shí)際通信中使用的是一長(zhǎng)串的脈沖,由于時(shí)域中信號(hào)的周期性造成了頻譜的離散化,周期性的單脈沖序列頻譜中出現(xiàn)了強(qiáng)烈的能量尖峰。這些尖峰將會(huì)對(duì)信號(hào)構(gòu)成干擾,通過(guò)數(shù)據(jù)信息和偽隨機(jī)碼來(lái)進(jìn)行編碼P調(diào)制,改變脈沖與脈沖間的時(shí)間間隔,可以降低頻譜的尖峰幅度[2]。
圖2-1 單周期脈沖的時(shí)間域和頻率域的表示
2.2.2 UWB的調(diào)制技術(shù)
超寬帶系統(tǒng)中信息數(shù)據(jù)對(duì)脈沖的調(diào)制方法可以有多種。脈沖位置調(diào)制( PPM) 和脈沖幅度調(diào)制(PAM) 是UWB 最常用的兩種調(diào)制方式。通常UWB信號(hào)模型為:
(2-3)
其中,w ( t) 表示發(fā)送的單周期脈沖, dj , tj 分別表示單脈沖的幅度和時(shí)延。
a PAM- UWB
PAM是一種通過(guò)改變那些基于需傳輸數(shù)據(jù)的傳輸脈沖幅度的調(diào)制技術(shù)。在PAM調(diào)制系統(tǒng)中,一系列的脈沖幅度被用來(lái)代表需要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)。任何形狀的脈沖都是通過(guò)其幅度調(diào)制使傳輸數(shù)據(jù)在{ - 1 , + 1}之間變化(對(duì)于雙極性信號(hào)) 或在M 個(gè)值之間變化(對(duì)于M 元PAM) 。增加傳輸脈沖所占的帶寬或減少脈沖重復(fù)頻率,都可以增加一個(gè)固定平均功率譜密度的UWB 系統(tǒng)所能達(dá)到的吞吐量和傳輸距離,可以看出這一效果與增加傳輸功率的峰值的效果是相似的。[8]
采用脈沖幅度調(diào)制(PAM)的超寬帶信號(hào)波形如下:[4]
(2-4)
其中, dj 是信息序列, Tf 是脈沖重復(fù)周期。根據(jù)dj 的不同取值, 可將PAM調(diào)制方式分為以下三種:
（1） OOK(發(fā)送數(shù)據(jù)為1 ,UWB 信號(hào)的幅度為1 ;發(fā)送數(shù)據(jù)為0 ,UWB 信號(hào)的幅度為0) ;
（2）PPAM(發(fā)送數(shù)據(jù)為1 ,UWB 信號(hào)的幅度為β1 ;發(fā)送數(shù)據(jù)為0 ,UWB 信號(hào)的幅度為β2) ;
（3）BPSK(發(fā)送數(shù)據(jù)為1 ,UWB 信號(hào)的幅度為1 ;發(fā)送數(shù)據(jù)為0 ,UWB 信號(hào)的幅度為- 1) 。
對(duì)于這三種方式,在超寬帶的PAM調(diào)制方式中多采用BPSK方式。
b PPM- UWB
脈沖位置調(diào)制(PPM) 又稱時(shí)間調(diào)制(TM) ,是用每個(gè)脈沖出現(xiàn)的位置落后或超前某一標(biāo)準(zhǔn)或特定時(shí)刻來(lái)表示某個(gè)特定信息的[3]。二進(jìn)制PPM 是超寬帶無(wú)線通信系統(tǒng)經(jīng)常使用的一種調(diào)制方法,相對(duì)其它調(diào)制方法來(lái)說(shuō)也是較早使用的一種方法。采用PPM的一個(gè)重要原因是它能夠使用零相差的相關(guān)接收機(jī)來(lái)接收檢測(cè)信號(hào),而這種接收機(jī)有著非常好的性能。采用脈沖位置調(diào)制( PPM) 的超寬帶信號(hào)波形如下:
(2-5)
其中, dj 取0 或1 ,δ為調(diào)制因子, 與脈沖寬度Tm (1/Tf ) 是一個(gè)數(shù)量級(jí)。當(dāng)發(fā)送數(shù)據(jù)為1 時(shí)脈沖就會(huì)相應(yīng)滯后一個(gè)時(shí)延δ。
圖2-2 給出了上述四種調(diào)制方法的信號(hào)波形圖,對(duì)這四種調(diào)制方式給出了一個(gè)比較直觀的描述。
除了這些對(duì)脈沖的調(diào)制方法外,用偽隨機(jī)碼或偽隨機(jī)噪聲(PN) 對(duì)數(shù)據(jù)符號(hào)進(jìn)行編碼以得到所產(chǎn)生信號(hào)的頻譜時(shí),根據(jù)編碼的不同即擴(kuò)頻和多址技術(shù)不同,超寬帶系統(tǒng)又被分為跳時(shí)的超寬帶系統(tǒng)(TH - UWB) 、直擴(kuò)的超寬帶系統(tǒng)(DS - UWB) 、跳頻的超寬帶系統(tǒng)(FH - UWB) 和基帶多載波超寬帶系統(tǒng)(MC - UWB) 等[9]。
圖2-2 不同調(diào)制方式的信號(hào)波形[4]
2.3 UWB 技術(shù)特點(diǎn)
由于UWB 與傳統(tǒng)通信系統(tǒng)相比,工作原理迥異,因此UWB 具有如下傳統(tǒng)通信系統(tǒng)無(wú)法比擬的技術(shù)特點(diǎn)[4]:
(1)系統(tǒng)容量大。香農(nóng)公式給出C = Blog2 (1 +S/N) 可以看出,帶寬增加使信道容量的升高遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于信號(hào)功率上升所帶來(lái)的效應(yīng),這一點(diǎn)也正是提出超寬帶技術(shù)的理論機(jī)理。超寬帶無(wú)線電系統(tǒng)用戶數(shù)量大大高于3G系統(tǒng)。
(2)高速的數(shù)據(jù)傳輸。UWB 系統(tǒng)使用上GHz 的超寬頻帶,根據(jù)香農(nóng)信道容量公式,即使把發(fā)送信號(hào)功率密度控制得很低,也可以實(shí)現(xiàn)高的信息速率。一般情況下,其最大數(shù)據(jù)傳輸速度可以達(dá)到幾百M(fèi)bps～1Gbps。
(3)多徑分辨能力強(qiáng)。UWB 由于其極高的工作頻率和極低的占空比而具有很高的分辨率,窄脈沖的多徑信號(hào)在時(shí)間上不易重疊,很容易分離出多徑分量,所以能充分利用發(fā)射信號(hào)的能量。實(shí)驗(yàn)表明,對(duì)常規(guī)無(wú)線電信號(hào)多徑衰落深達(dá)10～30dB 的多徑環(huán)境,UWB 信號(hào)的衰落最多不到5dB。
(4)隱蔽性好。因?yàn)閁WB 的頻譜非常寬,能量密度非常低,因此信息傳輸安全性高。另一方面,由于能量密度低,UWB 設(shè)備對(duì)于其他設(shè)備的干擾就非常低。
(5)定位精確。沖激脈沖具有很高的定位精度,采用超寬帶無(wú)線電通信,可在室內(nèi)和地下進(jìn)行精確定位,而GPS 定位系統(tǒng)只能工作在GPS 定位衛(wèi)星的可視范圍之內(nèi)。與GPS 提供絕對(duì)地理位置不同,超短脈沖定位器可以給出相對(duì)位置, 其定位精度可達(dá)厘米級(jí)。
(6)抗干擾能力強(qiáng)。UWB 擴(kuò)頻處理增益主要取決于脈沖的占空比和發(fā)送每個(gè)比特所用的脈沖數(shù)。UWB 的占空比一般為0. 01～0. 001 ,具有比其它擴(kuò)頻系統(tǒng)高得多的處理增益,抗干擾能力強(qiáng)。一般來(lái)說(shuō),UWB 抗干擾處理增益在50dB 以上。
(7)低成本和低功耗。UWB 無(wú)線通信系統(tǒng)接收機(jī)沒(méi)有本振、功放、鎖相環(huán)( PLL) 、壓控振蕩器(VCO) 、混頻器等, 因而結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,設(shè)備成本將很低。由于UWB 信號(hào)無(wú)需載波,而是使用間歇的脈沖來(lái)發(fā)送數(shù)據(jù),脈沖持續(xù)時(shí)間很短,一般在0. 20ns～1. 5ns之間,有很低的占空因數(shù),所以它只需要很低的電源功率。一般UWB 系統(tǒng)只需要50～70mW 的電源,是藍(lán)牙技術(shù)的十分之一[10]。盡管如此,UWB 在技術(shù)上面臨一定的挑戰(zhàn), 還有諸多技術(shù)的問(wèn)題有待研究解決,比如需要更好地理解UWB 傳播信道的特點(diǎn),建立信道模型,解決多徑傳播;需要進(jìn)一步研究高速脈沖信號(hào)的生成、處理等技術(shù);研究新的調(diào)制技術(shù),進(jìn)一步降低收發(fā)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜度等。
2.4 UWB發(fā)射機(jī)和接收機(jī)組成框圖
2.4.1 UWB發(fā)射機(jī)組成框圖
UWB發(fā)射機(jī)直接發(fā)送納秒級(jí)脈沖來(lái)傳輸數(shù)據(jù)而不需使用載波電路。所以，UWB發(fā)射機(jī)比現(xiàn)有的無(wú)線發(fā)射設(shè)備要簡(jiǎn)單得多。TH-UWB發(fā)射機(jī)組成框圖如圖2-3所示[5]。
圖2-3 UWB發(fā)射機(jī)組成框圖
調(diào)制后的數(shù)據(jù)與偽碼產(chǎn)生器生成的偽碼一起送入可編程延遲電路，可編程延遲電路產(chǎn)生的時(shí)延控制脈沖信號(hào)發(fā)生器的發(fā)送時(shí)刻，脈沖信號(hào)發(fā)生器輸出的UWB信號(hào)由天線輻射出去。脈沖信號(hào)產(chǎn)生電路的一個(gè)關(guān)鍵部分是天線，它的作用相當(dāng)于一個(gè)濾波器。
2.4.2 UWB接收機(jī)組成框圖
TH-UWB接收機(jī)采用相關(guān)接收方式，接收機(jī)框圖如圖4所示。圖4中虛線內(nèi)的部分是相關(guān)器。它由乘法器、積分器和取樣/保持電路三部分組成[5]。
接收機(jī)與發(fā)射機(jī)類似，兩者的區(qū)別在于接收機(jī)的基帶信號(hào)處理器從取樣/保持電路中解調(diào)數(shù)據(jù)，基帶信號(hào)處理器的輸出控制可編程時(shí)延電路，為可編程時(shí)延電路提供定時(shí)跟蹤信號(hào)，保證相關(guān)器正確解調(diào)出數(shù)據(jù)。
圖2-4 UWB接收機(jī)組成框圖
2.5 UWB 技術(shù)的應(yīng)用前景
UWB 系統(tǒng)在很低的功率譜密度的情況下,UWB具有巨大的數(shù)據(jù)傳輸速率優(yōu)勢(shì),最大可以提供高達(dá)1000Mbps 以上的傳輸速率,使UWB 同其它短距離無(wú)線通信系統(tǒng)的技術(shù)優(yōu)勢(shì)非常明顯,如表1 所示?，F(xiàn)有的各種無(wú)線解決方案(例如802. 11 ,Bluetooth等) 的速率均低于100Mbit/s ,UWB 則在10m 左右的范圍之內(nèi)打破了這一限制,UWB 的應(yīng)用將使人們可以擺脫更多線纜的牽絆,通信因而變得更為方便[6]。
2.6 結(jié)束語(yǔ)
無(wú)線通信已經(jīng)迅速滲入我們的生活當(dāng)中,對(duì)容量不斷增長(zhǎng)的要求需要一種不對(duì)現(xiàn)有的通信系統(tǒng)造成影響的新的無(wú)線通信方案,超寬帶脈沖無(wú)線電系統(tǒng)正好滿足了這一要求。UWB 技術(shù)對(duì)于無(wú)線短距離的高速數(shù)據(jù)通信是非常有競(jìng)爭(zhēng)力的,隨著研究的深入,憑借多方面的優(yōu)勢(shì),它將在很多領(lǐng)域占有一席之地。特別是短距離傳輸?shù)暮?G領(lǐng)域,UWB 將有廣闊的發(fā)展空間[8]。
表1 幾種短距離無(wú)線通信比較
IEEE802. 11a
Bluetooth
UWB
工作頻率
2. 4GHz
2. 402～2. 48GHz
3. 1～10. 6GHz
傳輸速率
54Mbps
小于1Mbps
大于480Mbps
通信距離
10m～100m
10m
小于10m
發(fā)射功率
1 瓦以上
1 毫瓦～100毫瓦
1 毫瓦以下
容量空間
80kbps/m2
30kbps/m2
1000kbps/m2
應(yīng)用范圍
無(wú)線局域網(wǎng)
家庭和辦公室互連
近距離多媒體
終端類型
筆記本、臺(tái)式電腦、掌上電腦、因特網(wǎng)網(wǎng)關(guān)
筆記本、移動(dòng)電話、掌上電腦、移動(dòng)設(shè)備
無(wú)線電視、DVD , 高速因特網(wǎng)網(wǎng)關(guān)
3 MATLAB 軟件工具介紹
3.1 MATLAB語(yǔ)言的概述
MATLAB是一種科學(xué)計(jì)算軟件，適用于工程應(yīng)用各領(lǐng)域的分析設(shè)計(jì)與復(fù)雜計(jì)算，它使用方便，輸入簡(jiǎn)捷，運(yùn)算高效且內(nèi)容豐富，很容易由用戶自行擴(kuò)展。因此，它已成為大學(xué)教學(xué)和科學(xué)研究中最常用且必不可少的工具。
MATLAB是“矩陣實(shí)驗(yàn)室”（MATrix LABoratoy）的縮寫(xiě)，它是一種以矩陣運(yùn)算為基礎(chǔ)的交互式程序語(yǔ)言，著重針對(duì)科學(xué)計(jì)算、工程計(jì)算和繪圖的需求。與其他計(jì)算機(jī)語(yǔ)言相比，其特點(diǎn)是簡(jiǎn)潔和智能化，適應(yīng)科技專業(yè)人員的思維方式和書(shū)寫(xiě)習(xí)慣，使得編程和調(diào)試效率大大提高。它用解釋方式工作，鍵入程序立即得出結(jié)果，人機(jī)交互性能好，為科技人員所樂(lè)于接受。特別是它可適應(yīng)多種平臺(tái)，并且隨計(jì)算機(jī)硬、軟件的更新而用時(shí)升級(jí)。因而，MATLAB語(yǔ)言是數(shù)值計(jì)算用得最頻繁的電子信息類學(xué)科工具。它大大提高了課程教學(xué)、解題作業(yè)、分析研究的效率。
3.2 MATLAB的歷史
在1980年前后，美國(guó)的Cleve Moler博士在New Mexico大學(xué)講授線性代數(shù)課程時(shí)，發(fā)現(xiàn)應(yīng)用其他高級(jí)語(yǔ)言編程極為不便，便構(gòu)思并開(kāi)發(fā)了MATLAB（MATrix LABoratory，矩陣實(shí)驗(yàn)室），它是集命令翻譯、科學(xué)計(jì)算于一身的一套交互式軟件系統(tǒng)，經(jīng)過(guò)在該大學(xué)進(jìn)行了幾次的試用之后，于1984年推出了該軟件的正式版本。它是以著名的線性代數(shù)軟件包LINPACK和特征計(jì)算軟件包EISPACK中的子程序?yàn)榛A(chǔ)發(fā)展而成的一種開(kāi)放型程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言，其基本的數(shù)據(jù)單元是一個(gè)維數(shù)不加限制的矩陣，這就允許用戶可以根據(jù)數(shù)值計(jì)算問(wèn)題的復(fù)雜程序，對(duì)問(wèn)題進(jìn)行分段甚至逐句編程處理，顯然這與C、FORTRAN等傳統(tǒng)高級(jí)語(yǔ)言完全不同。在MATLAB下，矩陣的運(yùn)算變得異常的容易，后來(lái)的版本中又增添了豐富多彩的圖形圖像處理及多媒體功能，使得MATLAB的應(yīng)用范圍越來(lái)越廣泛，Moler博士等一批數(shù)學(xué)家與軟件專家組建了名為MathWorks的軟件開(kāi)發(fā)公司，專門(mén)擴(kuò)展并改進(jìn)MATLAB。
為了準(zhǔn)確地把一個(gè)控制系統(tǒng)的復(fù)雜模型輸入給計(jì)算機(jī)，然后對(duì)之進(jìn)行進(jìn)一步的分析與仿真，1990年MathWorks軟件公司為MATLAB提供了新的控制系統(tǒng)模型圖形輸入與仿真工具，并定名為SIMULAB，該工具很快在控制界得致函廣泛的使用。但因其名字與著名的軟件SIMULA類似，所以在1992年正式改名為SIMULINK。此軟件有兩個(gè)明顯的功能：仿真與連接，亦即可以利用鼠標(biāo)在模型窗口上畫(huà)出所需的控制系統(tǒng)模型，然后利用該軟件提供的功能來(lái)對(duì)系統(tǒng)直接進(jìn)行仿真。很明顯，這種做法使得一個(gè)很復(fù)雜系統(tǒng)的輸入變得相當(dāng)容易。SIMULINK的出現(xiàn)，更使得MATLAB的控制系統(tǒng)的仿真與其在CAD中的應(yīng)用打開(kāi)了嶄新的局面。
3.3 MATLAB語(yǔ)言的特點(diǎn)
MATLAB語(yǔ)言有以下特點(diǎn)。
(1) 起點(diǎn)高
每個(gè)變量代表一個(gè)矩陣，以矩陣運(yùn)算見(jiàn)長(zhǎng)。當(dāng)前的科學(xué)計(jì)算中，幾乎無(wú)處不用矩陣運(yùn)算，這使它的優(yōu)勢(shì)得到了充分的體現(xiàn)。
(2) 人機(jī)界面適合科技人員
MATLAB的語(yǔ)言規(guī)則與筆算式相似。MATLAB的程序與科技人員的書(shū)寫(xiě)習(xí)慣相近，因此，易寫(xiě)易讀，易于在科技人員之間交流。矩陣的行列數(shù)無(wú)需定義。MATLAB不必有階數(shù)定義，輸入數(shù)據(jù)的行列數(shù)就決定了它的階數(shù)。鍵入算式立即得到結(jié)果，無(wú)需編譯。MATLAB是以解釋方式工作的，即它對(duì)每條語(yǔ)句解釋后立即執(zhí)行，若有錯(cuò)誤也立即做出反應(yīng)，便于編程者立即改正。這些都大大減輕了編程和調(diào)試的工作量。
(3) 強(qiáng)大而簡(jiǎn)易的做圖功能
能根據(jù)輸入數(shù)據(jù)自動(dòng)確定坐標(biāo)繪圖，能規(guī)定多種坐標(biāo)系，（極坐標(biāo)系、對(duì)數(shù)坐標(biāo)系等），能繪制三維坐標(biāo)中的曲線和曲面，可設(shè)置不同顏色、線型、視角等。如果數(shù)據(jù)齊全，通常只需一條命令即可出圖。
(4) 智能化程度高
繪圖時(shí)自動(dòng)選擇坐標(biāo)，大大方便了用戶；做數(shù)值積分時(shí)自動(dòng)按精度選擇步長(zhǎng)；自動(dòng)檢測(cè)和顯示程序錯(cuò)誤的能力強(qiáng)，易于調(diào)試。
(5) 功能豐富，可擴(kuò)展性強(qiáng)
MATLAB軟件包括基本部分和專業(yè)擴(kuò)展兩大部分。
基本部分包括矩陣的運(yùn)算和各種變換、代數(shù)和超越方程的求解、數(shù)據(jù)處理和傅立葉變換及數(shù)值積分等等?？梢猿浞譂M足大學(xué)理工科學(xué)生的計(jì)算需要。
擴(kuò)展部分稱為工具箱。它實(shí)際上是用MATLAB的基本語(yǔ)句編成的各種子程序集，用于解決某一方面的專門(mén)問(wèn)題，或?qū)崿F(xiàn)某一類的新算法?，F(xiàn)在已經(jīng)有控制系統(tǒng)、信號(hào)處理、圖像處理、系統(tǒng)辨識(shí)、模糊集合、神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)及小波分析等工具箱，并且向公式推導(dǎo)、系統(tǒng)仿真和實(shí)時(shí)運(yùn)行等領(lǐng)域發(fā)展。
MATLAB的核心內(nèi)容在于它的基本部分，所有的工具箱子程序都是用它的基本語(yǔ)句編寫(xiě)的。
3.4 MATLAB仿真
通過(guò)利用所學(xué)的理論知識(shí)，建立一個(gè)完整、準(zhǔn)確的需求說(shuō)明，清楚、準(zhǔn)確地提出仿真試驗(yàn)所要解決的問(wèn)題。
對(duì)所提出的仿真系統(tǒng)給出詳細(xì)定義，明確系統(tǒng)中的模塊、系統(tǒng)構(gòu)成、模塊之間的相互關(guān)系，系統(tǒng)的輸入輸出、邊界條件以及系統(tǒng)的約束條件，并明確仿真所要達(dá)到的目標(biāo)。
根據(jù)仿真系統(tǒng)分析的結(jié)果，確定系統(tǒng)中的參數(shù)、變量及其互之間的關(guān)系，并以數(shù)學(xué)形式將這些關(guān)系描述出來(lái)，從而構(gòu)成仿真系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型。數(shù)學(xué)建模是系統(tǒng)仿真中最關(guān)鍵的一步，所建立的數(shù)學(xué)模型必須盡可能準(zhǔn)確地反映所關(guān)心的真實(shí)系統(tǒng)的特性，而又不能過(guò)于復(fù)雜，以免降低模型的效率，增加不必要的計(jì)算過(guò)程，即建模需要根據(jù)求解問(wèn)題的要求，在模型的近似程度與復(fù)雜程度之間折中。電子與通信系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型通常以方框圖形式或數(shù)學(xué)方程形式來(lái)表達(dá)。
根據(jù)建立的數(shù)學(xué)模型所需要的數(shù)據(jù)元素，收集與模型系統(tǒng)有關(guān)的數(shù)據(jù)。根據(jù)數(shù)學(xué)模型建立系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)仿真模型，收集數(shù)據(jù)，確定其中各子模塊的結(jié)構(gòu)，輸入輸出接口，輸入輸出的數(shù)據(jù)表達(dá)形式，數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)方式等。然后編制相應(yīng)的程序流程，用MATLAB語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)。
仿真模型驗(yàn)證的目的是確定計(jì)算機(jī)仿真模型是否準(zhǔn)確表達(dá)了數(shù)學(xué)模型。仿真模型驗(yàn)證通常的方法是將數(shù)學(xué)模型的解析結(jié)果（或理論結(jié)果）與仿真所得到的數(shù)值結(jié)果相比較來(lái)完成的；或通過(guò)已知的系統(tǒng)輸入輸出結(jié)果，對(duì)比在相同條件下的系統(tǒng)仿真結(jié)果來(lái)驗(yàn)證仿真模型的正確性。
根據(jù)仿真試驗(yàn)設(shè)計(jì)的方案，讓計(jì)算機(jī)執(zhí)行計(jì)算，并在執(zhí)行計(jì)算的過(guò)程中了解仿真模型對(duì)于各種不同輸入信號(hào)以及不同參數(shù)和仿真機(jī)制下的輸出，得出試驗(yàn)數(shù)據(jù)，從而預(yù)測(cè)系統(tǒng)在實(shí)際環(huán)境中的運(yùn)行情況。
對(duì)仿真模型的運(yùn)行階段所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，其目的是從運(yùn)行階段所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)中找出系統(tǒng)運(yùn)行規(guī)律，對(duì)仿真系統(tǒng)的性能做出評(píng)價(jià)，為系統(tǒng)方案的最終決策提供輔助支持。對(duì)仿真結(jié)果進(jìn)行分析，對(duì)仿真數(shù)據(jù)的可靠性、一致性、置信度等做出判定，最終將仿真結(jié)果以曲線、圖表和文字等形式形成論文。
4 超寬帶無(wú)線的調(diào)制技術(shù)
發(fā)射超寬帶（UWB）信號(hào)最常用和最傳統(tǒng)的方法是發(fā)射時(shí)域上很短的脈沖。這種傳輸技術(shù)稱為“沖激無(wú)線電”（Impulse Radio,簡(jiǎn)寫(xiě)為IR）。信息數(shù)據(jù)符號(hào)對(duì)脈沖進(jìn)行調(diào)制，其調(diào)制方式可以有多種。脈沖位置調(diào)制（PPM）和脈沖幅度調(diào)制（PAM）是最常用的兩種調(diào)制方式。除了要對(duì)脈沖進(jìn)行調(diào)制外，為了形成所產(chǎn)生的信號(hào)的頻譜，還要用偽隨機(jī)碼或偽隨機(jī)噪聲（PN）對(duì)數(shù)據(jù)符號(hào)進(jìn)行編碼。一般是，編碼后的數(shù)據(jù)符號(hào)引起脈沖在時(shí)間軸上的偏移，這就是所謂的跳時(shí)超寬帶（TH-UWB，Time-Hopping UWB）。直接序列擴(kuò)譜（DS-SS）就是編碼后的數(shù)據(jù)符號(hào)對(duì)基本脈沖的幅度進(jìn)行調(diào)制，這在沖激無(wú)線電（IR）中被稱為直接序列超寬帶（DS-UWB，Direct-Sequence UWB），這種調(diào)制方式似乎非常有吸引力[1]。
對(duì)于超寬帶信號(hào)，也可以通過(guò)很高的數(shù)據(jù)速率來(lái)產(chǎn)生而根本不需要具備脈沖的特性。只要UWB定義所要求的相對(duì)帶寬或最小帶寬在整個(gè)傳輸過(guò)程中得到滿足，那么，靠發(fā)射高速率數(shù)據(jù)而不是窄脈沖所產(chǎn)生的具有UWB射頻帶寬的系統(tǒng)，就不應(yīng)該被排除在UWB系統(tǒng)之外。諸如正交頻分復(fù)用（OFDM），在數(shù)據(jù)速率適當(dāng)?shù)那闆r下也可產(chǎn)生UWB信號(hào)。因此，OFDM也是一種超寬帶的調(diào)制方式。
本文主要討論TH-UWB、DS-UWB和OFDM調(diào)制方式。
4.1 PPM-TH-UWB 調(diào)制方式
4.1.1 跳時(shí)超寬帶信號(hào)的產(chǎn)生
在結(jié)合了二進(jìn)制PPM的TH-UWB(二進(jìn)制PPM-TH-UWB或者PPM-TH-UWB)中,UWB信號(hào)的產(chǎn)生可以系統(tǒng)地描述如下(參見(jiàn)圖4-1描繪的發(fā)射鏈路) [1]。
SHAPE \* MERGEFORMAT
圖4-1 PPM-TH-UWB信號(hào)的發(fā)射方案
給定待發(fā)射的二進(jìn)制序列b=(…,b0,b1,…,bk,bk+1,…)，其速率Rb=1/Tb (b/s)，圖4-1中的第一個(gè)模塊使每個(gè)比特重復(fù)Ns次，產(chǎn)生一個(gè)二進(jìn)制序列：
(…,b0,b0,…,b0,b1,b1,…,b1,…,bk,bk,…,bk,bk+1,bk+1,…,bk+1,…)=
(...,a0,a1,…aj,aj+1,…)=a
新的比特速率Rcb=Ns/Tb=1/Ts (b/s)。這個(gè)模塊引入了冗余，其實(shí)是一種被稱為重復(fù)碼的(Ns,1)分組編碼器。一般術(shù)語(yǔ)上稱為信道編碼。
第二個(gè)模塊是傳輸編碼器，就是應(yīng)用整數(shù)值碼序列c=(…,c0,c1,…,cj,cj+1,…)和二進(jìn)制序列a=(…,a0,a1,…,aj,aj+1,…),產(chǎn)生一個(gè)新序列d，序列d的一般元素表達(dá)式如下：
dj=cjTc+aj （4-1）
式中,Tc和 是常量，對(duì)所有的cj滿足條件cjTc+ <Ts，通常 <Tc。
這里的d是一個(gè)實(shí)數(shù)值序列，而a是二進(jìn)制序列，c是整數(shù)值序列.現(xiàn)在我們遵循最常用的方法，假定c是企業(yè)界隨機(jī)碼序列，它的元素cj是整數(shù)，且滿足
0 cj Nh-1。 碼序列c可能為周期序列，其周期表示為Np。兩種特殊情況值得討論。第一種,碼是非周期的，即 ；第二種是Np=Ns，這是最常用的一種，這時(shí)的編碼周期與二進(jìn)制碼重復(fù)的次數(shù)相等。我們必須牢記：傳輸編碼扮演了碼分多址編碼和發(fā)射信號(hào)的頻譜形成雙重角色[1]。
實(shí)數(shù)值序列d輸入到第三個(gè)模塊，即PPM調(diào)制模塊，產(chǎn)生了一個(gè)速率為Rp=Ns/Tb=1/Ts(脈沖/s)的單位脈沖(Dirac pulses ) 序列。這些脈沖在時(shí)間軸上的位置為 ，因此脈沖位置在jTs基礎(chǔ)上偏移了dj，脈沖的發(fā)生時(shí)間也可表示為( )。注意是碼序列對(duì)c信號(hào)引入了TH位移，也正因?yàn)榇?，c被稱為T(mén)H碼。還要注意一點(diǎn)就是由PPM調(diào)制引起的位移 ，通常比TH碼引起的位移cjTc小得多，即： ，cj=0除外。Tc稱為碼片時(shí)間(chip time)。
最后一個(gè)模塊是脈沖形成濾波器，其沖激響應(yīng)為。必須保證脈沖形成濾波器輸出的脈沖序列不能有任何的重疊。
以上所有系統(tǒng)級(jí)聯(lián)以后的輸出信號(hào) 可表示如下：
(4-2)
比特間隔或比特持續(xù)時(shí)間，也即用于傳輸一個(gè)比特的時(shí)間Tb，可表示為：Tb=NsTs。在式(4-2)中，cjTc定義了脈沖的隨機(jī)性或者說(shuō)是相對(duì)于Ts整數(shù)倍時(shí)刻的抖動(dòng)。如果用隨機(jī)TH抖動(dòng) 來(lái)表示由TH編碼cjTc引起的時(shí)間上的位移，并假定 在0和 之間分布，則可得到：
(4-3)
正如前面提到的， 通常遠(yuǎn)大于 。這兩個(gè)量的整體效果是產(chǎn)生一個(gè)分布在0和 之間的時(shí)間隨機(jī)位移量，用 表示這個(gè)時(shí)間隨機(jī)位移，可得發(fā)射信號(hào)的如下表達(dá)式：
(4-4)
更一般性地概括式(4-2)所表示的信號(hào)，其思想是：對(duì)于信息比特“0”和“1”，可以發(fā)射兩個(gè)不同的脈沖波形 和 來(lái)分別表示。上面分析的PPM調(diào)制的例子，引入了 這個(gè)時(shí)間位移量，它的值根據(jù)它所代表的比特而有所不同，其實(shí)是上述思想的特殊例子，其中的 是 位移以后的波形。一種更一般的表達(dá)式：
(4-5)
當(dāng)將 設(shè)置為- 時(shí)，式(4-5)也表示了PAM和TH-UWB的結(jié)合，即PAM-TH-UWB模型[1]。
4.1.2 PPM-TH-UWB的發(fā)射鏈路 系統(tǒng)模型如圖4-2所示
SHAPE \* MERGEFORMAT
圖4-2 PPM-TH-UWB 發(fā)射器的系統(tǒng)模型
圖4-2中的第一個(gè)模塊表示二進(jìn)制源。這個(gè)模塊的輸出是發(fā)射到物理信道的二進(jìn)制流。第二個(gè)模塊表示重復(fù)碼編碼器。二進(jìn)制流的每一個(gè)比特都被重復(fù)次。第三個(gè)模塊仿真TH編碼和二進(jìn)PPM。這里考慮偽隨機(jī)TH碼。最后一個(gè)模塊是脈沖形成。這個(gè)模塊的沖激響應(yīng)表示要發(fā)射的UWB信號(hào)的基本脈沖波形[1]。
4.1.3 PPM-TH-UWB 仿真結(jié)果及其分析
圖（4-3）顯示了參數(shù)設(shè)置如下時(shí)所產(chǎn)生的UWB信號(hào)
以dBm為單位的平均發(fā)射功率Pow， 信號(hào)的抽樣頻率fc， 由二進(jìn)制源產(chǎn)生的比特?cái)?shù)numbits， 平均脈沖重復(fù)時(shí)間Ts（單位為秒），每個(gè)比特映射的脈沖數(shù)Ns， 碼片時(shí)間Tc（秒）， 跳時(shí)碼的碼元最大值Nh和周期Np，沖激響應(yīng)持續(xù)時(shí)間Tm, 脈沖波形形成因子tau（秒）， PPM時(shí)移dPPM（秒）。
Stx: Pow=-30, fc=50e9, numbits =2, Ts=3e-9, Ns=5,
Tc=1e-9, Nh=3, Np=5, Tm=0.5e-9, tau=0.25e-9,
dPPM=0.5e-9
由圖4-3中可以看到輸出序列的前五個(gè)脈沖在其對(duì)應(yīng)時(shí)隙的中間位置，而后五個(gè)脈沖則在其對(duì)應(yīng)時(shí)隙的起始位置。
圖4-3 PPM-TH-UWB 發(fā)射機(jī)產(chǎn)生的信號(hào)
圖4-4 PPM-TH-UWB的幅度譜
由圖4-4可以看出，TH編碼和PPM調(diào)制都對(duì)幅度譜的高斯形狀產(chǎn)生扭曲。PPM-TH-UWB信號(hào)的幅度譜將完全包含在無(wú)TH編碼和無(wú)PPM調(diào)制的幅度譜包絡(luò)中，這是因?yàn)橐酝瑯拥男螤詈屯瑯拥钠骄β蕚鬏數(shù)乳g隔脈沖的結(jié)果。
4.2 PAM-DS-UWB調(diào)制方式
4.2.1 直接序列超寬帶信號(hào)的產(chǎn)生
直接序列擴(kuò)譜（DS-SS）是一種著名的數(shù)字調(diào)制方式。這里，我們先回顧DS-SS的基本原理，并把主要精力放在它在UWB的延伸方面。
具有UWB特性的信號(hào)可以通過(guò)下面的過(guò)程產(chǎn)生：首先，用偽隨機(jī)碼或二進(jìn)制PN碼序列對(duì)要發(fā)射的二進(jìn)制進(jìn)行編碼；其次，對(duì)一串窄脈沖進(jìn)行幅度調(diào)制。這一過(guò)程可以看做是目前使用DS-SS系統(tǒng)的一種極端方式，此時(shí)脈沖在時(shí)域上是具有典型時(shí)間的奈奎斯特型脈沖或方波。讓脈沖寬度遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于切普間隔，很容易得到DS-SS-UWB的解析表達(dá)式。在傳統(tǒng)的DS-SS系統(tǒng)中，RF發(fā)射信號(hào)是對(duì)載波進(jìn)行幅度調(diào)制后得到的，通常使用二進(jìn)制相移鍵控BPSK方式。而在DS-UWB中，如果沒(méi)有專門(mén)的要求，這一過(guò)程可省略。[1]
更詳細(xì)地，上述信號(hào)可以通過(guò)如下過(guò)程產(chǎn)生（見(jiàn)圖所示發(fā)射鏈路）。
SHAPE \* MERGEFORMAT 圖4-5 PAM-DS-UWB 信號(hào)的發(fā)射方案
假定待發(fā)射的二進(jìn)制序列b=(…,b0,b1,…,bk,bk+1,…)，其速率為Rb=1/Tb (b/s)，圖4-5中的第一個(gè)系統(tǒng)將每個(gè)比特重復(fù)Ns次，得到序列：(…,b0,b0,…,b0,b1,b1,…,b1,…,bk,bk,…,bk,bk+1,bk+1,…,bk+1,…)=a*，其速率為Rcb=Ns/Tb=1/Ts (b/s)。與TH方式相似，系統(tǒng)引入的冗余相當(dāng)于一個(gè)參數(shù)為(Ns,1)的重復(fù)碼編碼器。
第二個(gè)系統(tǒng)將a*序列轉(zhuǎn)換成只含有正值和負(fù)值元素的序列a=(…,a0,…,a1,…,aj,aj+1,…)，轉(zhuǎn)換公式為：( ).
發(fā)射編碼器將一個(gè)由 1組成、周期為Np的二進(jìn)制碼序列c=(…,c0,c1,…,cj,cj+1,…)應(yīng)用到序列a=(…,a0,…,a1,…,aj,aj+1,…)，產(chǎn)生一個(gè)新序列d=a·c，其組成元素dj=ajcj。通常假定Np等于Ns，更具一般性的假定是Np等于Ns的整數(shù)倍。注意，序列d的元素值為 1，這一點(diǎn)與序列a相同，其速率為Rc=Ns/Tb=1/Ts (b/s)。
序列d進(jìn)入第三個(gè)系統(tǒng)——PAM調(diào)制器，產(chǎn)生一個(gè)速率為Rp=Ns/Tb=1/Ts （脈沖/s）的單位脈沖（Dirac脈沖 ）序列，其位置在jTs處[6]。
調(diào)制器輸出的信號(hào)進(jìn)入沖洲響應(yīng)為p(t)的脈沖形成濾波器。在傳統(tǒng)的DS-SS系統(tǒng)中，沖激響應(yīng)p(t)是持續(xù)時(shí)間為T(mén)s的矩形脈沖。而在DS-UWB系統(tǒng)中，與TH方式相似，p(t)是持續(xù)時(shí)間遠(yuǎn)小于Ts的脈沖。
以上系統(tǒng)級(jí)聯(lián)后的輸出信號(hào)可以表示為
(4-6)
注意，與TH方式相似，比特間隔或比特持續(xù)時(shí)間，即傳輸一個(gè)比特所用的時(shí)間是Tb=NsTs。
輸出的波形顯然是一個(gè)PAM波形。很容易知道，由于沒(méi)有時(shí)移而且脈沖以規(guī)則的時(shí)間間隔出現(xiàn)，計(jì)算式(4-6)所示信號(hào)的PSD要比計(jì)算式(4-2)所示信號(hào)的PSD更容易。
上述方式的一種變形是使用PPM調(diào)制器代替PAM調(diào)制器，得到的信號(hào)可表示為：
(4-7)
注意到在式(4-7)中，由于碼的偽隨機(jī)特性，編碼會(huì)起到白化頻譜的作用。
4.2.2 PAM-DS-UWB 發(fā)射鏈路 其系統(tǒng)模型如圖4-6所示.
SHAPE \* MERGEFORMAT
圖4-6 PAM-DS-UWB 發(fā)射機(jī)系統(tǒng)模型
圖4-6中的前兩個(gè)模塊分別表示二進(jìn)制源和重復(fù)碼編碼器。第三個(gè)模塊是在重復(fù)碼編碼器的輸出端實(shí)現(xiàn)DS編碼和二進(jìn)制PAM調(diào)制。我們考慮偽隨機(jī)DS碼，分配給一般用戶的是長(zhǎng)度為NP的二進(jìn)制碼序列。最后一個(gè)模塊是脈沖形成器[1]。
4.2.3 PAM-DS-UWB 仿真結(jié)果及其分析
圖4- 7 由PAM-DS-UWB發(fā)射機(jī)產(chǎn)生的信號(hào)
圖（4-7）顯示了參數(shù)設(shè)置如下時(shí)所產(chǎn)生的UWB信號(hào)
以dBm為單位的平均發(fā)射功率Pow， 信號(hào)的抽樣頻率fc， 由二進(jìn)制源產(chǎn)生的比特?cái)?shù)numbits， 平均脈沖重復(fù)時(shí)間Ts（單位為秒），每個(gè)比特映射的脈沖數(shù)Ns， 碼片時(shí)間Tc（秒）， 跳時(shí)碼的碼元最大值Nh和周期Np，沖激響應(yīng)持續(xù)時(shí)間Tm, 脈沖波形形成因子tau（秒）， PPM時(shí)移dPPM（秒）。
Stx: Pow=-30, fc=50e9, numbits =2, Ts=2e-9,
Ns=10, Np=10, Tm=0.5e-9,
tau=0.25e-9,
這個(gè)信號(hào)由兩組脈沖序列組成，每組包含10個(gè)脈沖，每組映射信息源的一個(gè)比特。從圖4-7中可以看出每二組的10個(gè)脈沖與第一組的10個(gè)脈沖在極性上是相反的。
圖4-8 PAM-DS-UWB的幅度譜
由圖4-8可以看出，幅度譜的包絡(luò)具有基本脈沖的傅氏變換的形狀，即高斯形狀。且Np（信號(hào)每比特發(fā)射脈沖數(shù)）值越大，圖形分布越寬，即幅度峰值越小。
4.3 OFDM調(diào)制技術(shù)
4．3．1 概述
多頻帶（MB）方式與本章前兩節(jié)分析研究的IR原理不同。根據(jù)2002年，F(xiàn)CC公布的UWB定義，帶寬超過(guò)500MHz的信號(hào)都是UWB信號(hào)。因此，按照FCC規(guī)定的頻帶范圍3.1~10.6GHz，將此7.5 GHz的帶寬分割成最小帶寬為500MHz的若干個(gè)頻帶。為了盡量減小同窄帶通信系統(tǒng)的相互干擾，UWB采用較小的功率，于是UWB信號(hào)對(duì)于窄帶通信系統(tǒng)來(lái)說(shuō)相當(dāng)于熱噪聲，并不被窄帶通信系統(tǒng)的接收機(jī)檢測(cè)到，也可以避免特定頻帶上的非人為干擾[1]。
在每個(gè)子頻帶內(nèi)可以使用不同的數(shù)據(jù)調(diào)制類型，并不一定要用IR方式，正確的頻譜帶寬可以通過(guò)合適的比特速率實(shí)現(xiàn)。應(yīng)用最廣泛的是眾所周知的正交頻分復(fù)用（OFDM）。
4．3．2 多頻段OFDM-UWB信號(hào)產(chǎn)生
一個(gè)已調(diào)的OFDM信號(hào)由調(diào)制在不同載波頻率 上的同個(gè)并行發(fā)射的信號(hào)組成。這些載波等間隔地位于頻域上，其間隔為 。OFDM調(diào)制器輸入的二進(jìn)制序列每K比特編為一組，以產(chǎn)生具有N個(gè)符號(hào)的數(shù)據(jù)塊{ }，這里假定 是L個(gè)可能的取值中的一個(gè)，K=N1bL。最后，每個(gè)符號(hào)調(diào)制一個(gè)不同的載波。為了并行傳輸數(shù)據(jù)塊的N個(gè)符號(hào)，不同的調(diào)制載波信號(hào)在頻率上必須正交[8]。
所有調(diào)制器使用相同的矩形波，其持續(xù)時(shí)間為T(mén)：
（4-8）
如果符號(hào) 在星座圖中的點(diǎn)用 表示，OFDM信號(hào)中有N個(gè)符號(hào)的數(shù)據(jù)塊的表達(dá)式如下[1]：
（4-9）
而相應(yīng)的復(fù)包絡(luò)是
（4-10）
其中 ，S（t）是周期為T(mén)0的周期函數(shù)。
式（4-9）中OFDM信號(hào)的數(shù)字變換相當(dāng)于傳輸式（4-10）中復(fù)數(shù)包絡(luò)的抽樣值，也就是說(shuō)傳輸序列可表示如下：
（4-11）
tc是抽樣周期。
仿真OFDM調(diào)制信號(hào)，考慮的是OFDM各個(gè)載波使用QPSK調(diào)制的情況。仿真整個(gè)發(fā)射鏈路，產(chǎn)生式（4-9）的信號(hào)。
4．3．3 OFDM仿真結(jié)果及其分析 要發(fā)射的總比特?cái)?shù)numbits； 調(diào)制信號(hào)的中心頻率fp； 抽樣頻率fc； 每個(gè)符號(hào)在其相應(yīng)載波上的傳輸時(shí)間T0； 循環(huán)前綴的持續(xù)時(shí)間TP；保護(hù)間隔時(shí)間TG， 矩形脈沖響應(yīng)的幅度為A， OFDM系統(tǒng)的子載波數(shù)N。
(1) numbits=8； fp=1e9; fc=50e9; T0=242.4e-9;
TP=60.6e-9; TG=70.1e-9; A=1; N=4;
圖4-9 OFDM-UWB信號(hào)
圖4-10 OFDM-UWB幅度譜
圖4-10中的幅度譜由子載波的幅度譜疊加而成。
(2)numbits=8； fp=1e9; fc=50e9; T0=242.4e-9;
TP=0; TG=50e-9; A=1; N=2;
圖4-11 OFDM-UWB信號(hào)圖
圖4-11 OFDM-UWB信號(hào)幅度譜
對(duì)比以上兩圖，可以看出，在同樣的時(shí)間里為了傳輸更多的符號(hào)，是以增加帶寬為代價(jià)的，也就是增加子載波的數(shù)量。
4.4 總結(jié)
通過(guò)一系列的仿真,我們可以得出以下結(jié)論:PAM、PPM兩種調(diào)制方法主要是為了進(jìn)行信息數(shù)據(jù)符號(hào)對(duì)脈沖的調(diào)制，而信號(hào)中的偽隨機(jī)TH碼和DS碼主要是為了產(chǎn)生信號(hào)的頻譜，使信號(hào)的功率譜密度在采用偽隨機(jī)碼調(diào)制后變得更加平滑，不能干擾到其它已經(jīng)存在的窄帶系統(tǒng)[9]。
OFDM具有良好的抗多徑干擾性能，通過(guò)頻率的合理選擇，能夠同現(xiàn)存的窄帶系統(tǒng)和開(kāi)放頻段的通信系統(tǒng)具有很好的共存性，同傳統(tǒng)的超寬帶系統(tǒng)相比有很大的優(yōu)勢(shì)[11]。
5 性能分析及應(yīng)用前景
5.1 脈位調(diào)制(PPM)和脈幅調(diào)制(PAM)
脈位調(diào)制(PPM)是一種利用脈沖位置承載數(shù)據(jù)信息的調(diào)制方式。按照采用的離散數(shù)據(jù)符號(hào)的狀態(tài)數(shù)可以分為二進(jìn)制PPM(2PPM)和多進(jìn)制(MPPM)。在這種調(diào)制方式中，一個(gè)脈沖重復(fù)周期內(nèi)脈沖可能出現(xiàn)的位置有2個(gè)或M個(gè)，脈沖位置與符號(hào)狀態(tài)一一對(duì)應(yīng)。根據(jù)相鄰脈位之間距離與脈沖寬度之間關(guān)系，又可分為部分重疊的PPM和正交PPM（OPPM）。在部分重疊的PPM中，為保證系統(tǒng)傳輸可靠性，通常選擇相鄰脈位互為脈沖自相關(guān)函數(shù)的負(fù)峰值點(diǎn)，從而使相鄰符號(hào)的歐氏距離最大化。在OPPM中，通常以脈沖寬度為間隔確定脈沖位置。接收機(jī)利用相關(guān)器在相應(yīng)位置進(jìn)行相干檢測(cè)。鑒于UWB系統(tǒng)的復(fù)雜度和功率限制，實(shí)際應(yīng)用中，常用的調(diào)制方式為2PPM或2OPPM[3]。
PPM的優(yōu)點(diǎn)在于：它僅需要根據(jù)數(shù)據(jù)符號(hào)控制脈沖位置，不需要進(jìn)行脈沖幅度和極性的控制，便于以較低的復(fù)雜度實(shí)現(xiàn)調(diào)制與解調(diào)。因此，PPM是UWB系統(tǒng)廣泛采用的調(diào)制方式。但是，由于PPM信號(hào)為單極性，其輻射譜中往往存在幅度較高的離散譜線。對(duì)此超寬帶信號(hào)的幅度譜仿真也證明了這一點(diǎn)。如果不對(duì)這些譜線進(jìn)行抑制，將很難滿足FCC對(duì)輻射譜的要求[10]。
脈幅調(diào)制（PAM）是數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)最為常用的調(diào)制方式之一。在UWB系統(tǒng)中，考慮到實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度和功率有效性，不宜采用多進(jìn)制PAM（MPAM）。UWB系統(tǒng)常用的PAM有兩種方式：開(kāi)關(guān)鍵控（OOK）和二進(jìn)制相移鍵控（BPSK）。前者可以采用非相干檢測(cè)降低接收機(jī)復(fù)雜度，而后者采用相干檢測(cè)可以更好地保證傳輸可靠性[3]。
當(dāng)發(fā)射能量相同時(shí)，使用二進(jìn)制PAM調(diào)制的信號(hào)可以比使用二進(jìn)制PPM調(diào)制的信號(hào)獲得更好的性能。
5.2 OFDM調(diào)制
OFDM有很多優(yōu)點(diǎn)：能夠提供較大的系統(tǒng)容量，具有較強(qiáng)的抗多徑干擾、抗頻率選擇性衰落和頻率擴(kuò)散能力，適應(yīng)多徑和移動(dòng)信道傳播條件，能夠適應(yīng)不同設(shè)計(jì)需求，靈活分配數(shù)據(jù)容量和功率，可提供靈活的高速和變速綜合數(shù)據(jù)傳輸可以實(shí)現(xiàn)較高的安全傳輸性能，允許數(shù)據(jù)在復(fù)數(shù)的高速的射頻上被編碼。由于OFDM技術(shù)的良好性能使得它在無(wú)線通信系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用[12]。
OFDM技術(shù)是將頻道資源分成若干個(gè)子信道，每個(gè)子信帶再采用一定的調(diào)制技術(shù)，提高頻率利用率。OFDM可與PPM、PAM等結(jié)合使用，將會(huì)有性能更好的調(diào)制技術(shù)出現(xiàn)。
5.3 UWB的應(yīng)用前景
超寬帶技術(shù)在通信、雷達(dá)和無(wú)線定位等領(lǐng)域都將有廣闊的應(yīng)用前景。近年來(lái)，人們對(duì)超寬帶技術(shù)深入的研究使超寬帶技術(shù)在系統(tǒng)理論、功率放大器、脈沖的產(chǎn)生與接收、同步、集成電路等方面取得了重大進(jìn)步，尤其是在超寬帶無(wú)線產(chǎn)生領(lǐng)域的技術(shù)進(jìn)步，使超寬帶通信成為無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的重要組成部分成為可能。
相對(duì)于傳統(tǒng)的窄帶無(wú)線通信系統(tǒng)，超寬帶無(wú)線產(chǎn)生系統(tǒng)具有諸多優(yōu)點(diǎn)和潛力，使超寬帶無(wú)線產(chǎn)生成為中短距無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的理想接入技術(shù)。根據(jù)產(chǎn)生速率不同，擠兌超寬帶無(wú)線傳輸系統(tǒng)也具有不同的特點(diǎn)和應(yīng)用領(lǐng)域。
利用超寬帶技術(shù)可以提供高數(shù)據(jù)率傳輸?shù)哪芰εc定位功能，可以設(shè)計(jì)依賴定位信息優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)資源管理的WPAN或WLAN，并應(yīng)用于多媒體傳輸、計(jì)算機(jī)通信和家庭娛樂(lè)等領(lǐng)域。
利用脈沖超寬帶信號(hào)對(duì)障礙物的良好穿透特性與精確測(cè)距功能，可以設(shè)計(jì)既具有通信功能也具有定位功能的超寬帶脈沖無(wú)線通信與定位系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括傳輸距離遠(yuǎn)（通信速率低）、頒布式移動(dòng)定位、便攜、超低成本、超低功耗、定位可靠性和精度高等特點(diǎn)。因而可以廣泛用于傳感器網(wǎng)絡(luò)、消防、公共安全、庫(kù)存盤(pán)點(diǎn)、人員監(jiān)護(hù)與救生等重要領(lǐng)域。利用超寬帶脈沖信號(hào)低截獲概率、保密性高和體積小的優(yōu)點(diǎn)，該系統(tǒng)還可以應(yīng)用與偵察、情報(bào)收集、傷員救護(hù)、武器制導(dǎo)等軍事領(lǐng)域[8]。
超寬帶信號(hào)具有很低的輻射功率，而這樣的輻射功率分布在某些方面GHz的頻率范圍內(nèi)，功率譜密度極低，類似白噪聲頻譜，具有低干擾、低截獲概率特性；同時(shí)由于使用窄脈沖為信號(hào)載體并采用跳時(shí)擴(kuò)頻，接收端必須已知發(fā)射端擴(kuò)頻碼的條件下才能解調(diào)出發(fā)射數(shù)據(jù)來(lái)，加上它對(duì)多徑干擾具有很好的魯棒特性，非常適合在軍事保密通信的應(yīng)用。非常低的輻射功率可以避免過(guò)量的電磁波對(duì)人體的傷害[7]。
結(jié)論
超寬帶無(wú)線通信技術(shù)是目前發(fā)展的熱門(mén)技術(shù)。它以其自身的優(yōu)點(diǎn)，被研究人員廣泛關(guān)注。超寬帶無(wú)線電技術(shù)大體包括基帶脈沖傳輸方式和帶通載波調(diào)制傳輸?shù)姆绞絻纱箢?。脈沖傳輸?shù)奶攸c(diǎn)是把信息調(diào)制在離散脈沖信號(hào)上發(fā)射，而帶通載波調(diào)制傳輸?shù)奶攸c(diǎn)則是把信息調(diào)制在正弦載波上發(fā)射。本論文是以采用基帶脈沖傳輸技術(shù)的經(jīng)典超寬帶無(wú)線電通信系統(tǒng)為基礎(chǔ)進(jìn)行研究的。
為了更好地了解超寬帶通信系統(tǒng)，本文先概括地介紹了超寬帶無(wú)線通信的基礎(chǔ)知識(shí)。接著將仿真的基本工具M(jìn)ATLAB的使用說(shuō)明簡(jiǎn)單介紹。然后，重點(diǎn)介紹超寬帶通信的調(diào)制方式，主要包括對(duì)TH-PPM、DS-PAM和OFDM調(diào)制方式的介紹，并通過(guò)仿真圖像加以對(duì)比，說(shuō)明調(diào)制方式的優(yōu)缺點(diǎn)。
常采用不同的調(diào)制方案，對(duì)系統(tǒng)傳輸速率、搞多徑干擾能力有很大影響。對(duì)它們進(jìn)行分析比較，對(duì)系統(tǒng)調(diào)制信號(hào)的設(shè)計(jì)具有一定的參考意義。通常，在一個(gè)通信系統(tǒng)中，應(yīng)用何種調(diào)制方式不僅要看調(diào)制方式本身性能，還要根據(jù)系統(tǒng)總的設(shè)計(jì)加以考慮。
參考文獻(xiàn)
[1]葛利嘉，朱林，袁曉芳，陳幫富，超寬帶無(wú)線電基礎(chǔ)，電子工業(yè)出版社，2005，1~110
[2]葛利嘉，曾凡鑫，劉郁林，岳光榮，超寬帶無(wú)線通信，國(guó)防工業(yè)出版社，2005，76~107
[3]常遠(yuǎn)，UWB無(wú)線通信系統(tǒng)信號(hào)產(chǎn)生和調(diào)制技術(shù)的研究，哈爾濱工程大學(xué)優(yōu)秀碩士論文，2006
[4]朱慧，蘇銳，超寬帶技術(shù)概述，信息技術(shù)，2006
[5]武海斌，超寬帶無(wú)線通信技術(shù)的研究，無(wú)線電工程，2003
[6]徐征，UWB超寬帶無(wú)線通信技術(shù)，中國(guó)電力教育2006年研究綜述與論壇專刊，2006
[7]張新躍，沈樹(shù)群，UWB超寬帶無(wú)線通信技術(shù)及其發(fā)展前景，數(shù)據(jù)通信，2004
[8]張?jiān)阼。吂鈬?guó)，超寬帶無(wú)線通信技術(shù)及其應(yīng)用，技術(shù)視點(diǎn)，2004
[9]牛?模?禾危??澩?尷咄ㄐ畔低車牡髦品絞窖芯浚?繾又柿浚?004
[10]邵懷宗，李玉柏，彭啟琮，馬永，時(shí)間脈沖位置調(diào)制的超寬帶無(wú)線通信，系統(tǒng)工程與電子技術(shù)，2003
[11] Jeffrey H.Miller,”Why UWB? A Review of Ultrawideband Technology”, NETEX
我校交通工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)可分為畢業(yè)設(shè)計(jì)及畢業(yè)論文兩類。選題的來(lái)源一般為教師自擬題目或科研項(xiàng)目中的某一部分，選題總體來(lái)說(shuō)比較豐富，包括交通工程各領(lǐng)域，如交通設(shè)計(jì)、道路設(shè)計(jì)、道路橋梁結(jié)構(gòu)分析等?？傮w上而言，我校交通工程專業(yè)選題范圍較廣，基本上涉及到了交通工程的各個(gè)方面，且與學(xué)生的就業(yè)方向具有較好的相關(guān)性。但由于指導(dǎo)教師專業(yè)方向的限制，學(xué)生能力的限制以及教學(xué)條件的限制，學(xué)生選題的自由度實(shí)際上不大。在設(shè)計(jì)類題目中，“交通設(shè)施設(shè)計(jì)”中采用的題目大多就有很強(qiáng)的工程背景或?qū)嶋H背景，如“建設(shè)一路公路改造設(shè)計(jì)”。此類題目由于具有很強(qiáng)的工程背景，可以為學(xué)生提供比較全面的資料，如實(shí)際的地形圖、地勘報(bào)告等，學(xué)生參與的興趣較高，而題目又涉及到實(shí)際工程中各方面問(wèn)題，若師生之間能進(jìn)行良好的互動(dòng)，可取得更好的教學(xué)效果?！敖煌ㄔO(shè)計(jì)”則主要針對(duì)道路交叉口或者一定區(qū)域內(nèi)的道路網(wǎng)進(jìn)行交通分析，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行交通優(yōu)化設(shè)計(jì)，如“武漢市二環(huán)東段道路出入口控制設(shè)計(jì)”。此類題目一般以實(shí)際問(wèn)題為依托，學(xué)生需要自己采集交通數(shù)據(jù)及道路數(shù)據(jù)，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行交通模擬分析并對(duì)原設(shè)計(jì)方案進(jìn)行優(yōu)化?！敖煌ㄐ畔ⅰ眲t主要涉及到信息工程在交通領(lǐng)域的應(yīng)用，如“基于Sketch-up的校園三維場(chǎng)景模型的構(gòu)建”，此類選題需要學(xué)生有一定的專業(yè)軟件能力，具有較強(qiáng)的應(yīng)用性。論文類題目中也可分為3個(gè)方面，分別為“結(jié)構(gòu)與材料性能”、“交通策略”和“交通信息”。一般而言，畢業(yè)論文涉及到的專業(yè)知識(shí)相對(duì)而言較少，一般僅對(duì)某一門(mén)課程中一方面的問(wèn)題開(kāi)展研究。其一方面需要學(xué)生有扎實(shí)的專業(yè)基礎(chǔ)，另一方面要求學(xué)生有一定的科研能力，因此論文在全部設(shè)計(jì)中占有的比例不宜過(guò)大，本專業(yè)要求一般不高于20%。
2交通工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)中面臨的一些問(wèn)題
由于交通工程專業(yè)是一個(gè)較新的綜合性學(xué)科，目前很多高校在教學(xué)目標(biāo)上存在一定的差異，其畢業(yè)設(shè)計(jì)要求及教學(xué)方法也存在很大的差異。我校交通工程專業(yè)在借鑒其他高校教學(xué)方法基礎(chǔ)上，每年都會(huì)根據(jù)實(shí)際情況對(duì)畢業(yè)設(shè)計(jì)的教學(xué)方法及管理方法進(jìn)行必要調(diào)整。但在畢業(yè)設(shè)計(jì)過(guò)程中仍然存在不少的問(wèn)題，具體如下：
（1）教學(xué)條件有待完善。主要表現(xiàn)在幾個(gè)方面：首先畢業(yè)設(shè)計(jì)指導(dǎo)教師的指導(dǎo)時(shí)間投入不足，主要是由于畢業(yè)設(shè)計(jì)時(shí)間過(guò)于集中，而學(xué)校的師資力量有限，影響了畢業(yè)設(shè)計(jì)的質(zhì)量。此外，學(xué)校對(duì)畢業(yè)設(shè)計(jì)重視程度仍然有待提高；其次，部分教師本身缺乏一定的工程經(jīng)驗(yàn)，因此很難解決畢業(yè)設(shè)計(jì)中出現(xiàn)的問(wèn)題，這也影響了畢業(yè)設(shè)計(jì)的質(zhì)量；最后，學(xué)校在教學(xué)設(shè)備及教學(xué)經(jīng)費(fèi)上的投入非常有限，嚴(yán)重影響了畢業(yè)設(shè)計(jì)的質(zhì)量。實(shí)驗(yàn)設(shè)備及經(jīng)費(fèi)的缺乏造成很多實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目及調(diào)研考察無(wú)法開(kāi)展，畢業(yè)設(shè)計(jì)只能避實(shí)就虛，影響了學(xué)生的積極性。
（2）畢業(yè)設(shè)計(jì)選題局限性很大。學(xué)校規(guī)定畢業(yè)設(shè)計(jì)選題由學(xué)生及指導(dǎo)教師共同完成，但實(shí)際上操作起來(lái)具有很大的難度。實(shí)際操作中一般各教師按照指導(dǎo)學(xué)生人數(shù)擬定畢業(yè)設(shè)計(jì)題目再由學(xué)生自主選擇，學(xué)生在選題方面的自由度很小。部分學(xué)校要求畢業(yè)設(shè)計(jì)題目的擬定以學(xué)生為主也是不可取的，一方面學(xué)生的專業(yè)水平有限，缺乏實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，很難擬定出符合要求的畢業(yè)設(shè)計(jì)題目，另一方面，本專業(yè)作為工程學(xué)科，畢業(yè)設(shè)計(jì)中如果與實(shí)際工程結(jié)合起來(lái)，效果更好，學(xué)生顯然不具備此條件。
（3）畢業(yè)生就業(yè)影響了畢業(yè)設(shè)計(jì)質(zhì)量。大學(xué)生就業(yè)壓力越來(lái)越大，而學(xué)生的就業(yè)率作為學(xué)科建設(shè)的一個(gè)重要考核目標(biāo)，使得學(xué)校必須為學(xué)生的就業(yè)提供各種便利。而畢業(yè)設(shè)計(jì)時(shí)間上與學(xué)生找工作的時(shí)間基本上重合，這必然對(duì)畢業(yè)設(shè)計(jì)教學(xué)秩序造成嚴(yán)重影響。
（4）學(xué)校對(duì)畢業(yè)設(shè)計(jì)的管理力度不夠。一般來(lái)說(shuō)，學(xué)校對(duì)畢業(yè)設(shè)計(jì)都有較為嚴(yán)格的管理?xiàng)l例，但作為全校性的管理?xiàng)l例必然不可過(guò)于細(xì)致，同時(shí)學(xué)校在管理?xiàng)l例的執(zhí)行上也不夠嚴(yán)格規(guī)范。其具體表現(xiàn)在幾個(gè)方面：一方面學(xué)校對(duì)教師的指導(dǎo)管理不夠，教師對(duì)畢業(yè)設(shè)計(jì)的指導(dǎo)僅依靠責(zé)任心維持；另一方面，學(xué)校對(duì)教師缺乏必要的業(yè)務(wù)指導(dǎo)，部分教師在業(yè)務(wù)水平方面的缺陷必然影響了畢業(yè)設(shè)計(jì)的質(zhì)量；此外，畢業(yè)設(shè)計(jì)管理過(guò)程中，對(duì)畢業(yè)設(shè)計(jì)工作量的標(biāo)準(zhǔn)有待完善。
（5）畢業(yè)設(shè)計(jì)工作量的標(biāo)準(zhǔn)不合理。目前我校對(duì)畢業(yè)設(shè)計(jì)工作量的要求主要以字?jǐn)?shù)為準(zhǔn)，其它要求過(guò)于松散。實(shí)際執(zhí)行過(guò)程中以指導(dǎo)教師要求為準(zhǔn)，這造成了畢業(yè)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的不統(tǒng)一。部分教師要求較高，學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)工作量很大，而另外一些教師要求較低則學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)工作量很小。過(guò)高工作量使得學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)壓力過(guò)大，而過(guò)低的工作量則不足以完成既定的教學(xué)目標(biāo)，兩者都不利于教學(xué)效果的提高。
3交通工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)的幾點(diǎn)建議
基于畢業(yè)設(shè)計(jì)在本科教學(xué)體系中的重要性，如何提高畢業(yè)設(shè)計(jì)的教學(xué)質(zhì)量從而提高本科畢業(yè)生的整體素質(zhì)是教學(xué)改革的重點(diǎn)內(nèi)容。
（1）加強(qiáng)科研工作與畢業(yè)設(shè)計(jì)教學(xué)的結(jié)合。指導(dǎo)教師在畢業(yè)設(shè)計(jì)選題階段中應(yīng)盡量選擇難度相對(duì)較低的科研項(xiàng)目，以橫向科研項(xiàng)目為主，可由學(xué)生完成協(xié)助科研工作的某一部分，如交叉口的調(diào)查及交通控制的模擬。盡量將學(xué)生的工作納入科研團(tuán)隊(duì)的工作之中，這樣才能真正起到教學(xué)與科研的互相促進(jìn)作用。
（2）建立更加完善的畢業(yè)設(shè)計(jì)選題體系。教師在確定畢業(yè)設(shè)計(jì)選題時(shí)，應(yīng)充分考慮學(xué)生的興趣及就業(yè)去向。為了保證學(xué)生選題的自由度，應(yīng)改變?cè)械囊粚?duì)一的選題模式及有多少學(xué)生選擇多少題目，一個(gè)學(xué)生面對(duì)一名指導(dǎo)教師的模式。畢業(yè)設(shè)計(jì)題目總數(shù)應(yīng)不少于2倍的學(xué)生數(shù)，同時(shí)每名畢業(yè)設(shè)計(jì)學(xué)生可安排；兩名指導(dǎo)教師（包括一名指導(dǎo)教師以及一名專業(yè)輔導(dǎo)教師），這樣既可以保證學(xué)生選題的自由度，可很好地解決教師的專業(yè)方向的局限。
（3）提前開(kāi)題，合理優(yōu)化畢業(yè)設(shè)計(jì)時(shí)間。由于畢業(yè)設(shè)計(jì)時(shí)間與學(xué)生就業(yè)存在一定的沖突，為了保障畢業(yè)設(shè)計(jì)的進(jìn)度與質(zhì)量，可適當(dāng)延長(zhǎng)畢業(yè)設(shè)計(jì)時(shí)間，將畢業(yè)設(shè)計(jì)的開(kāi)題時(shí)間提前到第七學(xué)期初。學(xué)生在第七學(xué)期中教學(xué)任務(wù)不重，這樣學(xué)生有充足的時(shí)間進(jìn)行畢業(yè)設(shè)計(jì)文獻(xiàn)收集及閱讀，同時(shí)也減少了學(xué)生在最后一學(xué)期的畢業(yè)設(shè)計(jì)與工作的雙重壓力。此外，畢業(yè)設(shè)計(jì)時(shí)間的延長(zhǎng)有利于畢業(yè)設(shè)計(jì)水平的整體提高。
（4）加強(qiáng)管理，建立完善的畢業(yè)設(shè)計(jì)質(zhì)量控制體系。加強(qiáng)畢業(yè)設(shè)計(jì)的管理工作，在畢業(yè)設(shè)計(jì)開(kāi)始階段，教師應(yīng)根據(jù)畢業(yè)設(shè)計(jì)內(nèi)容的特點(diǎn)，指導(dǎo)學(xué)生完成畢業(yè)設(shè)計(jì)的進(jìn)度安排表，具體工作應(yīng)落實(shí)到每周。學(xué)生在每個(gè)階段必須完成既定的工作，及時(shí)匯報(bào)畢業(yè)設(shè)計(jì)的進(jìn)度，保證按時(shí)按量完成畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)。
4結(jié)語(yǔ)
1.畢業(yè)設(shè)計(jì)內(nèi)容較為單一，題目重復(fù)率高。
目前高校環(huán)境工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)所采用的模式基本是先由指導(dǎo)教師列出題目，再由學(xué)生進(jìn)行選擇。然而由于有些教師手中掌握的工程技術(shù)資料有限，所指導(dǎo)學(xué)生數(shù)量又多，選題經(jīng)常是使用多年的陳舊課題，有的甚至幾年都用一樣的題目，缺乏創(chuàng)新，重復(fù)率高。另外，由于不同高校的學(xué)科特色不同，環(huán)境工程專業(yè)的研究重點(diǎn)也各有差異，有些高校畢業(yè)設(shè)計(jì)題目主要集中在水處理方面，而大氣、土壤和固廢方面的設(shè)計(jì)題目相對(duì)較少；有些高校側(cè)重于固廢及土壤方面的研究，大氣及水處理方面研究相對(duì)較少。這就導(dǎo)致了畢業(yè)設(shè)計(jì)課題不夠全面，難以體現(xiàn)專業(yè)特色。
2.學(xué)生對(duì)畢業(yè)設(shè)計(jì)不夠重視，投入精力不足。
目前大部分高校的培養(yǎng)方案中把畢業(yè)設(shè)計(jì)安排在最后一個(gè)學(xué)期，而這一學(xué)期，又是畢業(yè)生找工作的關(guān)鍵時(shí)期。在高校擴(kuò)招的總體趨勢(shì)下，近幾年來(lái)畢業(yè)生數(shù)量連年創(chuàng)新高，導(dǎo)致學(xué)生的就業(yè)壓力逐年增加，在激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)下，學(xué)生們不得不花費(fèi)大量的時(shí)間精力在擇業(yè)就業(yè)上。同時(shí)，一部分學(xué)生選擇繼續(xù)深造，將主要精力放在了研究生復(fù)試及一些其他考試上。而學(xué)校經(jīng)常把就業(yè)率和考研率作為衡量一個(gè)專業(yè)建設(shè)好壞的重要指標(biāo)，導(dǎo)致部分學(xué)生對(duì)畢業(yè)設(shè)計(jì)的重視程度和精力投入不夠。很多學(xué)生認(rèn)為自己找到了工作單位，畢業(yè)設(shè)計(jì)已經(jīng)無(wú)關(guān)緊要了，應(yīng)付心態(tài)嚴(yán)重。有些同學(xué)經(jīng)常是東拼西湊，草草完成畢業(yè)設(shè)計(jì)，其結(jié)果就是使畢業(yè)設(shè)計(jì)流于形式，難以達(dá)到鍛煉學(xué)生分析解決問(wèn)題的能力和培養(yǎng)綜合素質(zhì)的效果。
3.師資缺乏，配套設(shè)施不足。
有些院校平均每位教師要指導(dǎo)十多名學(xué)生的畢業(yè)設(shè)計(jì)。很多教師除了指導(dǎo)畢業(yè)設(shè)計(jì)外，還要完成繁重的課堂教學(xué)任務(wù)和其他科研任務(wù)，所以指導(dǎo)教師根本不可能對(duì)每個(gè)學(xué)生都做到面面俱到的監(jiān)督和指導(dǎo)。這就造成了一些學(xué)生的松懈，從而影響畢業(yè)設(shè)計(jì)的質(zhì)量。同時(shí)，一些帶畢業(yè)論文的教師通常需要學(xué)生進(jìn)行幾個(gè)月的實(shí)驗(yàn)研究，由于學(xué)校實(shí)驗(yàn)設(shè)備比較陳舊，一些設(shè)備出現(xiàn)了老化和故障，嚴(yán)重影響了實(shí)驗(yàn)的進(jìn)度和實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性，進(jìn)而影響畢業(yè)論文的質(zhì)量。
4.畢業(yè)設(shè)計(jì)評(píng)定流于形式化。
畢業(yè)設(shè)計(jì)教學(xué)環(huán)節(jié)通常包括選題、開(kāi)題報(bào)告、中期檢查和畢業(yè)答辯等。學(xué)生的畢業(yè)設(shè)計(jì)成績(jī)主要取決于答辯成績(jī)。而學(xué)生畢業(yè)答辯一般安排在學(xué)生離校前幾天，所以答辯中即便發(fā)現(xiàn)一些問(wèn)題，學(xué)生也不會(huì)再多花時(shí)間去修改。答辯組對(duì)于學(xué)生的評(píng)分，最低只給到及格，一般不會(huì)給學(xué)生不及格，答辯過(guò)程形式大于內(nèi)容。這就使得學(xué)生們從思想上到行動(dòng)上都對(duì)畢業(yè)設(shè)計(jì)不夠重視。
5.畢業(yè)設(shè)計(jì)經(jīng)費(fèi)支撐不足。
目前多數(shù)高校普遍存在經(jīng)費(fèi)不足的問(wèn)題。由于多數(shù)畢業(yè)設(shè)計(jì)的題目均為陳舊的課題，并無(wú)直接的經(jīng)費(fèi)支撐，同時(shí)學(xué)校針對(duì)畢業(yè)設(shè)計(jì)提供的專項(xiàng)經(jīng)費(fèi)數(shù)量有限，進(jìn)一步限制了設(shè)計(jì)資料及試驗(yàn)條件等方面的支持，從而影響學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)實(shí)際針對(duì)性，難以保證質(zhì)量。
二、環(huán)境工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)改革建議
1.廣泛收集資料，豐富畢業(yè)設(shè)計(jì)選題。
科學(xué)合理地確定畢業(yè)設(shè)計(jì)選題，是保證畢業(yè)設(shè)計(jì)水平的先決條件。從選題內(nèi)容上，根據(jù)環(huán)境工程專業(yè)的特點(diǎn)，畢業(yè)論文應(yīng)涵蓋水污染控制工程、大氣污染控制工程、土壤污染控制工程、生態(tài)工程及環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)等各個(gè)方面。從選題方式上，畢業(yè)設(shè)計(jì)選題應(yīng)與學(xué)生擇業(yè)方向相結(jié)合，與科研和工程項(xiàng)目相結(jié)合，與企業(yè)相結(jié)合，以學(xué)生自由選題為主，結(jié)合學(xué)生自己的興趣、特長(zhǎng)及今后從事工作的需要自主選題。
2.靈活安排畢業(yè)設(shè)計(jì)時(shí)間，加強(qiáng)與學(xué)生間的互動(dòng)。
針對(duì)畢業(yè)設(shè)計(jì)時(shí)間安排在學(xué)生時(shí)間精力均不足的第八學(xué)期的問(wèn)題，可以改變畢業(yè)設(shè)計(jì)的固定組織形式，靈活利用時(shí)間來(lái)組織畢業(yè)設(shè)計(jì)。例如可以考慮把畢業(yè)設(shè)計(jì)分兩個(gè)學(xué)期進(jìn)行：不考研的學(xué)生在第七學(xué)期進(jìn)行，考研的學(xué)生在第八學(xué)期進(jìn)行。部分學(xué)生也可在第五和第六學(xué)期通過(guò)參與教師的科研課題或開(kāi)放實(shí)驗(yàn)，提前完成畢業(yè)設(shè)計(jì)。這種方式就避免了畢業(yè)設(shè)計(jì)時(shí)間集中以及每位老師短時(shí)間內(nèi)所帶學(xué)生較多的問(wèn)題。另外，畢業(yè)設(shè)計(jì)是學(xué)生將四年的知識(shí)積累運(yùn)用到實(shí)際應(yīng)用中的一個(gè)過(guò)程，需要學(xué)生們細(xì)心地分析選題，進(jìn)行資料調(diào)研，運(yùn)用所學(xué)知識(shí)尋找解決問(wèn)題的方法，這個(gè)過(guò)程需要教師精心的指導(dǎo)，因此師生間的互動(dòng)非常關(guān)鍵。指導(dǎo)教師應(yīng)該根據(jù)每個(gè)學(xué)生的具體情況，每周對(duì)學(xué)生進(jìn)行指導(dǎo)，并在畢業(yè)設(shè)計(jì)過(guò)程中不定期檢查學(xué)生設(shè)計(jì)的進(jìn)展，及時(shí)發(fā)現(xiàn)學(xué)生的問(wèn)題，并進(jìn)行指導(dǎo)，保證學(xué)生高質(zhì)量地完成設(shè)計(jì)。
3.加大教學(xué)投入，提高教師的專業(yè)技術(shù)水平。
學(xué)校應(yīng)為保障學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)的質(zhì)量投入更多的教學(xué)設(shè)備，將機(jī)房和實(shí)驗(yàn)室較大程度地向?qū)W生開(kāi)放，以保證學(xué)生有足夠的時(shí)間完成實(shí)驗(yàn)和設(shè)計(jì)。另外還應(yīng)對(duì)指導(dǎo)畢業(yè)設(shè)計(jì)的教師進(jìn)行培訓(xùn)和考核，提高教師的專業(yè)技術(shù)水平，努力打造一支既有專業(yè)知識(shí)，又懂輔助技術(shù)，同時(shí)善于聯(lián)系實(shí)際的優(yōu)秀教師隊(duì)伍。
4.加強(qiáng)管理，改革畢業(yè)設(shè)計(jì)的考核方式。
雖然在畢業(yè)設(shè)計(jì)的各個(gè)環(huán)節(jié)都有相應(yīng)的管理措施，但在實(shí)際實(shí)施中常流于形式。要加強(qiáng)畢業(yè)設(shè)計(jì)的管理，首先要進(jìn)行學(xué)風(fēng)教育，使學(xué)生認(rèn)識(shí)到畢業(yè)設(shè)計(jì)的重要性。最重要的是要嚴(yán)把答辯關(guān)，要嚴(yán)格答辯程序，避免答辯走過(guò)場(chǎng)的現(xiàn)場(chǎng)。對(duì)于達(dá)不到要求的設(shè)計(jì)，堅(jiān)決不給予通過(guò)，營(yíng)造良好的學(xué)風(fēng)。同時(shí)，改革畢業(yè)設(shè)計(jì)的考核方式，研究制定科學(xué)高效的評(píng)分機(jī)制，對(duì)于平時(shí)設(shè)計(jì)過(guò)程中不按時(shí)完成各項(xiàng)任務(wù)的學(xué)生可給予相應(yīng)的減分，提高指導(dǎo)教師打分的比例。
三、結(jié)語(yǔ)
隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的蓬勃發(fā)展和廣泛應(yīng)用，計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)管理也日趨普及。計(jì)算機(jī)輔助高等教育評(píng)估是其中一個(gè)比較新的分支，它的出現(xiàn)不僅改善了教育評(píng)估方式，而且有力地促進(jìn)了傳統(tǒng)教育評(píng)估方法向高效率、高質(zhì)量和更加準(zhǔn)確可靠的方向轉(zhuǎn)變，促進(jìn)了教育評(píng)估系統(tǒng)的改革，推動(dòng)了教育評(píng)估方法的更新。教育評(píng)估是高等教育活動(dòng)中一個(gè)非常重要的方面。而建筑工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)工作則是本科生培養(yǎng)中一個(gè)至關(guān)重要的環(huán)節(jié)，做好本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)評(píng)估工作，有助于改進(jìn)建筑工程專業(yè)本科生的培養(yǎng)。遺憾的是，多年來(lái)對(duì)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)評(píng)估工作普遍重視不夠，或者雖然重視，卻僅僅停留在定性評(píng)價(jià)的階段，缺乏準(zhǔn)確可靠的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，所有這些都不同程度地影響了本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)工作的質(zhì)量。在這種情況下，將計(jì)算機(jī)引人本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文）評(píng)估活動(dòng)中來(lái)，可以大大改善這種狀況。計(jì)算機(jī)具有存儲(chǔ)量大、可連續(xù)工作等特點(diǎn)，而且利用計(jì)算機(jī)處理評(píng)估材料，獲得評(píng)估結(jié)果，具有速度快、效率高、結(jié)果可靠的特點(diǎn)，只要指標(biāo)體系建立合理，計(jì)算機(jī)能不受任何人為因素的干擾，提供給教學(xué)管理人員實(shí)事求是的結(jié)果，成為他們工作中得力的助手。為此，我們開(kāi)發(fā)研制了建筑工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)計(jì)算機(jī)輔助評(píng)估預(yù)測(cè)系統(tǒng)（以下簡(jiǎn)稱評(píng)估預(yù)測(cè)系統(tǒng))。
二、評(píng)估預(yù)測(cè)系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)研制
(一）基本原理與方法
如何實(shí)現(xiàn)評(píng)估過(guò)程從定性到定量的轉(zhuǎn)變，是開(kāi)發(fā)研制該系統(tǒng)的關(guān)鍵所在。我們依據(jù)高等教育評(píng)估的原理，采用模糊綜合評(píng)價(jià)的基本原理和方法，給出了建筑工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)評(píng)估的量化模型，具體步驟如下：
1.建立畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文）評(píng)估指標(biāo)體系。一級(jí)指標(biāo)分為教師、學(xué)生、選題、客觀條件四個(gè)方面。各方面再細(xì)分則為二級(jí)指標(biāo)，如：教師方面分為準(zhǔn)備工作、課堂講授、出勤率、答疑情況、教學(xué)方式、教師職稱等六個(gè)方面；學(xué)生方面分為學(xué)習(xí)態(tài)度、平時(shí)成績(jī)、計(jì)算書(shū)完成情況、圖紙完成情況、創(chuàng)新情況、譯文完成情況等六個(gè)方面；選題方面分為結(jié)構(gòu)類型、課題新穎程度、計(jì)算機(jī)應(yīng)用合理程度、題目性質(zhì)、外文資料、創(chuàng)新性等六個(gè)方面；客觀條件分為設(shè)計(jì)教室、繪圖儀器及圖板、機(jī)房及出圖設(shè)施、每位教師指導(dǎo)學(xué)生人數(shù)等四個(gè)方面。
2. 設(shè)立評(píng)價(jià)等級(jí)V，V=1好(VI)，較好(V2)，—般(V3)，較差(V4)|。
3. 構(gòu)造單因素評(píng)判矩陣R，
其中，R中每一個(gè)元素rij表示第i個(gè)評(píng)價(jià)因素對(duì)第j個(gè)評(píng)價(jià)等級(jí)的隸屬度。
4. 設(shè)立各評(píng)價(jià)因素權(quán)重集A，例：一級(jí)指標(biāo)權(quán)重集八=(0_35，0.35，0.15，0_15)，八的取值可根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，并依據(jù)以往各屆畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文）評(píng)估結(jié)果經(jīng)反復(fù)試算確定。
5.計(jì)算綜合評(píng)判矩陣
6.對(duì)各級(jí)指標(biāo)體系重復(fù)步驟
7.計(jì)算測(cè)評(píng)結(jié)果
求得最終評(píng)判矩陣B該量化模型針對(duì)畢業(yè)生總體進(jìn)行評(píng)估，評(píng)價(jià)畢業(yè)生的綜合質(zhì)量，改變了過(guò)去僅片面地對(duì)個(gè)人進(jìn)行評(píng)估的狀況。
(二）評(píng)估預(yù)測(cè)系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)開(kāi)發(fā)語(yǔ)言
系統(tǒng)采用流行的Windows人機(jī)交互式界面，力爭(zhēng)做到界面友好，操作方便。根據(jù)本系統(tǒng)的特點(diǎn)和具體要求，我們選用了Windows環(huán)境下的VisualBasic5.0可視化編程語(yǔ)言開(kāi)發(fā)本系統(tǒng)。VisualBasic5.0是微軟公司開(kāi)發(fā)的功能十分強(qiáng)大而又簡(jiǎn)單易用的可視化編程環(huán)境，編程速度快，界面質(zhì)量高，是編寫(xiě)Windows應(yīng)用程序的最佳選擇。使用VisualBa?sic語(yǔ)言開(kāi)發(fā)本系統(tǒng)充分體現(xiàn)了本系統(tǒng)處理數(shù)據(jù)、信息快捷方便的特點(diǎn)。
(三）評(píng)估預(yù)測(cè)系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)
在Windows操作系統(tǒng)下安裝本系統(tǒng)后，啟動(dòng)系統(tǒng)，進(jìn)人主菜單，依據(jù)界面提示您就可以輕松完成評(píng)估工作，系統(tǒng)主框圖如下：
三、評(píng)估預(yù)測(cè)系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)
1. 量化評(píng)估，提前預(yù)測(cè)，動(dòng)態(tài)管理。該計(jì)算機(jī)輔助評(píng)估預(yù)測(cè)系統(tǒng)能夠?qū)Ξ厴I(yè)設(shè)計(jì)(論文)工作方案可能取得的效果進(jìn)行預(yù)測(cè)。教學(xué)管理人員只要依據(jù)該系統(tǒng)的提示輸人各項(xiàng)有關(guān)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)工作方案的參數(shù)，系統(tǒng)隨即能計(jì)算出畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)工作的成績(jī)，從而對(duì)各項(xiàng)工作方案的結(jié)果作出預(yù)測(cè)。通過(guò)反復(fù)改變參數(shù)——計(jì)算成績(jī)，教學(xué)管理人員就能夠發(fā)現(xiàn)各種方案的優(yōu)缺點(diǎn)，即哪一項(xiàng)安排對(duì)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)工作是有利的，如果實(shí)施下去會(huì)取得好的工作效果；哪一項(xiàng)安排對(duì)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)工作是不利的，實(shí)施下去必將導(dǎo)致畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)工作成績(jī)下滑。這種預(yù)測(cè)如果安排在畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)工作開(kāi)始之前，管理者就能有效地對(duì)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)方案進(jìn)行調(diào)整，從而獲得滿意的效果。我們將99屆與往屆的工作方案作了一下比較，發(fā)現(xiàn)由于老教授退休較多，本次畢業(yè)設(shè)計(jì)年輕教師比例上升，但年輕教師職稱偏低，講師居多，教授、副教授比例嚴(yán)重下降，用該系統(tǒng)初步預(yù)測(cè)發(fā)現(xiàn)畢業(yè)設(shè)計(jì)整體質(zhì)量將要下滑。根據(jù)這個(gè)信息，系學(xué)術(shù)委員會(huì)馬上采取措施，對(duì)年輕教師提出更高要求：指導(dǎo)教師中講師一級(jí)必須具有碩士學(xué)歷，且應(yīng)有一定的工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，在課題選擇及指導(dǎo)上必須具有較強(qiáng)的創(chuàng)新性，最后經(jīng)系學(xué)術(shù)委員會(huì)嚴(yán)格審查后方可上崗。再用本系統(tǒng)預(yù)測(cè)后發(fā)現(xiàn)，畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)工作最終得分并未降低，反而稍有提高。目前，99屆畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)工作已經(jīng)結(jié)束，最終得分的確較98屆有所提高，與系統(tǒng)預(yù)測(cè)結(jié)果吻合較好。
2. 有效監(jiān)督，對(duì)癥下藥。畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文）工作進(jìn)行到中期時(shí)，系里為了加強(qiáng)對(duì)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文）工作的監(jiān)督管理，一般要求安排一次中期檢查。該檢查能發(fā)現(xiàn)一些問(wèn)題，但對(duì)這些問(wèn)題造成的結(jié)果卻很難預(yù)知。這樣的話，發(fā)現(xiàn)缺點(diǎn)往往不能及時(shí)糾正，任其發(fā)展下去必將導(dǎo)致不良后果。這時(shí)，如果用該計(jì)算機(jī)輔助評(píng)估預(yù)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行一下“中期評(píng)估”，各種問(wèn)題可能導(dǎo)致的結(jié)果將一覽無(wú)遺，且該系統(tǒng)會(huì)幫助教學(xué)管理人員清楚地發(fā)現(xiàn)各種導(dǎo)致畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文）工作成績(jī)偏低的原因，從而有針對(duì)性地，高效率地對(duì)缺點(diǎn)進(jìn)行糾正，對(duì)優(yōu)點(diǎn)給予肯定，保證畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)工作順利進(jìn)行，最終取得優(yōu)異成績(jī)。例如，99屆某老師所帶設(shè)計(jì)組，由于指導(dǎo)教師出勤率過(guò)低，中期檢查時(shí)系統(tǒng)評(píng)估預(yù)測(cè)該設(shè)計(jì)小組成績(jī)偏低，系領(lǐng)導(dǎo)馬上對(duì)指導(dǎo)教師進(jìn)行了批評(píng)教育。由于糾正及時(shí)，最終這個(gè)小組成績(jī)達(dá)到了總體平均成績(jī)。
3.總結(jié)校核，公平合理。畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文）工作結(jié)束后，系里要對(duì)指導(dǎo)教師、學(xué)生的工作學(xué)習(xí)成績(jī)進(jìn)行評(píng)定。由于諸多非客觀因素的影響，結(jié)果往往難以做到公平合理。此時(shí)借助該系統(tǒng)對(duì)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)工作的成績(jī)進(jìn)行校核評(píng)估，可使畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)成績(jī)?cè)u(píng)定1：作更加公平合理。該軟件是“誠(chéng)實(shí)的檢查官”，只要輸入的各項(xiàng)參數(shù)正確，系統(tǒng)將實(shí)事求是地予以評(píng)分，這就摒棄了人為因素的干擾。
據(jù)教育部高教司理工處處長(zhǎng)李茂國(guó)介紹，在國(guó)內(nèi)高校中，工科學(xué)生占到大學(xué)在校生總數(shù)的30%。我國(guó)工科教育每年在校大學(xué)生人數(shù)約為700萬(wàn)，相比美國(guó)的幾十萬(wàn)、英國(guó)的十幾萬(wàn)，是個(gè)不折不扣的“世界第一”工程教育大國(guó)。
然而，我國(guó)工程應(yīng)用人才正遭遇一系列問(wèn)題：工科院校、工科專業(yè)的培養(yǎng)偏向于學(xué)術(shù)化、理論化，工程人才培養(yǎng)中企業(yè)的作用明顯缺失。而且老師都因循“學(xué)?！獙W(xué)校”路徑而來(lái)，缺乏足夠的工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。更注重科研的教學(xué)模式，讓大部分工科生喪失了最基本的工程實(shí)踐能力，也使這個(gè)“世界第一”缺乏國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力。
工程人才密切關(guān)系著國(guó)家的實(shí)體經(jīng)濟(jì)，為此，教育部在今年6月啟動(dòng)了“卓越工程師計(jì)劃”試點(diǎn)。在由教育部舉辦的此次交流會(huì)上，上海交大、清華、浙大等近20所高校就各自近期的探索進(jìn)行了研討。
記者獲悉，這一培養(yǎng)計(jì)劃將全面啟動(dòng)，教育部今年已篩選61所高校參加試點(diǎn)，共涉及283個(gè)專業(yè)點(diǎn)，目前已經(jīng)加入“卓越工程師計(jì)劃”的在校生人數(shù)達(dá)3萬(wàn)余名。預(yù)計(jì)今后十年間，每年都將有10%（約10萬(wàn)人）的工科專業(yè)本科生，以及50%（約6萬(wàn)人）的工科研究生納入到培養(yǎng)計(jì)劃。
畢業(yè)論文是教學(xué)環(huán)節(jié)中很重要的一個(gè)部分，是考察學(xué)生綜合使用所學(xué)理論知識(shí)的一個(gè)應(yīng)用能力，發(fā)現(xiàn)和解決問(wèn)題的能力也得到了重要體現(xiàn)。比如土木工程專業(yè)的學(xué)生，就能獲得在施工單位從方案環(huán)節(jié)到施工的整個(gè)過(guò)程的鍛煉，然后把這些理論和實(shí)踐都融匯到土木工程畢業(yè)論文中去。
通過(guò)畢業(yè)設(shè)計(jì)這一重要的教學(xué)環(huán)節(jié)，培養(yǎng)土木工程專業(yè)本科畢業(yè)生正確的理論聯(lián)系實(shí)際的工作作風(fēng)，嚴(yán)肅認(rèn)真的科學(xué)態(tài)度。 畢業(yè)設(shè)計(jì)要求我們?cè)谥笇?dǎo)老師的指導(dǎo)下，獨(dú)立系統(tǒng)的完成一項(xiàng)工程設(shè)計(jì)，解決與之有關(guān)的所有問(wèn)題，熟悉相關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范、手冊(cè)、標(biāo)準(zhǔn)圖以及工程實(shí)踐中常用的方法，具有實(shí)踐性、綜合性強(qiáng)的顯著特點(diǎn)。因此畢業(yè)設(shè)計(jì)對(duì)于培養(yǎng)學(xué)生初步的科學(xué)研究能力，提高其綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)分析問(wèn)題、解決問(wèn)題能力有著重要意義。
在完成本次畢業(yè)設(shè)計(jì)過(guò)程中，我們需要運(yùn)用感性和理性知識(shí)去把握整個(gè)建筑的處理，這其中就包括建筑外觀和結(jié)構(gòu)兩個(gè)方面。還需要我們更好的了解國(guó)內(nèi)外建筑設(shè)計(jì)的發(fā)展的歷史、現(xiàn)狀及趨勢(shì)，更多的關(guān)注這方面的學(xué)術(shù)動(dòng)態(tài)，以及我們?cè)谝院蟮耐聊竟こ虒I(yè)發(fā)展的方向。同時(shí)積極、獨(dú)立的完成本次畢業(yè)設(shè)計(jì)也是為今后的實(shí)際工作做出的必要的準(zhǔn)備。
1.1研究現(xiàn)狀：
土木工程是建造各類工程設(shè)施的科學(xué)，技術(shù)和工程的總稱。土木工程是伴隨著人類社會(huì)的發(fā)展而發(fā)展起來(lái)的。它所建造的工程設(shè)施反映出各個(gè)歷史時(shí)期社會(huì)經(jīng)濟(jì)、文化、科學(xué)、技術(shù)發(fā)展的面貌，因而土木工程也就成為社會(huì)歷史發(fā)展的見(jiàn)證之一。土木工程在我國(guó)可以分為：建筑工程、橋梁工程、公路和城市道路工程、鐵路工程、隧道工程、水利工程、港口工程、給水和排水工程、環(huán)境工程。作為土木工程專業(yè)的學(xué)生，深知土木工程設(shè)計(jì)范圍之廣，以及和社會(huì)生活聯(lián)系之密切。我們?cè)谛Ｖ皇菍W(xué)習(xí)了土木工程這一個(gè)小的分支并且著重學(xué)習(xí)了工民建部分。工民建方面就結(jié)構(gòu)布置部分有以下幾種結(jié)構(gòu)：框架結(jié)構(gòu)、剪力墻結(jié)構(gòu)、框架-剪力墻結(jié)構(gòu)、板柱-剪力墻結(jié)構(gòu)、框架-支撐結(jié)構(gòu)、筒體結(jié)構(gòu)、框架-核心筒結(jié)構(gòu)、巨型結(jié)構(gòu)等等。
就此次的設(shè)計(jì)題目，以及結(jié)合任務(wù)書(shū)所給定的各項(xiàng)條件，選擇了框架結(jié)構(gòu)比較合理并且切合實(shí)際。
1.2發(fā)展趨勢(shì)：
框架結(jié)構(gòu)由梁柱構(gòu)成，構(gòu)件截面較小，因此框架結(jié)構(gòu)的承載力和剛度都較低，它的受力特點(diǎn)類似于豎向懸臂剪切梁，樓層越高，水平位移越慢，高層框架在縱橫兩個(gè)方向都承受很大的水平力，這時(shí)，現(xiàn)澆樓面也作為梁共同工作的，裝配整體式樓面的作用則不考慮，框架結(jié)構(gòu)的墻體是填充墻，起圍護(hù)和分隔作用，框架結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是能為建筑提供靈活的使用空間，可提供較大的使用空間，也可構(gòu)成豐富多變的立面造型。國(guó)外多用鋼為框架材料，而國(guó)內(nèi)主要為鋼筋混凝土框架，框架結(jié)構(gòu)可通過(guò)合理的設(shè)計(jì)，使之具有良好的延性，成為“延性框架”,在地震作用下，這種延性框架具有良好的抗震性能。
[1]鋼筋混凝土多層框架結(jié)構(gòu)作為一種常用的結(jié)構(gòu)形式, 具有傳力明確、結(jié)構(gòu)布置靈活、抗震性和整體性好的優(yōu)點(diǎn), 目前已被廣泛地應(yīng)用于各類多層的工業(yè)與民用建筑中。隨著社會(huì)的發(fā)展，多層框架結(jié)構(gòu)的建筑越來(lái)越多了。但隨著結(jié)構(gòu)高度增加，水平作用使得框架底部梁柱構(gòu)件的彎矩和剪力顯著增加，從而導(dǎo)致梁柱截面尺寸和配筋量增加，到一定程度，將給建筑平面布置和空間處理帶來(lái)困難，影響建筑空間的正常使用，在材料用量和造價(jià)方面也趨于不合理?？蚣芙Y(jié)構(gòu)住宅是指以鋼筋混凝土澆搗成承重梁柱，再用預(yù)制的加氣混凝土、膨脹珍珠巖、浮石、蛭石、陶爛等輕質(zhì)板材隔墻分戶裝配成而的住宅。適合大規(guī)模工業(yè)化施工，效率較高，工程質(zhì)量較好。
[2]框架結(jié)構(gòu)房屋的布置應(yīng)對(duì)稱、均勻，減小抗側(cè)剛度中與水平荷載合力作用線的距離，減小結(jié)構(gòu)重心和剛度中心之間的距離，以減小結(jié)構(gòu)發(fā)生的扭轉(zhuǎn)。由于框架構(gòu)件截面較小，抗側(cè)剛度較小，在強(qiáng)震作用下結(jié)構(gòu)整移和層間位移都較大，容易產(chǎn)生震害。此外，非結(jié)構(gòu)性破壞如填充墻、建筑裝修和設(shè)備管道等破壞較嚴(yán)重。因而其主要適用于非抗震區(qū)和層數(shù)較少的建筑，抗震設(shè)計(jì)的框架結(jié)構(gòu)除需加強(qiáng)梁、柱和節(jié)點(diǎn)的抗震措施外，還需注意填充墻的材料以及填充墻與框架的連接方式等，以避免框架變形過(guò)大時(shí)填充墻的破壞?？蚣芙Y(jié)構(gòu)是柔性結(jié)構(gòu)，有水平位移，房屋的總水平位移越大，人的感覺(jué)越不舒服，而層間位移會(huì)影響建筑物的裝修和隔墻開(kāi)裂，因而對(duì)這兩種水平位移進(jìn)行限，這樣在設(shè)計(jì)中要增大房屋的抗側(cè)剛度。在框架結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)中，柱頂、柱底、梁端易出現(xiàn)裂縫。
[3]作為一座辦公樓設(shè)計(jì)，在設(shè)計(jì)之前作為設(shè)計(jì)者必須深入實(shí)際，調(diào)查研究，了解其所屬位置地理、經(jīng)濟(jì)條件。而作為本課題中框架結(jié)構(gòu)的辦公樓，必須整體設(shè)計(jì)、大門(mén)入口設(shè)計(jì)要體現(xiàn)行政辦公特征。設(shè)計(jì)要滿足室內(nèi)水、電、暖、訊、消防、抗震等配套設(shè)計(jì)要求。因此必須察看相應(yīng)的規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)等。
1.3研究方法：
框架是典型的桿件體系，近似計(jì)算的方法很多，工程中最實(shí)用的是力矩分配法及D值法，前者多用于豎向作用下求解，后者用于水平作用下求解。
這些方法的使用都作了以下幾點(diǎn)的假定：
[1]忽略粱，柱軸向變形及剪切變形。
[2]桿件為等截面(等剛度)，以桿件軸線作為框架計(jì)算軸線。
[3]在豎向荷載下結(jié)構(gòu)的側(cè)移很小，因此在做豎向荷載下計(jì)算時(shí)，假定結(jié)構(gòu)無(wú)側(cè)移。
1.4應(yīng)用領(lǐng)域：
框架結(jié)構(gòu)可設(shè)計(jì)成靜定的三鉸框架或超靜定的雙鉸框架與無(wú)鉸框架?？蚣茕摻Y(jié)構(gòu)常用于大跨度的公共建筑、多層工業(yè)廠房和一些特殊用途的建筑物中，如劇場(chǎng)、商場(chǎng)、體育館、火車站、展覽廳、造船廠、飛機(jī)庫(kù)、停車場(chǎng)、輕工業(yè)車間等。
2、課題任務(wù)、重點(diǎn)研究?jī)?nèi)容、實(shí)現(xiàn)途徑
本次畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)包括三個(gè)部分：建筑設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和施工組織設(shè)計(jì)。
2.1建筑設(shè)計(jì)
2.1.1設(shè)計(jì)任務(wù)
根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)要求完成建筑平面、剖面及立面設(shè)計(jì);根據(jù)相應(yīng)的建筑設(shè)計(jì)規(guī)范并結(jié)合實(shí)際情況初步確定預(yù)設(shè)建筑物的平面形狀，立面外觀，側(cè)面外觀，單層平面尺寸，以及建筑物的層數(shù);由功能分區(qū)的相關(guān)原則初步確定建筑物各部分的功能，最終初步確定出建筑設(shè)計(jì)部分的輪廓。
2.1.2設(shè)計(jì)成果：
(一)總平面圖：1：500要求標(biāo)明建筑物位置、道路、綠化、標(biāo)高、朝向等。
(二)平面圖：1：100或1：200平面圖應(yīng)標(biāo)明各房間名稱，固定設(shè)備布置。
1.底層平面圖：標(biāo)注三道尺寸，注標(biāo)高。
2.標(biāo)準(zhǔn)層平面圖：標(biāo)注三道尺寸，注標(biāo)高。
3.頂層平面圖：標(biāo)注兩道尺寸，注標(biāo)高。
(三)剖面圖：比例1：100或1：200(一個(gè))
要求剖到樓梯，標(biāo)注層高、樓梯平臺(tái)、屋頂、室內(nèi)外地坪標(biāo)高、標(biāo)注兩道尺寸(門(mén)窗洞口、層高)。
(四)立面圖：比例1：100或1:200(二至三個(gè))
1.入口立面
2.側(cè)立面或背立面
標(biāo)注三道尺寸(墻段及洞口、層高、總高)，標(biāo)明室內(nèi)外地坪標(biāo)高，屋頂標(biāo)高。
(五)節(jié)點(diǎn)詳圖：(二至三個(gè))比例自定
(六)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)要說(shuō)明：
1.建筑總平面及概況。
2.方案特點(diǎn)及主要建筑技術(shù)措施。
3.防火設(shè)計(jì)簡(jiǎn)要說(shuō)明。
(七)主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)
1.總用地面積
2.總建筑面積
3.建筑密度(底層建筑面積/總用地面積)
4.容積率(總建筑面積/總用地面積)
5.綠地率(綠地面積/總用地面積)
2.1.3進(jìn)度安排
第1周：講解建筑設(shè)計(jì)基本原理、建筑設(shè)計(jì)基本步驟，了解并掌握辦公建筑基本設(shè)計(jì)知識(shí)。完成“一草”。
第2周：深入方案，細(xì)化初步設(shè)計(jì)，為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供必要的條件。完成“二草”。
第3周：結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)完成之后，完成施工圖設(shè)計(jì)。
2.2結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
2.2.1設(shè)計(jì)任務(wù)
根據(jù)建筑設(shè)計(jì)方案及設(shè)計(jì)原始資料，選擇結(jié)構(gòu)體系，布置結(jié)構(gòu)構(gòu)件，進(jìn)行結(jié)構(gòu)內(nèi)力分析，確定構(gòu)件配筋，繪制結(jié)構(gòu)施工圖。
2.2.2設(shè)計(jì)內(nèi)容和步驟
1.根據(jù)房屋基本情況確定結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基本參數(shù)
2.進(jìn)行結(jié)構(gòu)平面布置
3.手算一榀框架，并用計(jì)算機(jī)程序PK復(fù)核
4.使用PMCAD,建立結(jié)構(gòu)整體計(jì)算模型，用SATWE進(jìn)行結(jié)構(gòu)空間分析與設(shè)計(jì)
5.設(shè)計(jì)一部現(xiàn)澆板式樓梯
6.基礎(chǔ)設(shè)計(jì)
7.整理計(jì)算書(shū)，繪制結(jié)構(gòu)施工圖
專題：總體設(shè)計(jì)
專 業(yè)：機(jī)械工程
班 別：機(jī)自041
學(xué) 號(hào)：1037
學(xué)生姓名：
指導(dǎo)教師：
完成時(shí)間： XX年3月31日
學(xué)生宿舍地源熱泵供熱系統(tǒng)設(shè)計(jì)
----總體設(shè)計(jì)
1、選題的依據(jù)及意義：
1.依據(jù)：
進(jìn)入90年代后，我國(guó)的居住環(huán)境和工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境都已廣泛地應(yīng)用熱水供應(yīng)裝置，熱水供應(yīng)裝置已成為現(xiàn)代學(xué)校居住必備。90年代中期，由于大中城市電力供應(yīng)緊張，供電部門(mén)開(kāi)始重視需求管理及削峰填谷，熱泵供熱技術(shù)提到了議事日程。近年來(lái)，由于能源結(jié)構(gòu)的變化，促進(jìn)了地源熱泵供熱機(jī)組的快速發(fā)展。
隨著生產(chǎn)和科技的不斷發(fā)展，人類對(duì)地源熱泵供熱技術(shù)也進(jìn)行了1系列的改進(jìn)，同時(shí)也在積極研究環(huán)保、節(jié)能的地源熱泵供熱產(chǎn)品和技術(shù)，現(xiàn)在利用成熟的電子技術(shù)來(lái)進(jìn)行綜合的控制，并和太陽(yáng)能結(jié)合更注意能源的綜合利用、節(jié)能、保護(hù)環(huán)境及趨向自然的舒適環(huán)境必然是今后發(fā)展的主題。
2.意義：
地源熱泵技術(shù)，是利用地下的土壤、地表水、地下水溫相對(duì)穩(wěn)定的特性，，通過(guò)消耗電能，在冬天把低位熱源中的熱量轉(zhuǎn)移到需要供熱或加溫的地方，在夏天還可以將室內(nèi)的余熱轉(zhuǎn)移到低位熱源中，達(dá)到降溫或制冷的目的。地源熱泵不需要人工的冷熱源，可以取代鍋爐或市政管網(wǎng)等傳統(tǒng)的供暖方式和中央空調(diào)系統(tǒng)。冬季它代替鍋爐從土壤、地下水或者地表水中取熱，向建筑物供暖;夏季它可以代替普通空調(diào)向土壤、地下水或者地表水放熱給建筑物制冷。同時(shí)，它還可供應(yīng)生活用水，可謂1舉3得，是1種有效地利用能源的方式。通常根據(jù)熱泵的熱源(heat source)和熱匯(heat sink)(冷源)的不同，主要分成3類：
空氣源熱泵系統(tǒng) ( air-source heat pump) ashp
水源熱泵系統(tǒng) (water- source heat pump) wshp
地源熱泵系統(tǒng) (ground- source heat pump)gshp
平時(shí)還有人把熱泵系統(tǒng)按照1次和2次介質(zhì)的不同，分別叫做：
空氣---水熱泵系統(tǒng)
水 --- 空氣熱泵系統(tǒng)
水 --- 水熱泵系統(tǒng)
空氣---空氣熱泵系統(tǒng)
這些都是把熱源、熱匯以及空調(diào)系統(tǒng)的傳遞介質(zhì)也包括進(jìn)來(lái)分類形成的。
為了和國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)接軌，我們還是應(yīng)該依照國(guó)際慣例來(lái)命名。在1997年由美國(guó)的ashrae(美國(guó)采暖、制冷與空調(diào)工程師學(xué)會(huì))統(tǒng)1了標(biāo)準(zhǔn)術(shù)語(yǔ)，無(wú)論是wshp、gshp都叫做gshp--地源熱泵系統(tǒng)。
另外，為了讓我們?cè)趯W(xué)習(xí)和討論中更方便，介紹1些地源熱泵室外能量交換系統(tǒng)的概念：
土壤埋管系統(tǒng)----土壤換熱器(水平埋管、豎直埋管)
地下水系統(tǒng)
地表水系統(tǒng)
這些都是地源熱泵的熱源或熱匯形式。(具體參見(jiàn)下圖)
圖。1。1土壤換熱器(水平埋管)圖
圖。1。2土壤換熱器(豎直埋管)圖
圖。1。3 地表水系統(tǒng)圖
圖。1。4 地下水系統(tǒng)圖
2、國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)
1、地源熱泵的發(fā)展歷史
地源熱泵是1種先進(jìn)的技術(shù)，它高效、節(jié)能、環(huán)保，有利于可持續(xù)發(fā)展。這項(xiàng)技術(shù)最先開(kāi)始于19XX年，瑞士zoelly提出了“地?zé)嵩礋岜?rdquo;的概念。1946年美國(guó)開(kāi)始對(duì)地源熱泵進(jìn)行系統(tǒng)研究，在俄勒岡州建成第1個(gè)地源熱泵系統(tǒng)，運(yùn)行很成功，由此掀起了地源熱泵系統(tǒng)在美國(guó)的商用。1985年美國(guó)安裝地源熱泵14000臺(tái)，1997年則安裝了45000臺(tái)，目前已安裝了400000臺(tái)以上的地源熱泵，并且以每年10%的速度遞長(zhǎng)。1998年美國(guó)商用建筑的地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)已經(jīng)占到空調(diào)保有量的19%以上，其中在新建筑里面占30%。在歐洲國(guó)家里更多的是利用淺層地?zé)豳Y源，來(lái)供熱或者取暖。上個(gè)世紀(jì)70年代以來(lái)，隨著能源和環(huán)境問(wèn)題的逐漸變得嚴(yán)重，在各個(gè)方面節(jié)能也被更多的考慮，以可再生的地?zé)嵩礊槟茉吹牡卦礋岜糜忠鹆巳藗兊闹匾?。尤其是近年?lái)，隨著能源和環(huán)境問(wèn)題的日益突出，地源熱泵的研究和應(yīng)用發(fā)展迅速，國(guó)內(nèi)外的很多高校和研究機(jī)構(gòu)相繼開(kāi)展了理論和實(shí)際應(yīng)用方面的研究。隨著研究的深入，我們的地源熱泵研究工作者在全國(guó)范圍內(nèi)舉行了各種交流探討會(huì)。中國(guó)制冷學(xué)會(huì)第2專業(yè)委員會(huì)主辦了“全國(guó)余熱制冷與熱泵技術(shù)學(xué)術(shù)會(huì)議”;1988年中科院廣州能源研究所主辦了“熱泵在我國(guó)應(yīng)用與發(fā)展問(wèn)題專家研討會(huì)”;中國(guó)能源研究會(huì)地?zé)釋I(yè)委員會(huì)于1994年9月6日至8日在北京召開(kāi)了第4次全國(guó)地?zé)崮荛_(kāi)發(fā)利用研討會(huì);從90年代開(kāi)始，每屆全國(guó)暖通制冷學(xué)術(shù)年會(huì)上都有“熱泵應(yīng)用”的專題;XX年6月19～23日，中美地源熱泵技術(shù)交流會(huì)在北京召開(kāi)，會(huì)議介紹了地源熱泵技術(shù)，國(guó)外的應(yīng)用狀況和在中國(guó)的推廣;山東建筑工程學(xué)院地源熱泵研究所與山東建筑學(xué)會(huì)熱能動(dòng)力專業(yè)委員會(huì)聯(lián)合發(fā)起并承辦“國(guó)際地源熱泵新技術(shù)報(bào)告會(huì)”于XX年3月17日在山東建筑工程學(xué)院舉行，加強(qiáng)了國(guó)內(nèi)外地源熱泵先進(jìn)技術(shù)的交流。
2、地源熱泵在中國(guó)的發(fā)展現(xiàn)狀及前景：
目前在中國(guó)，地下水熱泵系統(tǒng)已開(kāi)始廣泛使用，而土壤源熱泵系統(tǒng)尚處于研究機(jī)構(gòu)工程摸索和研究階段。
從有關(guān)調(diào)查來(lái)看，地下水熱泵工程真正成功的并不多。原因在于要實(shí)現(xiàn)100%的回灌，并回灌到同1含水層，不污染地下水，且能長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定運(yùn)行，并不容易做到。同時(shí)，還出現(xiàn)了大量不進(jìn)行回灌的熱泵工程，更有甚者，出現(xiàn)了直接利用地下水通入風(fēng)機(jī)盤(pán)管內(nèi)進(jìn)行空調(diào)。這樣做，1則污染水體，2則浪費(fèi)水資源。
對(duì)于土壤源熱泵的發(fā)展主要是從1998年開(kāi)始。國(guó)內(nèi)數(shù)家大學(xué)建立了土壤源熱泵實(shí)驗(yàn)臺(tái)，且大多數(shù)進(jìn)行了地下?lián)Q熱器與地面熱泵設(shè)備的長(zhǎng)期聯(lián)合運(yùn)行。其中1998年重慶建筑大學(xué)建設(shè)了包括淺埋豎埋管換熱器和水平埋管換熱器在內(nèi)的熱泵系統(tǒng);1998年青島建工學(xué)院建成了聚乙烯垂直土壤源熱泵系統(tǒng);湖南大學(xué)1998年建設(shè)了水平埋管土壤源熱泵系統(tǒng);1999同濟(jì)大學(xué)建設(shè)了垂直土壤源熱泵系統(tǒng)。這些系統(tǒng)為中國(guó)推廣土壤源熱泵奠定了基礎(chǔ)。從XX年開(kāi)始，在國(guó)內(nèi)長(zhǎng)春、濟(jì)南、溫州、重慶、米泉建立了1系列土壤源熱泵系統(tǒng)的示范工程。土壤源熱泵系統(tǒng)越來(lái)越多的被房地產(chǎn)商所關(guān)注和采用。
鑒于國(guó)內(nèi)的國(guó)情和地源熱泵系統(tǒng)自身的特點(diǎn)，我們對(duì)其各自的前景作1分析。隨著地下水熱泵工程技術(shù)改進(jìn)和規(guī)范化，由于其突出的節(jié)能和保護(hù)大氣環(huán)境的功能，還是存在著巨大的潛在的市場(chǎng)。水平埋管土壤源熱泵，雖然占地面積大，但靠地表?yè)Q熱可以自然恢復(fù)地溫，在年排熱量和吸熱量不平衡的地區(qū)應(yīng)用比較有優(yōu)勢(shì)。而垂直埋管土壤源熱泵，隨著專業(yè)安裝隊(duì)伍的發(fā)展，鉆孔設(shè)備的完善，勢(shì)必會(huì)使造價(jià)大幅度降低，無(wú)疑會(huì)成為今后最有競(jìng)爭(zhēng)力空調(diào)方式。
3、本課題研究方案：
本課題屬于設(shè)計(jì)改造現(xiàn)有熱水系統(tǒng)，學(xué)校宿舍的熱水供應(yīng)系統(tǒng)。在改造中應(yīng)該充分考慮到：
1、 學(xué)生的定時(shí)供熱，需要的功率及系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間問(wèn)題。
2、 屬于改造系統(tǒng)，要和現(xiàn)有的系統(tǒng)相結(jié)合。
3、 考慮到成本問(wèn)題，造價(jià)是否合理。
4、 在使用過(guò)程中維護(hù)的費(fèi)用及技術(shù)的要求是否合理。
5、 運(yùn)行的安全及噪音處理問(wèn)題。
6、 廢物的處理及環(huán)保問(wèn)題。
4、本課題研究的內(nèi)容：
廣西工學(xué)院北區(qū)5#的熱水供應(yīng)改裝。
1、該大樓空調(diào)工程包括：
1-6層的熱水供應(yīng)，所有宿舍。
2、設(shè)計(jì)參數(shù)：
每層有14個(gè)房間，每間8人，共6層。
3、柳州地區(qū)基本氣象參數(shù)：
根據(jù)物候報(bào)告，5月1號(hào)到10月1號(hào)之間為高溫區(qū)很少用熱水，寒假期間不用熱水
(1)、循環(huán)水換熱器的計(jì)算
(2)、土壤熱泵系統(tǒng)(gchp)的土壤換熱器設(shè)計(jì)
地下埋管換熱器是地源熱泵系統(tǒng)的關(guān)鍵組成部分，是土壤源熱泵系統(tǒng)設(shè)計(jì)的核心內(nèi)容，其選擇的形式是否合理，設(shè)計(jì)的是否正確，關(guān)系到整個(gè)地源熱泵系統(tǒng)能否滿足要求和正常使用。
地下埋管換熱器設(shè)計(jì)主要包括地下熱交換器形式及管材選擇，管徑、管長(zhǎng)及豎井?dāng)?shù)目、間距確定，管道阻力計(jì)算及水泵選型等
(3)、布置型式
目前地源熱泵地下埋管換熱器主要有兩種布置型式，即水平埋管和垂直埋管。選擇方式主要取決于場(chǎng)地大小、當(dāng)?shù)赝寥李愋鸵约巴诰虺杀荆绻麍?chǎng)地足夠大且無(wú)堅(jiān)硬巖石，則水平式較經(jīng)濟(jì);如果場(chǎng)地面積有限時(shí)則采用垂直式布置，很多場(chǎng)合下這是唯1的選擇。
盡管水平布置通常是淺層埋管，初投資1般會(huì)便宜些，但它的換熱性能比豎埋管小很多，并且往往受可利用土地面積的限制，故1般采用垂直埋管布置方式。
3.1 水平埋管
水平埋管主要有單溝單管、單溝雙管、單溝2層雙管、單溝2層4管、單溝2層6管等形式，由于多層埋管的下層管處于1個(gè)較穩(wěn)定的溫度場(chǎng)，換熱效率好于單層，而且占地面積較少，因此應(yīng)用多層管的較多。(單層管最佳深度1。2～2。0m，雙層管1。6～2。4m)
近年來(lái)國(guó)外又新開(kāi)發(fā)了兩種水平埋管形式，1種是扁平曲線狀管，另1種是螺旋狀管。它們的優(yōu)點(diǎn)是使地溝長(zhǎng)度縮短，而可埋設(shè)的管子長(zhǎng)度增加。
3.2 垂直埋管
根據(jù)埋管形式的不同，1般有單u 形管，雙u 形管，套管式管，小直徑螺旋盤(pán)管和大直徑螺旋盤(pán)管，立式柱狀管、蜘蛛狀管等形式;按埋設(shè)深度不同分為淺埋(≤30m)、中埋(31～80m)和深埋(>80m)。
1)u 形管型：是在鉆孔的管井內(nèi)安裝u 形管，1般管井直徑為100～150mm，井深10~200m，u 形管徑1般在φ50mm 以下
2)套管式換熱器：的外管直徑1般為100～200mm，內(nèi)管為φ15～φ25mm。其換熱效率較u 形管提高16。7%。缺點(diǎn)：⑴下管比較困難，初投資比u 形管高。⑵在套管端部與內(nèi)管進(jìn)、出水連接處不好處理，易泄漏，因此適用于深度≤30m 的豎埋直管，對(duì)中埋采用此種形式宜慎重。
(4)、地下埋管系統(tǒng)環(huán)路方式：串聯(lián)方式和并聯(lián)方式
串聯(lián)方式的優(yōu)點(diǎn)是：①1個(gè)回路具有單1流通通路，管內(nèi)積存的空氣容易排出;
②串聯(lián)方式1般需采用較大直徑的管子，因此對(duì)于單位長(zhǎng)度埋管換熱量來(lái)講，串聯(lián)方式換熱性能略高于其缺點(diǎn)是：①串聯(lián)方式需采用較大管徑的管子，因而成本較高;
②由于系統(tǒng)管徑大，在冬季氣溫低地區(qū)，系統(tǒng)內(nèi)需充注的防凍液(如乙醇水溶液)多;
③安裝勞動(dòng)成本增大;
④管路系統(tǒng)不能太長(zhǎng)，否則系統(tǒng)阻力損失太大。
并聯(lián)方式的優(yōu)點(diǎn)是：①由于可用較小管徑的管子，因此成本較串聯(lián)方式低;
②所需防凍液少;
③安裝勞動(dòng)成本低。
其缺點(diǎn)是：①設(shè)計(jì)安裝中必須特別注意確保管內(nèi)流體流速較高，以充分排出空氣;
②各并聯(lián)管道的長(zhǎng)度盡量1致(偏差應(yīng)≤10%)，以保證每個(gè)并聯(lián)同的流量;
③確保每個(gè)并聯(lián)回路的進(jìn)口與出口有相同的壓力，使用較大管徑的管子做集箱，可達(dá)到此目的。
從國(guó)內(nèi)外工程實(shí)踐來(lái)看，中、深埋管采用并聯(lián)方式者居多;淺埋管采用串聯(lián)方式的多
(5)土壤換熱器的埋管材料回路有相
5.1 管材選擇
1般來(lái)講，1旦將地下埋管系統(tǒng)換熱器埋入地下后，基本不可能進(jìn)行維修或更換，因此地下的管材應(yīng)首先要保證其具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性、耐腐性
⑴ 聚乙烯(pe)和聚丁烯(pb)國(guó)外地源熱泵系統(tǒng)中得到了廣泛應(yīng)用。
⑵ pvc(聚氯乙烯)管的導(dǎo)熱性差和可塑性不好，不易彎曲，接頭處耐壓能力差，容易導(dǎo)致泄漏，因此在地源熱泵系統(tǒng)中不推薦用pvc 管
⑶ 為了強(qiáng)化地下埋管的換熱，國(guó)外有的提出采用薄壁(0。5mm)的不銹鋼鋼管，但目前實(shí)際應(yīng)用不多。
5.2 管件與連接
⑴熱熔聯(lián)接(承接聯(lián)接和對(duì)接聯(lián)接，對(duì)于小管徑常采用)
⑵電熔聯(lián)結(jié)
(6)、埋管管長(zhǎng)與埋管間距的確定
地下熱交換器長(zhǎng)度的確定除了已確定的系統(tǒng)布置和管材外，還需要有當(dāng)?shù)氐耐寥兰夹g(shù)資料，如地下溫度、傳熱系數(shù)等(可以通過(guò)熱響應(yīng)實(shí)驗(yàn)測(cè)得)。
6.1 水平埋管：確定管溝數(shù)目及間距
埋管管長(zhǎng)的估算：利用管材“換熱能力”，即單位埋管管長(zhǎng)的換熱量。水平埋管單位管材“換熱能力”在20～40w/m(管長(zhǎng))左右，;設(shè)計(jì)時(shí)可取換熱能力的下限值，即20 w/m。
單溝單管埋管總長(zhǎng)具體計(jì)算公式如下：
其中l(wèi) ——埋管總長(zhǎng)，m
1 q ——冬季從土壤取出的熱量，kw，
分母“20”是每m 管長(zhǎng)冬季從土壤取出的熱量，w/m
致謝
能走到論文這一步，是對(duì)我們參加自考的以往努力的肯定；能走到致謝這一步，是對(duì)我們一路走來(lái)所有教育我們、幫助我們以及關(guān)心我們的老師、朋友、親人等的感恩。誠(chéng)然，這次畢業(yè)論文能夠得以順利完成，并非我一人之功勞，是所有指導(dǎo)過(guò)我的老師，幫助過(guò)我的同學(xué)和一直關(guān)心支持著我的家人對(duì)我的教誨、幫助和鼓勵(lì)的結(jié)果。所以，首先，對(duì)他們表示衷心的感謝!
另外，感謝校方給予我這樣一次機(jī)會(huì)。對(duì)于我們自考生而言，大多數(shù)是經(jīng)歷了高考的失敗后，不愿意放棄某種理想而尋求繼續(xù)努力的機(jī)會(huì)，自考給我們這樣一個(gè)特殊群體一個(gè)提升自己的機(jī)會(huì)，南京工業(yè)大學(xué)給我們創(chuàng)造了條件，在近3年的學(xué)習(xí)、考試過(guò)程中，我們堅(jiān)持到了最后，是因?yàn)槲覀兊膶W(xué)?！懊鞯潞駥W(xué)沉毅篤行”的校訓(xùn)激勵(lì)著我們，在一開(kāi)始對(duì)自老不了解的情況下，學(xué)校的老師不厭其煩的接受著我們的電詢，在這樣一個(gè)完全自主學(xué)習(xí)的過(guò)程中，我們真的收獲了很多，這一切都源自于我們共同的學(xué)?！猉X大學(xué)。
“飲其流時(shí)思其源，成吾學(xué)時(shí)念吾師。”至此在本論文即將完成之際，謹(jǐn)此向我的導(dǎo)師XXX老師致以衷心的感謝和崇高的敬意!本論文的工作是在唐老師的悉心指導(dǎo)下完成的。X老師以他敏銳的洞察力、淵博的知識(shí)、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度、精益求精的工作作風(fēng)和對(duì)科學(xué)的獻(xiàn)身精神給我留下了刻骨銘心的印象，這些使我受益匪淺。感謝老師從本論文開(kāi)始一路指導(dǎo)至論文的完成，正是因?yàn)槟悸非逦?、反?yīng)敏捷，學(xué)術(shù)態(tài)度清新而開(kāi)放，才使我的畢業(yè)論文有了極大的寫(xiě)作空間。
