发布时间：2023-04-08 11:36:40
序言：写作是分享个人见解和探索未知领域的桥梁，我们为您精选了8篇的工业工程毕业论文样本，期待这些样本能够为您提供丰富的参考和启发，请尽情阅读。
超宽带（UWB,Ultra Wide Band）无线技术在无线电通信、雷达、跟踪、精确定位、成像、武器控制等众多领域具有广阔的应用前景，因此被认为是未来几年电信热门技术之一。1990年，美国国防部首先定义了“超宽带”概念，超宽带无线通信开始得到美国军方和政府部门的重视。2002年4月，美国FCC通过了超宽带技术的商用许可，超宽带无线通信在民用领域开始受到普遍关注。目前“超宽带”的定义只是针对信号频谱的相对带宽（或绝对带宽）而言，没有界定的时域波形特征。因此，有多种方式产生超宽带信号。其中，最典型的方法是利用纳秒级的窄脉冲（又称为冲激脉冲）的频谱特性来实现[1]。
超宽带无线电是对基于正弦载波的常规无线电的一次突破。几十年来，无线通信都是以正弦载波为信息载体，而超宽带无线通信则以纳秒级的窄脉冲作为信息载体。其信号产生、调制解调、信号隐蔽性、系统处理增益等方面，具有独特的优势，尤其是能够在密集的多径环境下实现高速传输。由于脉冲持续时间很短，多径分量在时域上不易重叠，多径分辨能力高，通过先进的多径分离技术或瑞克接收机，可以充分利用多径分量。
目前，典型的超宽带无线通信调制方式以TH-PPM、TH-PAM为主，本论文中，介绍超宽带无线通信中的调制技术，主要讨论TH-PPM、TH-PAM的基本原理，并且对比调制技术的优缺点，性能的好坏，并进行动态的仿真，从仿真图中较清楚的研究调制方式，从而得出正确的结论，细致的研究超宽带无线通信中的调制技术。
关键字：超宽带 调制方式 PPM调制 PAM调制 OFDM调制
2 概述
2.1 总述
近几年来,超宽带短距离无线通信引起了全球通信技术领域极大的重视。超宽带通信技术以其传输速率高、抗多径干扰能力强等优点成为短距离无线通信极具竞争力和发展前景的技术之一。FCC(美国通信委员会) 对超宽带系统的最新定义是:相对带宽(在- 10dB 点处) (fH - fL)/fc > 20 %(fH ,fL ,fc分别为带宽的高端频率、低端频率和中心频率) 或者总带宽BW> 500MHz。[1]它与现有的无线电系统比较,在花费更小的制造成本的条件下,能够做到更高的数据传输速率(100～500MbPs) 、更强的抗干扰能力(处理增益50dB 以上) ,同时具有极好的抗多径性能和十分精确的定位能力(精度在cm 以内) 。
2.2 UWB基本原理
发射超宽带(UWB) 信号最常用和最传统的方法是发射一种时域上很短(占空比低达0. 5 %) 的冲激脉冲。这种传输技术称为“冲击无线电( IR) ”.UWB - IR 又被称为基带无载波无线电,因为它不像传统通信系统中使用正弦波把信号调制到更高的载频上,而是用基带信号直接驱动天线输出的[6];由信息数据对脉冲进行调制,同时,为了形成所产生信号的频谱而用伪随即序列对数据符号进行编码。因此冲击脉冲和调制技术就是超宽带的两大关键所在。
2.2.1 脉冲信号
从本质上讲,产生脉冲宽度为纳秒级的信号源是UWB 技术的前提条件。目前产生脉冲信号源的方法有两类: ①光电方法,基本原理是利用光导开关导通瞬间的陡峭上升沿获得脉冲信号。由于作为激发源的激光脉冲信号可以有很陡的前沿,所以得到的脉冲宽度可达到皮秒(10 - 12 ) 量级。另外,由于光导开关是采用集成方法制成的,可以获得很好的一致性,因此是最有发展前景的一种方法。②电子方法,利用微波双极性晶体管雪崩特性,在雪崩导通瞬间,电流呈“雪崩”式迅速增长,从而获得具有陡峭前沿的波形,成形后得到极短脉冲。在电路设计中,采用多个晶体管串行级联,使用并行同步触发的方式,加快了雪崩过程,从而达到进一步降低脉冲宽度的目的[7]。
冲激脉冲通常采用单周期高斯脉冲,典型的单周期高斯脉冲的时域和频域数学模型分别表示为:
(2-1)
(2-2)
单周期脉冲的宽度在纳秒级(0. 1～1. 5ns) ,重复周期为25～1000ns ,具有很宽的频谱,如图2-1 所示。实际通信中使用的是一长串的脉冲,由于时域中信号的周期性造成了频谱的离散化,周期性的单脉冲序列频谱中出现了强烈的能量尖峰。这些尖峰将会对信号构成干扰,通过数据信息和伪随机码来进行编码P调制,改变脉冲与脉冲间的时间间隔,可以降低频谱的尖峰幅度[2]。
图2-1 单周期脉冲的时间域和频率域的表示
2.2.2 UWB的调制技术
超宽带系统中信息数据对脉冲的调制方法可以有多种。脉冲位置调制( PPM) 和脉冲幅度调制(PAM) 是UWB 最常用的两种调制方式。通常UWB信号模型为:
(2-3)
其中,w ( t) 表示发送的单周期脉冲, dj , tj 分别表示单脉冲的幅度和时延。
a PAM- UWB
PAM是一种通过改变那些基于需传输数据的传输脉冲幅度的调制技术。在PAM调制系统中,一系列的脉冲幅度被用来代表需要传输的数据。任何形状的脉冲都是通过其幅度调制使传输数据在{ - 1 , + 1}之间变化(对于双极性信号) 或在M 个值之间变化(对于M 元PAM) 。增加传输脉冲所占的带宽或减少脉冲重复频率,都可以增加一个固定平均功率谱密度的UWB 系统所能达到的吞吐量和传输距离,可以看出这一效果与增加传输功率的峰值的效果是相似的。[8]
采用脉冲幅度调制(PAM)的超宽带信号波形如下:[4]
(2-4)
其中, dj 是信息序列, Tf 是脉冲重复周期。根据dj 的不同取值, 可将PAM调制方式分为以下三种:
（1） OOK(发送数据为1 ,UWB 信号的幅度为1 ;发送数据为0 ,UWB 信号的幅度为0) ;
（2）PPAM(发送数据为1 ,UWB 信号的幅度为β1 ;发送数据为0 ,UWB 信号的幅度为β2) ;
（3）BPSK(发送数据为1 ,UWB 信号的幅度为1 ;发送数据为0 ,UWB 信号的幅度为- 1) 。
对于这三种方式,在超宽带的PAM调制方式中多采用BPSK方式。
b PPM- UWB
脉冲位置调制(PPM) 又称时间调制(TM) ,是用每个脉冲出现的位置落后或超前某一标准或特定时刻来表示某个特定信息的[3]。二进制PPM 是超宽带无线通信系统经常使用的一种调制方法,相对其它调制方法来说也是较早使用的一种方法。采用PPM的一个重要原因是它能够使用零相差的相关接收机来接收检测信号,而这种接收机有着非常好的性能。采用脉冲位置调制( PPM) 的超宽带信号波形如下:
(2-5)
其中, dj 取0 或1 ,δ为调制因子, 与脉冲宽度Tm (1/Tf ) 是一个数量级。当发送数据为1 时脉冲就会相应滞后一个时延δ。
图2-2 给出了上述四种调制方法的信号波形图,对这四种调制方式给出了一个比较直观的描述。
除了这些对脉冲的调制方法外,用伪随机码或伪随机噪声(PN) 对数据符号进行编码以得到所产生信号的频谱时,根据编码的不同即扩频和多址技术不同,超宽带系统又被分为跳时的超宽带系统(TH - UWB) 、直扩的超宽带系统(DS - UWB) 、跳频的超宽带系统(FH - UWB) 和基带多载波超宽带系统(MC - UWB) 等[9]。
图2-2 不同调制方式的信号波形[4]
2.3 UWB 技术特点
由于UWB 与传统通信系统相比,工作原理迥异,因此UWB 具有如下传统通信系统无法比拟的技术特点[4]:
(1)系统容量大。香农公式给出C = Blog2 (1 +S/N) 可以看出,带宽增加使信道容量的升高远远大于信号功率上升所带来的效应,这一点也正是提出超宽带技术的理论机理。超宽带无线电系统用户数量大大高于3G系统。
(2)高速的数据传输。UWB 系统使用上GHz 的超宽频带,根据香农信道容量公式,即使把发送信号功率密度控制得很低,也可以实现高的信息速率。一般情况下,其最大数据传输速度可以达到几百Mbps～1Gbps。
(3)多径分辨能力强。UWB 由于其极高的工作频率和极低的占空比而具有很高的分辨率,窄脉冲的多径信号在时间上不易重叠,很容易分离出多径分量,所以能充分利用发射信号的能量。实验表明,对常规无线电信号多径衰落深达10～30dB 的多径环境,UWB 信号的衰落最多不到5dB。
(4)隐蔽性好。因为UWB 的频谱非常宽,能量密度非常低,因此信息传输安全性高。另一方面,由于能量密度低,UWB 设备对于其他设备的干扰就非常低。
(5)定位精确。冲激脉冲具有很高的定位精度,采用超宽带无线电通信,可在室内和地下进行精确定位,而GPS 定位系统只能工作在GPS 定位卫星的可视范围之内。与GPS 提供绝对地理位置不同,超短脉冲定位器可以给出相对位置, 其定位精度可达厘米级。
(6)抗干扰能力强。UWB 扩频处理增益主要取决于脉冲的占空比和发送每个比特所用的脉冲数。UWB 的占空比一般为0. 01～0. 001 ,具有比其它扩频系统高得多的处理增益,抗干扰能力强。一般来说,UWB 抗干扰处理增益在50dB 以上。
(7)低成本和低功耗。UWB 无线通信系统接收机没有本振、功放、锁相环( PLL) 、压控振荡器(VCO) 、混频器等, 因而结构简单,设备成本将很低。由于UWB 信号无需载波,而是使用间歇的脉冲来发送数据,脉冲持续时间很短,一般在0. 20ns～1. 5ns之间,有很低的占空因数,所以它只需要很低的电源功率。一般UWB 系统只需要50～70mW 的电源,是蓝牙技术的十分之一[10]。尽管如此,UWB 在技术上面临一定的挑战, 还有诸多技术的问题有待研究解决,比如需要更好地理解UWB 传播信道的特点,建立信道模型,解决多径传播;需要进一步研究高速脉冲信号的生成、处理等技术;研究新的调制技术,进一步降低收发结构的复杂度等。
2.4 UWB发射机和接收机组成框图
2.4.1 UWB发射机组成框图
UWB发射机直接发送纳秒级脉冲来传输数据而不需使用载波电路。所以，UWB发射机比现有的无线发射设备要简单得多。TH-UWB发射机组成框图如图2-3所示[5]。
图2-3 UWB发射机组成框图
调制后的数据与伪码产生器生成的伪码一起送入可编程延迟电路，可编程延迟电路产生的时延控制脉冲信号发生器的发送时刻，脉冲信号发生器输出的UWB信号由天线辐射出去。脉冲信号产生电路的一个关键部分是天线，它的作用相当于一个滤波器。
2.4.2 UWB接收机组成框图
TH-UWB接收机采用相关接收方式，接收机框图如图4所示。图4中虚线内的部分是相关器。它由乘法器、积分器和取样/保持电路三部分组成[5]。
接收机与发射机类似，两者的区别在于接收机的基带信号处理器从取样/保持电路中解调数据，基带信号处理器的输出控制可编程时延电路，为可编程时延电路提供定时跟踪信号，保证相关器正确解调出数据。
图2-4 UWB接收机组成框图
2.5 UWB 技术的应用前景
UWB 系统在很低的功率谱密度的情况下,UWB具有巨大的数据传输速率优势,最大可以提供高达1000Mbps 以上的传输速率,使UWB 同其它短距离无线通信系统的技术优势非常明显,如表1 所示。现有的各种无线解决方案(例如802. 11 ,Bluetooth等) 的速率均低于100Mbit/s ,UWB 则在10m 左右的范围之内打破了这一限制,UWB 的应用将使人们可以摆脱更多线缆的牵绊,通信因而变得更为方便[6]。
2.6 结束语
无线通信已经迅速渗入我们的生活当中,对容量不断增长的要求需要一种不对现有的通信系统造成影响的新的无线通信方案,超宽带脉冲无线电系统正好满足了这一要求。UWB 技术对于无线短距离的高速数据通信是非常有竞争力的,随着研究的深入,凭借多方面的优势,它将在很多领域占有一席之地。特别是短距离传输的后3G领域,UWB 将有广阔的发展空间[8]。
表1 几种短距离无线通信比较
IEEE802. 11a
Bluetooth
UWB
工作频率
2. 4GHz
2. 402～2. 48GHz
3. 1～10. 6GHz
传输速率
54Mbps
小于1Mbps
大于480Mbps
通信距离
10m～100m
10m
小于10m
发射功率
1 瓦以上
1 毫瓦～100毫瓦
1 毫瓦以下
容量空间
80kbps/m2
30kbps/m2
1000kbps/m2
应用范围
无线局域网
家庭和办公室互连
近距离多媒体
终端类型
笔记本、台式电脑、掌上电脑、因特网网关
笔记本、移动电话、掌上电脑、移动设备
无线电视、DVD , 高速因特网网关
3 MATLAB 软件工具介绍
3.1 MATLAB语言的概述
MATLAB是一种科学计算软件，适用于工程应用各领域的分析设计与复杂计算，它使用方便，输入简捷，运算高效且内容丰富，很容易由用户自行扩展。因此，它已成为大学教学和科学研究中最常用且必不可少的工具。
MATLAB是“矩阵实验室”（MATrix LABoratoy）的缩写，它是一种以矩阵运算为基础的交互式程序语言，着重针对科学计算、工程计算和绘图的需求。与其他计算机语言相比，其特点是简洁和智能化，适应科技专业人员的思维方式和书写习惯，使得编程和调试效率大大提高。它用解释方式工作，键入程序立即得出结果，人机交互性能好，为科技人员所乐于接受。特别是它可适应多种平台，并且随计算机硬、软件的更新而用时升级。因而，MATLAB语言是数值计算用得最频繁的电子信息类学科工具。它大大提高了课程教学、解题作业、分析研究的效率。
3.2 MATLAB的历史
在1980年前后，美国的Cleve Moler博士在New Mexico大学讲授线性代数课程时，发现应用其他高级语言编程极为不便，便构思并开发了MATLAB（MATrix LABoratory，矩阵实验室），它是集命令翻译、科学计算于一身的一套交互式软件系统，经过在该大学进行了几次的试用之后，于1984年推出了该软件的正式版本。它是以著名的线性代数软件包LINPACK和特征计算软件包EISPACK中的子程序为基础发展而成的一种开放型程序设计语言，其基本的数据单元是一个维数不加限制的矩阵，这就允许用户可以根据数值计算问题的复杂程序，对问题进行分段甚至逐句编程处理，显然这与C、FORTRAN等传统高级语言完全不同。在MATLAB下，矩阵的运算变得异常的容易，后来的版本中又增添了丰富多彩的图形图像处理及多媒体功能，使得MATLAB的应用范围越来越广泛，Moler博士等一批数学家与软件专家组建了名为MathWorks的软件开发公司，专门扩展并改进MATLAB。
为了准确地把一个控制系统的复杂模型输入给计算机，然后对之进行进一步的分析与仿真，1990年MathWorks软件公司为MATLAB提供了新的控制系统模型图形输入与仿真工具，并定名为SIMULAB，该工具很快在控制界得致函广泛的使用。但因其名字与著名的软件SIMULA类似，所以在1992年正式改名为SIMULINK。此软件有两个明显的功能：仿真与连接，亦即可以利用鼠标在模型窗口上画出所需的控制系统模型，然后利用该软件提供的功能来对系统直接进行仿真。很明显，这种做法使得一个很复杂系统的输入变得相当容易。SIMULINK的出现，更使得MATLAB的控制系统的仿真与其在CAD中的应用打开了崭新的局面。
3.3 MATLAB语言的特点
MATLAB语言有以下特点。
(1) 起点高
每个变量代表一个矩阵，以矩阵运算见长。当前的科学计算中，几乎无处不用矩阵运算，这使它的优势得到了充分的体现。
(2) 人机界面适合科技人员
MATLAB的语言规则与笔算式相似。MATLAB的程序与科技人员的书写习惯相近，因此，易写易读，易于在科技人员之间交流。矩阵的行列数无需定义。MATLAB不必有阶数定义，输入数据的行列数就决定了它的阶数。键入算式立即得到结果，无需编译。MATLAB是以解释方式工作的，即它对每条语句解释后立即执行，若有错误也立即做出反应，便于编程者立即改正。这些都大大减轻了编程和调试的工作量。
(3) 强大而简易的做图功能
能根据输入数据自动确定坐标绘图，能规定多种坐标系，（极坐标系、对数坐标系等），能绘制三维坐标中的曲线和曲面，可设置不同颜色、线型、视角等。如果数据齐全，通常只需一条命令即可出图。
(4) 智能化程度高
绘图时自动选择坐标，大大方便了用户；做数值积分时自动按精度选择步长；自动检测和显示程序错误的能力强，易于调试。
(5) 功能丰富，可扩展性强
MATLAB软件包括基本部分和专业扩展两大部分。
基本部分包括矩阵的运算和各种变换、代数和超越方程的求解、数据处理和傅立叶变换及数值积分等等。可以充分满足大学理工科学生的计算需要。
扩展部分称为工具箱。它实际上是用MATLAB的基本语句编成的各种子程序集，用于解决某一方面的专门问题，或实现某一类的新算法。现在已经有控制系统、信号处理、图像处理、系统辨识、模糊集合、神经元网络及小波分析等工具箱，并且向公式推导、系统仿真和实时运行等领域发展。
MATLAB的核心内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语句编写的。
3.4 MATLAB仿真
通过利用所学的理论知识，建立一个完整、准确的需求说明，清楚、准确地提出仿真试验所要解决的问题。
对所提出的仿真系统给出详细定义，明确系统中的模块、系统构成、模块之间的相互关系，系统的输入输出、边界条件以及系统的约束条件，并明确仿真所要达到的目标。
根据仿真系统分析的结果，确定系统中的参数、变量及其互之间的关系，并以数学形式将这些关系描述出来，从而构成仿真系统的数学模型。数学建模是系统仿真中最关键的一步，所建立的数学模型必须尽可能准确地反映所关心的真实系统的特性，而又不能过于复杂，以免降低模型的效率，增加不必要的计算过程，即建模需要根据求解问题的要求，在模型的近似程度与复杂程度之间折中。电子与通信系统的数学模型通常以方框图形式或数学方程形式来表达。
根据建立的数学模型所需要的数据元素，收集与模型系统有关的数据。根据数学模型建立系统的计算机仿真模型，收集数据，确定其中各子模块的结构，输入输出接口，输入输出的数据表达形式，数据的存储方式等。然后编制相应的程序流程，用MATLAB语言实现。
仿真模型验证的目的是确定计算机仿真模型是否准确表达了数学模型。仿真模型验证通常的方法是将数学模型的解析结果（或理论结果）与仿真所得到的数值结果相比较来完成的；或通过已知的系统输入输出结果，对比在相同条件下的系统仿真结果来验证仿真模型的正确性。
根据仿真试验设计的方案，让计算机执行计算，并在执行计算的过程中了解仿真模型对于各种不同输入信号以及不同参数和仿真机制下的输出，得出试验数据，从而预测系统在实际环境中的运行情况。
对仿真模型的运行阶段所产生的数据进行分析，其目的是从运行阶段所产生的数据中找出系统运行规律，对仿真系统的性能做出评价，为系统方案的最终决策提供辅助支持。对仿真结果进行分析，对仿真数据的可靠性、一致性、置信度等做出判定，最终将仿真结果以曲线、图表和文字等形式形成论文。
4 超宽带无线的调制技术
发射超宽带（UWB）信号最常用和最传统的方法是发射时域上很短的脉冲。这种传输技术称为“冲激无线电”（Impulse Radio,简写为IR）。信息数据符号对脉冲进行调制，其调制方式可以有多种。脉冲位置调制（PPM）和脉冲幅度调制（PAM）是最常用的两种调制方式。除了要对脉冲进行调制外，为了形成所产生的信号的频谱，还要用伪随机码或伪随机噪声（PN）对数据符号进行编码。一般是，编码后的数据符号引起脉冲在时间轴上的偏移，这就是所谓的跳时超宽带（TH-UWB，Time-Hopping UWB）。直接序列扩谱（DS-SS）就是编码后的数据符号对基本脉冲的幅度进行调制，这在冲激无线电（IR）中被称为直接序列超宽带（DS-UWB，Direct-Sequence UWB），这种调制方式似乎非常有吸引力[1]。
对于超宽带信号，也可以通过很高的数据速率来产生而根本不需要具备脉冲的特性。只要UWB定义所要求的相对带宽或最小带宽在整个传输过程中得到满足，那么，靠发射高速率数据而不是窄脉冲所产生的具有UWB射频带宽的系统，就不应该被排除在UWB系统之外。诸如正交频分复用（OFDM），在数据速率适当的情况下也可产生UWB信号。因此，OFDM也是一种超宽带的调制方式。
本文主要讨论TH-UWB、DS-UWB和OFDM调制方式。
4.1 PPM-TH-UWB 调制方式
4.1.1 跳时超宽带信号的产生
在结合了二进制PPM的TH-UWB(二进制PPM-TH-UWB或者PPM-TH-UWB)中,UWB信号的产生可以系统地描述如下(参见图4-1描绘的发射链路) [1]。
SHAPE \* MERGEFORMAT
图4-1 PPM-TH-UWB信号的发射方案
给定待发射的二进制序列b=(…,b0,b1,…,bk,bk+1,…)，其速率Rb=1/Tb (b/s)，图4-1中的第一个模块使每个比特重复Ns次，产生一个二进制序列：
(…,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)。这个模块引入了冗余，其实是一种被称为重复码的(Ns,1)分组编码器。一般术语上称为信道编码。
第二个模块是传输编码器，就是应用整数值码序列c=(…,c0,c1,…,cj,cj+1,…)和二进制序列a=(…,a0,a1,…,aj,aj+1,…),产生一个新序列d，序列d的一般元素表达式如下：
dj=cjTc+aj （4-1）
式中,Tc和 是常量，对所有的cj满足条件cjTc+ <Ts，通常 <Tc。
这里的d是一个实数值序列，而a是二进制序列，c是整数值序列.现在我们遵循最常用的方法，假定c是企业界随机码序列，它的元素cj是整数，且满足
0 cj Nh-1。 码序列c可能为周期序列，其周期表示为Np。两种特殊情况值得讨论。第一种,码是非周期的，即 ；第二种是Np=Ns，这是最常用的一种，这时的编码周期与二进制码重复的次数相等。我们必须牢记：传输编码扮演了码分多址编码和发射信号的频谱形成双重角色[1]。
实数值序列d输入到第三个模块，即PPM调制模块，产生了一个速率为Rp=Ns/Tb=1/Ts(脉冲/s)的单位脉冲(Dirac pulses ) 序列。这些脉冲在时间轴上的位置为 ，因此脉冲位置在jTs基础上偏移了dj，脉冲的发生时间也可表示为( )。注意是码序列对c信号引入了TH位移，也正因为此，c被称为TH码。还要注意一点就是由PPM调制引起的位移 ，通常比TH码引起的位移cjTc小得多，即： ，cj=0除外。Tc称为码片时间(chip time)。
最后一个模块是脉冲形成滤波器，其冲激响应为。必须保证脉冲形成滤波器输出的脉冲序列不能有任何的重叠。
以上所有系统级联以后的输出信号 可表示如下：
(4-2)
比特间隔或比特持续时间，也即用于传输一个比特的时间Tb，可表示为：Tb=NsTs。在式(4-2)中，cjTc定义了脉冲的随机性或者说是相对于Ts整数倍时刻的抖动。如果用随机TH抖动 来表示由TH编码cjTc引起的时间上的位移，并假定 在0和 之间分布，则可得到：
(4-3)
正如前面提到的， 通常远大于 。这两个量的整体效果是产生一个分布在0和 之间的时间随机位移量，用 表示这个时间随机位移，可得发射信号的如下表达式：
(4-4)
更一般性地概括式(4-2)所表示的信号，其思想是：对于信息比特“0”和“1”，可以发射两个不同的脉冲波形 和 来分别表示。上面分析的PPM调制的例子，引入了 这个时间位移量，它的值根据它所代表的比特而有所不同，其实是上述思想的特殊例子，其中的 是 位移以后的波形。一种更一般的表达式：
(4-5)
当将 设置为- 时，式(4-5)也表示了PAM和TH-UWB的结合，即PAM-TH-UWB模型[1]。
4.1.2 PPM-TH-UWB的发射链路 系统模型如图4-2所示
SHAPE \* MERGEFORMAT
图4-2 PPM-TH-UWB 发射器的系统模型
图4-2中的第一个模块表示二进制源。这个模块的输出是发射到物理信道的二进制流。第二个模块表示重复码编码器。二进制流的每一个比特都被重复次。第三个模块仿真TH编码和二进PPM。这里考虑伪随机TH码。最后一个模块是脉冲形成。这个模块的冲激响应表示要发射的UWB信号的基本脉冲波形[1]。
4.1.3 PPM-TH-UWB 仿真结果及其分析
图（4-3）显示了参数设置如下时所产生的UWB信号
以dBm为单位的平均发射功率Pow， 信号的抽样频率fc， 由二进制源产生的比特数numbits， 平均脉冲重复时间Ts（单位为秒），每个比特映射的脉冲数Ns， 码片时间Tc（秒）， 跳时码的码元最大值Nh和周期Np，冲激响应持续时间Tm, 脉冲波形形成因子tau（秒）， PPM时移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
由图4-3中可以看到输出序列的前五个脉冲在其对应时隙的中间位置，而后五个脉冲则在其对应时隙的起始位置。
图4-3 PPM-TH-UWB 发射机产生的信号
图4-4 PPM-TH-UWB的幅度谱
由图4-4可以看出，TH编码和PPM调制都对幅度谱的高斯形状产生扭曲。PPM-TH-UWB信号的幅度谱将完全包含在无TH编码和无PPM调制的幅度谱包络中，这是因为以同样的形状和同样的平均功率传输等间隔脉冲的结果。
4.2 PAM-DS-UWB调制方式
4.2.1 直接序列超宽带信号的产生
直接序列扩谱（DS-SS）是一种著名的数字调制方式。这里，我们先回顾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特性的信号可以通过下面的过程产生：首先，用伪随机码或二进制PN码序列对要发射的二进制进行编码；其次，对一串窄脉冲进行幅度调制。这一过程可以看做是目前使用DS-SS系统的一种极端方式，此时脉冲在时域上是具有典型时间的奈奎斯特型脉冲或方波。让脉冲宽度远远小于切普间隔，很容易得到DS-SS-UWB的解析表达式。在传统的DS-SS系统中，RF发射信号是对载波进行幅度调制后得到的，通常使用二进制相移键控BPSK方式。而在DS-UWB中，如果没有专门的要求，这一过程可省略。[1]
更详细地，上述信号可以通过如下过程产生（见图所示发射链路）。
SHAPE \* MERGEFORMAT 图4-5 PAM-DS-UWB 信号的发射方案
假定待发射的二进制序列b=(…,b0,b1,…,bk,bk+1,…)，其速率为Rb=1/Tb (b/s)，图4-5中的第一个系统将每个比特重复Ns次，得到序列：(…,b0,b0,…,b0,b1,b1,…,b1,…,bk,bk,…,bk,bk+1,bk+1,…,bk+1,…)=a*，其速率为Rcb=Ns/Tb=1/Ts (b/s)。与TH方式相似，系统引入的冗余相当于一个参数为(Ns,1)的重复码编码器。
第二个系统将a*序列转换成只含有正值和负值元素的序列a=(…,a0,…,a1,…,aj,aj+1,…)，转换公式为：( ).
发射编码器将一个由 1组成、周期为Np的二进制码序列c=(…,c0,c1,…,cj,cj+1,…)应用到序列a=(…,a0,…,a1,…,aj,aj+1,…)，产生一个新序列d=a·c，其组成元素dj=ajcj。通常假定Np等于Ns，更具一般性的假定是Np等于Ns的整数倍。注意，序列d的元素值为 1，这一点与序列a相同，其速率为Rc=Ns/Tb=1/Ts (b/s)。
序列d进入第三个系统——PAM调制器，产生一个速率为Rp=Ns/Tb=1/Ts （脉冲/s）的单位脉冲（Dirac脉冲 ）序列，其位置在jTs处[6]。
调制器输出的信号进入冲洲响应为p(t)的脉冲形成滤波器。在传统的DS-SS系统中，冲激响应p(t)是持续时间为Ts的矩形脉冲。而在DS-UWB系统中，与TH方式相似，p(t)是持续时间远小于Ts的脉冲。
以上系统级联后的输出信号可以表示为
(4-6)
注意，与TH方式相似，比特间隔或比特持续时间，即传输一个比特所用的时间是Tb=NsTs。
输出的波形显然是一个PAM波形。很容易知道，由于没有时移而且脉冲以规则的时间间隔出现，计算式(4-6)所示信号的PSD要比计算式(4-2)所示信号的PSD更容易。
上述方式的一种变形是使用PPM调制器代替PAM调制器，得到的信号可表示为：
(4-7)
注意到在式(4-7)中，由于码的伪随机特性，编码会起到白化频谱的作用。
4.2.2 PAM-DS-UWB 发射链路 其系统模型如图4-6所示.
SHAPE \* MERGEFORMAT
图4-6 PAM-DS-UWB 发射机系统模型
图4-6中的前两个模块分别表示二进制源和重复码编码器。第三个模块是在重复码编码器的输出端实现DS编码和二进制PAM调制。我们考虑伪随机DS码，分配给一般用户的是长度为NP的二进制码序列。最后一个模块是脉冲形成器[1]。
4.2.3 PAM-DS-UWB 仿真结果及其分析
图4- 7 由PAM-DS-UWB发射机产生的信号
图（4-7）显示了参数设置如下时所产生的UWB信号
以dBm为单位的平均发射功率Pow， 信号的抽样频率fc， 由二进制源产生的比特数numbits， 平均脉冲重复时间Ts（单位为秒），每个比特映射的脉冲数Ns， 码片时间Tc（秒）， 跳时码的码元最大值Nh和周期Np，冲激响应持续时间Tm, 脉冲波形形成因子tau（秒）， PPM时移dPPM（秒）。
Stx: Pow=-30, fc=50e9, numbits =2, Ts=2e-9,
Ns=10, Np=10, Tm=0.5e-9,
tau=0.25e-9,
这个信号由两组脉冲序列组成，每组包含10个脉冲，每组映射信息源的一个比特。从图4-7中可以看出每二组的10个脉冲与第一组的10个脉冲在极性上是相反的。
图4-8 PAM-DS-UWB的幅度谱
由图4-8可以看出，幅度谱的包络具有基本脉冲的傅氏变换的形状，即高斯形状。且Np（信号每比特发射脉冲数）值越大，图形分布越宽，即幅度峰值越小。
4.3 OFDM调制技术
4．3．1 概述
多频带（MB）方式与本章前两节分析研究的IR原理不同。根据2002年，FCC公布的UWB定义，带宽超过500MHz的信号都是UWB信号。因此，按照FCC规定的频带范围3.1~10.6GHz，将此7.5 GHz的带宽分割成最小带宽为500MHz的若干个频带。为了尽量减小同窄带通信系统的相互干扰，UWB采用较小的功率，于是UWB信号对于窄带通信系统来说相当于热噪声，并不被窄带通信系统的接收机检测到，也可以避免特定频带上的非人为干扰[1]。
在每个子频带内可以使用不同的数据调制类型，并不一定要用IR方式，正确的频谱带宽可以通过合适的比特速率实现。应用最广泛的是众所周知的正交频分复用（OFDM）。
4．3．2 多频段OFDM-UWB信号产生
一个已调的OFDM信号由调制在不同载波频率 上的同个并行发射的信号组成。这些载波等间隔地位于频域上，其间隔为 。OFDM调制器输入的二进制序列每K比特编为一组，以产生具有N个符号的数据块{ }，这里假定 是L个可能的取值中的一个，K=N1bL。最后，每个符号调制一个不同的载波。为了并行传输数据块的N个符号，不同的调制载波信号在频率上必须正交[8]。
所有调制器使用相同的矩形波，其持续时间为T：
（4-8）
如果符号 在星座图中的点用 表示，OFDM信号中有N个符号的数据块的表达式如下[1]：
（4-9）
而相应的复包络是
（4-10）
其中 ，S（t）是周期为T0的周期函数。
式（4-9）中OFDM信号的数字变换相当于传输式（4-10）中复数包络的抽样值，也就是说传输序列可表示如下：
（4-11）
tc是抽样周期。
仿真OFDM调制信号，考虑的是OFDM各个载波使用QPSK调制的情况。仿真整个发射链路，产生式（4-9）的信号。
4．3．3 OFDM仿真结果及其分析 要发射的总比特数numbits； 调制信号的中心频率fp； 抽样频率fc； 每个符号在其相应载波上的传输时间T0； 循环前缀的持续时间TP；保护间隔时间TG， 矩形脉冲响应的幅度为A， OFDM系统的子载波数N。
(1) numbits=8； fp=1e9; fc=50e9; T0=242.4e-9;
TP=60.6e-9; TG=70.1e-9; A=1; N=4;
图4-9 OFDM-UWB信号
图4-10 OFDM-UWB幅度谱
图4-10中的幅度谱由子载波的幅度谱叠加而成。
(2)numbits=8； fp=1e9; fc=50e9; T0=242.4e-9;
TP=0; TG=50e-9; A=1; N=2;
图4-11 OFDM-UWB信号图
图4-11 OFDM-UWB信号幅度谱
对比以上两图，可以看出，在同样的时间里为了传输更多的符号，是以增加带宽为代价的，也就是增加子载波的数量。
4.4 总结
通过一系列的仿真,我们可以得出以下结论:PAM、PPM两种调制方法主要是为了进行信息数据符号对脉冲的调制，而信号中的伪随机TH码和DS码主要是为了产生信号的频谱，使信号的功率谱密度在采用伪随机码调制后变得更加平滑，不能干扰到其它已经存在的窄带系统[9]。
OFDM具有良好的抗多径干扰性能，通过频率的合理选择，能够同现存的窄带系统和开放频段的通信系统具有很好的共存性，同传统的超宽带系统相比有很大的优势[11]。
5 性能分析及应用前景
5.1 脉位调制(PPM)和脉幅调制(PAM)
脉位调制(PPM)是一种利用脉冲位置承载数据信息的调制方式。按照采用的离散数据符号的状态数可以分为二进制PPM(2PPM)和多进制(MPPM)。在这种调制方式中，一个脉冲重复周期内脉冲可能出现的位置有2个或M个，脉冲位置与符号状态一一对应。根据相邻脉位之间距离与脉冲宽度之间关系，又可分为部分重叠的PPM和正交PPM（OPPM）。在部分重叠的PPM中，为保证系统传输可靠性，通常选择相邻脉位互为脉冲自相关函数的负峰值点，从而使相邻符号的欧氏距离最大化。在OPPM中，通常以脉冲宽度为间隔确定脉冲位置。接收机利用相关器在相应位置进行相干检测。鉴于UWB系统的复杂度和功率限制，实际应用中，常用的调制方式为2PPM或2OPPM[3]。
PPM的优点在于：它仅需要根据数据符号控制脉冲位置，不需要进行脉冲幅度和极性的控制，便于以较低的复杂度实现调制与解调。因此，PPM是UWB系统广泛采用的调制方式。但是，由于PPM信号为单极性，其辐射谱中往往存在幅度较高的离散谱线。对此超宽带信号的幅度谱仿真也证明了这一点。如果不对这些谱线进行抑制，将很难满足FCC对辐射谱的要求[10]。
脉幅调制（PAM）是数据通信系统最为常用的调制方式之一。在UWB系统中，考虑到实现复杂度和功率有效性，不宜采用多进制PAM（MPAM）。UWB系统常用的PAM有两种方式：开关键控（OOK）和二进制相移键控（BPSK）。前者可以采用非相干检测降低接收机复杂度，而后者采用相干检测可以更好地保证传输可靠性[3]。
当发射能量相同时，使用二进制PAM调制的信号可以比使用二进制PPM调制的信号获得更好的性能。
5.2 OFDM调制
OFDM有很多优点：能够提供较大的系统容量，具有较强的抗多径干扰、抗频率选择性衰落和频率扩散能力，适应多径和移动信道传播条件，能够适应不同设计需求，灵活分配数据容量和功率，可提供灵活的高速和变速综合数据传输可以实现较高的安全传输性能，允许数据在复数的高速的射频上被编码。由于OFDM技术的良好性能使得它在无线通信系统中得到了广泛的应用[12]。
OFDM技术是将频道资源分成若干个子信道，每个子信带再采用一定的调制技术，提高频率利用率。OFDM可与PPM、PAM等结合使用，将会有性能更好的调制技术出现。
5.3 UWB的应用前景
超宽带技术在通信、雷达和无线定位等领域都将有广阔的应用前景。近年来，人们对超宽带技术深入的研究使超宽带技术在系统理论、功率放大器、脉冲的产生与接收、同步、集成电路等方面取得了重大进步，尤其是在超宽带无线产生领域的技术进步，使超宽带通信成为无线网络的重要组成部分成为可能。
相对于传统的窄带无线通信系统，超宽带无线产生系统具有诸多优点和潜力，使超宽带无线产生成为中短距无线网络的理想接入技术。根据产生速率不同，挤兑超宽带无线传输系统也具有不同的特点和应用领域。
利用超宽带技术可以提供高数据率传输的能力与定位功能，可以设计依赖定位信息优化网络资源管理的WPAN或WLAN，并应用于多媒体传输、计算机通信和家庭娱乐等领域。
利用脉冲超宽带信号对障碍物的良好穿透特性与精确测距功能，可以设计既具有通信功能也具有定位功能的超宽带脉冲无线通信与定位系统。该系统包括传输距离远（通信速率低）、颁布式移动定位、便携、超低成本、超低功耗、定位可靠性和精度高等特点。因而可以广泛用于传感器网络、消防、公共安全、库存盘点、人员监护与救生等重要领域。利用超宽带脉冲信号低截获概率、保密性高和体积小的优点，该系统还可以应用与侦察、情报收集、伤员救护、武器制导等军事领域[8]。
超宽带信号具有很低的辐射功率，而这样的辐射功率分布在某些方面GHz的频率范围内，功率谱密度极低，类似白噪声频谱，具有低干扰、低截获概率特性；同时由于使用窄脉冲为信号载体并采用跳时扩频，接收端必须已知发射端扩频码的条件下才能解调出发射数据来，加上它对多径干扰具有很好的鲁棒特性，非常适合在军事保密通信的应用。非常低的辐射功率可以避免过量的电磁波对人体的伤害[7]。
结论
超宽带无线通信技术是目前发展的热门技术。它以其自身的优点，被研究人员广泛关注。超宽带无线电技术大体包括基带脉冲传输方式和带通载波调制传输的方式两大类。脉冲传输的特点是把信息调制在离散脉冲信号上发射，而带通载波调制传输的特点则是把信息调制在正弦载波上发射。本论文是以采用基带脉冲传输技术的经典超宽带无线电通信系统为基础进行研究的。
为了更好地了解超宽带通信系统，本文先概括地介绍了超宽带无线通信的基础知识。接着将仿真的基本工具MATLAB的使用说明简单介绍。然后，重点介绍超宽带通信的调制方式，主要包括对TH-PPM、DS-PAM和OFDM调制方式的介绍，并通过仿真图像加以对比，说明调制方式的优缺点。
常采用不同的调制方案，对系统传输速率、搞多径干扰能力有很大影响。对它们进行分析比较，对系统调制信号的设计具有一定的参考意义。通常，在一个通信系统中，应用何种调制方式不仅要看调制方式本身性能，还要根据系统总的设计加以考虑。
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我校交通工程专业毕业设计可分为毕业设计及毕业论文两类。选题的来源一般为教师自拟题目或科研项目中的某一部分，选题总体来说比较丰富，包括交通工程各领域，如交通设计、道路设计、道路桥梁结构分析等。总体上而言，我校交通工程专业选题范围较广，基本上涉及到了交通工程的各个方面，且与学生的就业方向具有较好的相关性。但由于指导教师专业方向的限制，学生能力的限制以及教学条件的限制，学生选题的自由度实际上不大。在设计类题目中，“交通设施设计”中采用的题目大多就有很强的工程背景或实际背景，如“建设一路公路改造设计”。此类题目由于具有很强的工程背景，可以为学生提供比较全面的资料，如实际的地形图、地勘报告等，学生参与的兴趣较高，而题目又涉及到实际工程中各方面问题，若师生之间能进行良好的互动，可取得更好的教学效果。“交通设计”则主要针对道路交叉口或者一定区域内的道路网进行交通分析，在此基础上进行交通优化设计，如“武汉市二环东段道路出入口控制设计”。此类题目一般以实际问题为依托，学生需要自己采集交通数据及道路数据，在此基础上进行交通模拟分析并对原设计方案进行优化。“交通信息”则主要涉及到信息工程在交通领域的应用，如“基于Sketch-up的校园三维场景模型的构建”，此类选题需要学生有一定的专业软件能力，具有较强的应用性。论文类题目中也可分为3个方面，分别为“结构与材料性能”、“交通策略”和“交通信息”。一般而言，毕业论文涉及到的专业知识相对而言较少，一般仅对某一门课程中一方面的问题开展研究。其一方面需要学生有扎实的专业基础，另一方面要求学生有一定的科研能力，因此论文在全部设计中占有的比例不宜过大，本专业要求一般不高于20%。
2交通工程专业毕业设计中面临的一些问题
由于交通工程专业是一个较新的综合性学科，目前很多高校在教学目标上存在一定的差异，其毕业设计要求及教学方法也存在很大的差异。我校交通工程专业在借鉴其他高校教学方法基础上，每年都会根据实际情况对毕业设计的教学方法及管理方法进行必要调整。但在毕业设计过程中仍然存在不少的问题，具体如下：
（1）教学条件有待完善。主要表现在几个方面：首先毕业设计指导教师的指导时间投入不足，主要是由于毕业设计时间过于集中，而学校的师资力量有限，影响了毕业设计的质量。此外，学校对毕业设计重视程度仍然有待提高；其次，部分教师本身缺乏一定的工程经验，因此很难解决毕业设计中出现的问题，这也影响了毕业设计的质量；最后，学校在教学设备及教学经费上的投入非常有限，严重影响了毕业设计的质量。实验设备及经费的缺乏造成很多实验项目及调研考察无法开展，毕业设计只能避实就虚，影响了学生的积极性。
（2）毕业设计选题局限性很大。学校规定毕业设计选题由学生及指导教师共同完成，但实际上操作起来具有很大的难度。实际操作中一般各教师按照指导学生人数拟定毕业设计题目再由学生自主选择，学生在选题方面的自由度很小。部分学校要求毕业设计题目的拟定以学生为主也是不可取的，一方面学生的专业水平有限，缺乏实际经验，很难拟定出符合要求的毕业设计题目，另一方面，本专业作为工程学科，毕业设计中如果与实际工程结合起来，效果更好，学生显然不具备此条件。
（3）毕业生就业影响了毕业设计质量。大学生就业压力越来越大，而学生的就业率作为学科建设的一个重要考核目标，使得学校必须为学生的就业提供各种便利。而毕业设计时间上与学生找工作的时间基本上重合，这必然对毕业设计教学秩序造成严重影响。
（4）学校对毕业设计的管理力度不够。一般来说，学校对毕业设计都有较为严格的管理条例，但作为全校性的管理条例必然不可过于细致，同时学校在管理条例的执行上也不够严格规范。其具体表现在几个方面：一方面学校对教师的指导管理不够，教师对毕业设计的指导仅依靠责任心维持；另一方面，学校对教师缺乏必要的业务指导，部分教师在业务水平方面的缺陷必然影响了毕业设计的质量；此外，毕业设计管理过程中，对毕业设计工作量的标准有待完善。
（5）毕业设计工作量的标准不合理。目前我校对毕业设计工作量的要求主要以字数为准，其它要求过于松散。实际执行过程中以指导教师要求为准，这造成了毕业设计标准的不统一。部分教师要求较高，学生毕业设计工作量很大，而另外一些教师要求较低则学生毕业设计工作量很小。过高工作量使得学生毕业设计压力过大，而过低的工作量则不足以完成既定的教学目标，两者都不利于教学效果的提高。
3交通工程专业毕业设计的几点建议
基于毕业设计在本科教学体系中的重要性，如何提高毕业设计的教学质量从而提高本科毕业生的整体素质是教学改革的重点内容。
（1）加强科研工作与毕业设计教学的结合。指导教师在毕业设计选题阶段中应尽量选择难度相对较低的科研项目，以横向科研项目为主，可由学生完成协助科研工作的某一部分，如交叉口的调查及交通控制的模拟。尽量将学生的工作纳入科研团队的工作之中，这样才能真正起到教学与科研的互相促进作用。
（2）建立更加完善的毕业设计选题体系。教师在确定毕业设计选题时，应充分考虑学生的兴趣及就业去向。为了保证学生选题的自由度，应改变原有的一对一的选题模式及有多少学生选择多少题目，一个学生面对一名指导教师的模式。毕业设计题目总数应不少于2倍的学生数，同时每名毕业设计学生可安排；两名指导教师（包括一名指导教师以及一名专业辅导教师），这样既可以保证学生选题的自由度，可很好地解决教师的专业方向的局限。
（3）提前开题，合理优化毕业设计时间。由于毕业设计时间与学生就业存在一定的冲突，为了保障毕业设计的进度与质量，可适当延长毕业设计时间，将毕业设计的开题时间提前到第七学期初。学生在第七学期中教学任务不重，这样学生有充足的时间进行毕业设计文献收集及阅读，同时也减少了学生在最后一学期的毕业设计与工作的双重压力。此外，毕业设计时间的延长有利于毕业设计水平的整体提高。
（4）加强管理，建立完善的毕业设计质量控制体系。加强毕业设计的管理工作，在毕业设计开始阶段，教师应根据毕业设计内容的特点，指导学生完成毕业设计的进度安排表，具体工作应落实到每周。学生在每个阶段必须完成既定的工作，及时汇报毕业设计的进度，保证按时按量完成毕业设计任务。
4结语
1.毕业设计内容较为单一，题目重复率高。
目前高校环境工程专业毕业设计所采用的模式基本是先由指导教师列出题目，再由学生进行选择。然而由于有些教师手中掌握的工程技术资料有限，所指导学生数量又多，选题经常是使用多年的陈旧课题，有的甚至几年都用一样的题目，缺乏创新，重复率高。另外，由于不同高校的学科特色不同，环境工程专业的研究重点也各有差异，有些高校毕业设计题目主要集中在水处理方面，而大气、土壤和固废方面的设计题目相对较少；有些高校侧重于固废及土壤方面的研究，大气及水处理方面研究相对较少。这就导致了毕业设计课题不够全面，难以体现专业特色。
2.学生对毕业设计不够重视，投入精力不足。
目前大部分高校的培养方案中把毕业设计安排在最后一个学期，而这一学期，又是毕业生找工作的关键时期。在高校扩招的总体趋势下，近几年来毕业生数量连年创新高，导致学生的就业压力逐年增加，在激烈的市场竞争下，学生们不得不花费大量的时间精力在择业就业上。同时，一部分学生选择继续深造，将主要精力放在了研究生复试及一些其他考试上。而学校经常把就业率和考研率作为衡量一个专业建设好坏的重要指标，导致部分学生对毕业设计的重视程度和精力投入不够。很多学生认为自己找到了工作单位，毕业设计已经无关紧要了，应付心态严重。有些同学经常是东拼西凑，草草完成毕业设计，其结果就是使毕业设计流于形式，难以达到锻炼学生分析解决问题的能力和培养综合素质的效果。
3.师资缺乏，配套设施不足。
有些院校平均每位教师要指导十多名学生的毕业设计。很多教师除了指导毕业设计外，还要完成繁重的课堂教学任务和其他科研任务，所以指导教师根本不可能对每个学生都做到面面俱到的监督和指导。这就造成了一些学生的松懈，从而影响毕业设计的质量。同时，一些带毕业论文的教师通常需要学生进行几个月的实验研究，由于学校实验设备比较陈旧，一些设备出现了老化和故障，严重影响了实验的进度和实验结果的准确性，进而影响毕业论文的质量。
4.毕业设计评定流于形式化。
毕业设计教学环节通常包括选题、开题报告、中期检查和毕业答辩等。学生的毕业设计成绩主要取决于答辩成绩。而学生毕业答辩一般安排在学生离校前几天，所以答辩中即便发现一些问题，学生也不会再多花时间去修改。答辩组对于学生的评分，最低只给到及格，一般不会给学生不及格，答辩过程形式大于内容。这就使得学生们从思想上到行动上都对毕业设计不够重视。
5.毕业设计经费支撑不足。
目前多数高校普遍存在经费不足的问题。由于多数毕业设计的题目均为陈旧的课题，并无直接的经费支撑，同时学校针对毕业设计提供的专项经费数量有限，进一步限制了设计资料及试验条件等方面的支持，从而影响学生毕业设计实际针对性，难以保证质量。
二、环境工程专业毕业设计改革建议
1.广泛收集资料，丰富毕业设计选题。
科学合理地确定毕业设计选题，是保证毕业设计水平的先决条件。从选题内容上，根据环境工程专业的特点，毕业论文应涵盖水污染控制工程、大气污染控制工程、土壤污染控制工程、生态工程及环境质量评价等各个方面。从选题方式上，毕业设计选题应与学生择业方向相结合，与科研和工程项目相结合，与企业相结合，以学生自由选题为主，结合学生自己的兴趣、特长及今后从事工作的需要自主选题。
2.灵活安排毕业设计时间，加强与学生间的互动。
针对毕业设计时间安排在学生时间精力均不足的第八学期的问题，可以改变毕业设计的固定组织形式，灵活利用时间来组织毕业设计。例如可以考虑把毕业设计分两个学期进行：不考研的学生在第七学期进行，考研的学生在第八学期进行。部分学生也可在第五和第六学期通过参与教师的科研课题或开放实验，提前完成毕业设计。这种方式就避免了毕业设计时间集中以及每位老师短时间内所带学生较多的问题。另外，毕业设计是学生将四年的知识积累运用到实际应用中的一个过程，需要学生们细心地分析选题，进行资料调研，运用所学知识寻找解决问题的方法，这个过程需要教师精心的指导，因此师生间的互动非常关键。指导教师应该根据每个学生的具体情况，每周对学生进行指导，并在毕业设计过程中不定期检查学生设计的进展，及时发现学生的问题，并进行指导，保证学生高质量地完成设计。
3.加大教学投入，提高教师的专业技术水平。
学校应为保障学生毕业设计的质量投入更多的教学设备，将机房和实验室较大程度地向学生开放，以保证学生有足够的时间完成实验和设计。另外还应对指导毕业设计的教师进行培训和考核，提高教师的专业技术水平，努力打造一支既有专业知识，又懂辅助技术，同时善于联系实际的优秀教师队伍。
4.加强管理，改革毕业设计的考核方式。
虽然在毕业设计的各个环节都有相应的管理措施，但在实际实施中常流于形式。要加强毕业设计的管理，首先要进行学风教育，使学生认识到毕业设计的重要性。最重要的是要严把答辩关，要严格答辩程序，避免答辩走过场的现场。对于达不到要求的设计，坚决不给予通过，营造良好的学风。同时，改革毕业设计的考核方式，研究制定科学高效的评分机制，对于平时设计过程中不按时完成各项任务的学生可给予相应的减分，提高指导教师打分的比例。
三、结语
学生考虑问题深入，对学生都给予较好的评语。其余学生由教研组组成答辨小姐进行逐个答辨。毕业设计的成果，基本反映了学生独立工作能力的水平。
这次毕业设计工作，给予我们不少启发，下面就今后毕业设计工作谈一些想法。
一、选择结合实际任务的不同类型毕业设计课题，进一步提高学生的独立工作能力
建筑结构工程专业的培养目标是学生毕业后既能从事建筑结构的设计和研究，又能从事建筑工程的施工和管理，但他们在学校里要着重进行的是作为结构工程师的基本训练。为了达到这个目标，必须在整个教学中加强基本理论，重视基本技能训综，切实安排好实践环节，以及认真做好最后一个学期的毕业设计工作。
在各种教学安排中，传授知识和培养能力是学校教学的两个方面，而能力和创新精神却是提髙教学质量的重要标志。能力和创新精神的丨川练应当贯穿在各个教学环节之中，使学生由低到高地受到连续的训练和薰陶。但是毕业设计却是贯彻理论联系实际原则和综合训练独立工作能力的最后的也是最重要环节。它对保证学生质量起着其它教学环节所不能代替的作用，因而必需予以髙度的重视和精心安排。
从历史沿革看，我系本专业毕业设计曾有几种做法：解放初期没有毕业设计，学生祗是在临毕业前阅读几篇文献，写份读书报告；学苏后开始设置毕业设计，做的是假拟题目，分建筑.结构、施工三个阶段进行“总装配”；58年后实行“真刀真枪”的毕业没计，学生在一个小组里结合实际设计任务经历结构设计的全过程；61年后“真刀真枪'’和“真题假做”的结构设计题目件举，同时引入少呈科研題目，使学生学会科研方法。
我们认为把毕业设计作为“总装配”也好，作为“经历结构设计全过程”也好，作为“学会科研方法”也好，它们都有正确的一面，但也有困难的一面，而且不能概括毕业设计的基本要求。例如进行“建筑、结构、施工”的三阶段总装配，好处是学生能将已学知识联系起来解决工程问题。但毕业设计时间短，学生要忙于完成三阶段任务，精力分散，不易做到深入钻研，不能更好地培养独立工作能力和创新精神。又如“经历结构设计全过程”的做法，好处是真刀真枪，能调动学生积极性，是一次实战淚习。但生产和教学矛盾突出，例如设计资料常变动，各设计工种间技术矛盾很多，施工单位会提出种种实际问题要求推翻已做好的设计，因此学生会做大量重复性工作，有的不属于基本教学要求。
我们认为毕业设计的基本要求，槪括起来应做到“两彳、进一步”一就是进一步理论联系实际，进一步训练能力；抓住“三个性”——就是要求学生做毕业设计时具有综合性、独立性和创造性。这里所谓“进一步”，就是把毕业设计和其它教学环节联系起来考虑，有些训练可以在其它教学环节中基本完成，而在毕业设计中强调的则是进一步的提高。所谓“三个性”，就是在综合进行“总装配”的基础上，强调培养独立工作能力和创新精神。
为了达到这个目标，可供选择的毕业设计课题是广泛的。它可以是设计题目，可以是研究设计任务，也可以是本专业在结构、力学、材料、施工方面的科研专题。这里有一个核心问题，就是毕业设计题目要结合实际任务，它应该或者是一项实际生产任务或者是一个有现实意义的课题。学生不仅在毕业设计中能经历一次设计的或小型科研的全过程，而且有为推动四化建设尽自己力量的责任感。有了这一点，学生就会有极大的主动性和极积性去研究解决各种工程实际问题，做一些有创新意义的工作。也就能使学生在毕业设计中更有目的地钻研和运用理论，锻炼基本技能，自觉提高独立工作能力，自始至终地用高标准要求自己，最后达到培养目标要求。
二、抓好毕业设计前各个教学环节（尤其是实践环节），是提高毕此设计水平的重要条件
建筑结构工程专业是设计类型的专业，培养目标测重于结构设计和设计问题的研究。上述毕业设计安排能不能完成培养目标赋予的任务？会不会削弱结构设计方面的训练？这是必须认真考虑的问题。
我们认为，一个结构工程师，除了有宽厚的理论基础外，必须有严S的学风，有熟练的运算、绘图和应用规范手册的技能，有一定的处理构造和施工问题的能力。这三方面是进行结构设计的基本要求。但要成为有作为的工程师，这些要求是不够的。他还要有丰富的想象力，能做出好的设计方案，会处理新的工程问题L.这祥才能使生产不断发展。所有这些学风、技能和能力训练，显然不能只在一个毕业设计环节中加以完成，而是大学五年培养的结果。大学平时教学环节和毕业计，@；一t有整体。所以，适当地对平时教学和毕业设计进行分工，将一些更基本的丨川练放庄F时教学中，尤其在乍时实践环节中加以完成，而毕业设计丨则重对培养综合性的理论联系实际的能力，独立工作能力和创新精神，则是可取的。
例如，学生测量实习时，我们可以要求他们在2~3周内完成一个广区（或地区）的实际测图任务，学生测绘的地形地物图作为该厂的竣工图或在该地区进行基建的依据。
学生肩负了生产任务，就能认真地对待每一个读数，处理每一个数据，绘制每一根线条。这样就能在不长时间内锻炼严谨的学风，为今后培养更好的学风打下基础。
又如我们有意地在一些课程设计和大作业中安排工程技能的训练。譬如在“单层厂房结构设计”中，我们可以要求学生对一个典型厂房进行构件选型、主体结构和构件计算、处理各种构造问题、画出结构布置图、节点大样图、构件模板配筋图、材料表等。
他们的计算和图纸大体应达到生产用结构计算书和结构施工图的水平。这样就使学生在课程设计阶段基本完成过去毕业设计中对结构施工图训练的要求，在毕业设计中就有更多时间去考虑新方案和新专题。在“髙层建筑结构”作业中，我们还可以要求学生进行一个较复杂的结构构件计算，了解一般结构工程的计算方法、步骤以及怎样进行数值校核的方法。那么学生在毕业设计中就能摆脱一些数值运算钏练要求，用计算机进行工程计算：腾出精力去研究更为复杂的问题。
施工实习时，我们选择宝钢工地作为实习现场。那里有宏伟的建设场面，有先进的施工机械，有众多的技术课题，有经验丰富的技术人员指导。我们要求学生在完成实习任务的同时，为工地解决一、两个实际工程问题，写出专题报告，由工地技术人员负责审阅鉴定。例如有的学生为了统一异型钢模板类型，改进了某项设计，可节约数十吨钢材；有些学生对上海地区降水工程的历史和现状进行了调査分析，或者对宝钢工程中的基坑边坡稳定问题进行分析讨论。他们都写出有价值的专题报告，受到好评。在77和78级两届实习中，学生几乎一致认为：“施工实习使我们开阔了眼界，学习了施工知识，受到了一次从未有过的独立工作锻炼，在能力培养上有一个飞跃”。
我们体会学生经过测量实习、课程设计、施工实习等实践环节训练后，在学风、技能和能力上，每次都能迈上一个台阶。如果思想抓紧，措施得力，一步一个脚印地前进，他们的进步将是不小的。这些训练都能为毕业设计打下基础，有些工程技术训练大体得到解决，有些能力培养有了良好开端。在这个前提下，无疑地应该而且可以对毕业设计提出更髙的要求。
三、不同类型毕北设计题目的做法和要求
根据上面的毕业设计要求和我们的具体条件，我们认为毕业设计净时间以16~17周为宜，毕业设计选题以三类为宜，即“设计类”、“设计研究类”和“其它形式研究类”。由于本专业培养目标和学生毕业后岗位都侧重于结构设计和研究工作，所以前两类题目应该多一些；又由于教学计划中对结构课程设计已有一定训练，所以单纯设计的题目也不宜太多，以免过多重复。至于三类题目的比例，要看每届毕业设计前的具体情况而定。
1.设计类题目，指的是学生所参加的实际设计任务，或以实际任务为背景的题目。这类毕业设计大体可分收集资料、方案、计算、绘施工图、总结等个五阶段进行。
在第一、二阶段中，要考虑建筑、结构、施工三方面问题；在绘图阶段学生应参加各设计工种的技术讨论和汇总工作；在总结阶段有人可写专题，有人可做本工程设计的业务总结。参加这类题目的学生一般可由三种人组成：基本技能尚嫌不足的学生，对结构设计有特长的学生以及少数成绩优秀、组织能力较强的学生。
2. 设计研究类题目，指的是学生所参加的某项实际工程设计任务中的研究专题。
也可以是学生在参加某项工程的部分设计后，着重解决一、两个专题。做这种专题时，在设计方面要求学生达到技术设计阶段的要求，有一定份量的计算和绘图工作；在研究方面要求学生有较深入的理论分析，有自己独立的和创新的见解，有一些专题论文。参加这类题目的学生人数应该比另两类题目多。这些学生对一般性的设计技能已有一定的训练，有较好的自学能力，因而在毕业设计中有可能对他们进行进一步提高的训练。
我们认为这类题目可以多一些，原因有四：
①学生在结构设计上至少能做到技术设计阶段，在研究上有自己的专题，能够满足毕业设计的基本要求；
②不受生产任务在时间上和工作量上的限制，生产和教学的矛盾不大，又能为生产和技术改造直接服务；
③题目与教师的科研能结合。目前教师的科研大体有两类：一类是基本理论，一类是工程技术专题。后一类更容易结合。教师指导这类题，花时间不多，收效却不小。
学生又能为教师的科研提供必要的数据，所以教师愿意带；
④与当前土建技术发展方向结合（例如髙层结构的某些专题，结构优化问题，抗震分析等），比较有生命力。
3. 研究类题目，指的是学生所参加的结构设计以外的专题研究，
如结构实验研究、施工专题研究、结构力学专题研究、建筑材料专题研究等。有的可以实验研究为主，有的可以理论研究为主。本科生做专题研究，可以在教师指导下进行，也可以和硕士研究生组成梯队。本科生和硕士研究生进行研究的区别之一是研究生一人一题，而本科生一般都由几个人合作进行。他们在一起做实验，进行理论分析，互相启发和补充，但每人必须有自己的工作5得出自己的见解和结论，写出自己的论文。参加这类题目的学生是少数。他们理论基础和技能训练都比较好，有较强的自学能力，并a在平时表现出对结构实验、施工.力学.材料等方面有较大的兴趣和爱好。
据教育部高教司理工处处长李茂国介绍，在国内高校中，工科学生占到大学在校生总数的30%。我国工科教育每年在校大学生人数约为700万，相比美国的几十万、英国的十几万，是个不折不扣的“世界第一”工程教育大国。
然而，我国工程应用人才正遭遇一系列问题：工科院校、工科专业的培养偏向于学术化、理论化，工程人才培养中企业的作用明显缺失。而且老师都因循“学校—学校”路径而来，缺乏足够的工程实践经验。更注重科研的教学模式，让大部分工科生丧失了最基本的工程实践能力，也使这个“世界第一”缺乏国际竞争力。
工程人才密切关系着国家的实体经济，为此，教育部在今年6月启动了“卓越工程师计划”试点。在由教育部举办的此次交流会上，上海交大、清华、浙大等近20所高校就各自近期的探索进行了研讨。
记者获悉，这一培养计划将全面启动，教育部今年已筛选61所高校参加试点，共涉及283个专业点，目前已经加入“卓越工程师计划”的在校生人数达3万余名。预计今后十年间，每年都将有10%（约10万人）的工科专业本科生，以及50%（约6万人）的工科研究生纳入到培养计划。
毕业论文是教学环节中很重要的一个部分，是考察学生综合使用所学理论知识的一个应用能力，发现和解决问题的能力也得到了重要体现。比如土木工程专业的学生，就能获得在施工单位从方案环节到施工的整个过程的锻炼，然后把这些理论和实践都融汇到土木工程毕业论文中去。
通过毕业设计这一重要的教学环节，培养土木工程专业本科毕业生正确的理论联系实际的工作作风，严肃认真的科学态度。 毕业设计要求我们在指导老师的指导下，独立系统的完成一项工程设计，解决与之有关的所有问题，熟悉相关设计规范、手册、标准图以及工程实践中常用的方法，具有实践性、综合性强的显著特点。因此毕业设计对于培养学生初步的科学研究能力，提高其综合运用所学知识分析问题、解决问题能力有着重要意义。
在完成本次毕业设计过程中，我们需要运用感性和理性知识去把握整个建筑的处理，这其中就包括建筑外观和结构两个方面。还需要我们更好的了解国内外建筑设计的发展的历史、现状及趋势，更多的关注这方面的学术动态，以及我们在以后的土木工程专业发展的方向。同时积极、独立的完成本次毕业设计也是为今后的实际工作做出的必要的准备。
1.1研究现状：
土木工程是建造各类工程设施的科学，技术和工程的总称。土木工程是伴随着人类社会的发展而发展起来的。它所建造的工程设施反映出各个历史时期社会经济、文化、科学、技术发展的面貌，因而土木工程也就成为社会历史发展的见证之一。土木工程在我国可以分为：建筑工程、桥梁工程、公路和城市道路工程、铁路工程、隧道工程、水利工程、港口工程、给水和排水工程、环境工程。作为土木工程专业的学生，深知土木工程设计范围之广，以及和社会生活联系之密切。我们在校只是学习了土木工程这一个小的分支并且着重学习了工民建部分。工民建方面就结构布置部分有以下几种结构：框架结构、剪力墙结构、框架-剪力墙结构、板柱-剪力墙结构、框架-支撑结构、筒体结构、框架-核心筒结构、巨型结构等等。
就此次的设计题目，以及结合任务书所给定的各项条件，选择了框架结构比较合理并且切合实际。
1.2发展趋势：
框架结构由梁柱构成，构件截面较小，因此框架结构的承载力和刚度都较低，它的受力特点类似于竖向悬臂剪切梁，楼层越高，水平位移越慢，高层框架在纵横两个方向都承受很大的水平力，这时，现浇楼面也作为梁共同工作的，装配整体式楼面的作用则不考虑，框架结构的墙体是填充墙，起围护和分隔作用，框架结构的特点是能为建筑提供灵活的使用空间，可提供较大的使用空间，也可构成丰富多变的立面造型。国外多用钢为框架材料，而国内主要为钢筋混凝土框架，框架结构可通过合理的设计，使之具有良好的延性，成为“延性框架”,在地震作用下，这种延性框架具有良好的抗震性能。
[1]钢筋混凝土多层框架结构作为一种常用的结构形式, 具有传力明确、结构布置灵活、抗震性和整体性好的优点, 目前已被广泛地应用于各类多层的工业与民用建筑中。随着社会的发展，多层框架结构的建筑越来越多了。但随着结构高度增加，水平作用使得框架底部梁柱构件的弯矩和剪力显著增加，从而导致梁柱截面尺寸和配筋量增加，到一定程度，将给建筑平面布置和空间处理带来困难，影响建筑空间的正常使用，在材料用量和造价方面也趋于不合理。框架结构住宅是指以钢筋混凝土浇捣成承重梁柱，再用预制的加气混凝土、膨胀珍珠岩、浮石、蛭石、陶烂等轻质板材隔墙分户装配成而的住宅。适合大规模工业化施工，效率较高，工程质量较好。
[2]框架结构房屋的布置应对称、均匀，减小抗侧刚度中与水平荷载合力作用线的距离，减小结构重心和刚度中心之间的距离，以减小结构发生的扭转。由于框架构件截面较小，抗侧刚度较小，在强震作用下结构整移和层间位移都较大，容易产生震害。此外，非结构性破坏如填充墙、建筑装修和设备管道等破坏较严重。因而其主要适用于非抗震区和层数较少的建筑，抗震设计的框架结构除需加强梁、柱和节点的抗震措施外，还需注意填充墙的材料以及填充墙与框架的连接方式等，以避免框架变形过大时填充墙的破坏。框架结构是柔性结构，有水平位移，房屋的总水平位移越大，人的感觉越不舒服，而层间位移会影响建筑物的装修和隔墙开裂，因而对这两种水平位移进行限，这样在设计中要增大房屋的抗侧刚度。在框架结构的抗震设计中，柱顶、柱底、梁端易出现裂缝。
[3]作为一座办公楼设计，在设计之前作为设计者必须深入实际，调查研究，了解其所属位置地理、经济条件。而作为本课题中框架结构的办公楼，必须整体设计、大门入口设计要体现行政办公特征。设计要满足室内水、电、暖、讯、消防、抗震等配套设计要求。因此必须察看相应的规范、标准等。
1.3研究方法：
框架是典型的杆件体系，近似计算的方法很多，工程中最实用的是力矩分配法及D值法，前者多用于竖向作用下求解，后者用于水平作用下求解。
这些方法的使用都作了以下几点的假定：
[1]忽略粱，柱轴向变形及剪切变形。
[2]杆件为等截面(等刚度)，以杆件轴线作为框架计算轴线。
[3]在竖向荷载下结构的侧移很小，因此在做竖向荷载下计算时，假定结构无侧移。
1.4应用领域：
框架结构可设计成静定的三铰框架或超静定的双铰框架与无铰框架。框架钢结构常用于大跨度的公共建筑、多层工业厂房和一些特殊用途的建筑物中，如剧场、商场、体育馆、火车站、展览厅、造船厂、飞机库、停车场、轻工业车间等。
2、课题任务、重点研究内容、实现途径
本次毕业设计任务包括三个部分：建筑设计，结构设计和施工组织设计。
2.1建筑设计
2.1.1设计任务
根据设计任务书要求完成建筑平面、剖面及立面设计;根据相应的建筑设计规范并结合实际情况初步确定预设建筑物的平面形状，立面外观，侧面外观，单层平面尺寸，以及建筑物的层数;由功能分区的相关原则初步确定建筑物各部分的功能，最终初步确定出建筑设计部分的轮廓。
2.1.2设计成果：
(一)总平面图：1：500要求标明建筑物位置、道路、绿化、标高、朝向等。
(二)平面图：1：100或1：200平面图应标明各房间名称，固定设备布置。
1.底层平面图：标注三道尺寸，注标高。
2.标准层平面图：标注三道尺寸，注标高。
3.顶层平面图：标注两道尺寸，注标高。
(三)剖面图：比例1：100或1：200(一个)
要求剖到楼梯，标注层高、楼梯平台、屋顶、室内外地坪标高、标注两道尺寸(门窗洞口、层高)。
(四)立面图：比例1：100或1:200(二至三个)
1.入口立面
2.侧立面或背立面
标注三道尺寸(墙段及洞口、层高、总高)，标明室内外地坪标高，屋顶标高。
(五)节点详图：(二至三个)比例自定
(六)设计简要说明：
1.建筑总平面及概况。
2.方案特点及主要建筑技术措施。
3.防火设计简要说明。
(七)主要技术经济指标
1.总用地面积
2.总建筑面积
3.建筑密度(底层建筑面积/总用地面积)
4.容积率(总建筑面积/总用地面积)
5.绿地率(绿地面积/总用地面积)
2.1.3进度安排
第1周：讲解建筑设计基本原理、建筑设计基本步骤，了解并掌握办公建筑基本设计知识。完成“一草”。
第2周：深入方案，细化初步设计，为结构设计提供必要的条件。完成“二草”。
第3周：结构设计完成之后，完成施工图设计。
2.2结构设计
2.2.1设计任务
根据建筑设计方案及设计原始资料，选择结构体系，布置结构构件，进行结构内力分析，确定构件配筋，绘制结构施工图。
2.2.2设计内容和步骤
1.根据房屋基本情况确定结构设计基本参数
2.进行结构平面布置
3.手算一榀框架，并用计算机程序PK复核
4.使用PMCAD,建立结构整体计算模型，用SATWE进行结构空间分析与设计
5.设计一部现浇板式楼梯
6.基础设计
7.整理计算书，绘制结构施工图
专题：总体设计
专 业：机械工程
班 别：机自041
学 号：1037
学生姓名：
指导教师：
完成时间： XX年3月31日
学生宿舍地源热泵供热系统设计
----总体设计
1、选题的依据及意义：
1.依据：
进入90年代后，我国的居住环境和工业生产环境都已广泛地应用热水供应装置，热水供应装置已成为现代学校居住必备。90年代中期，由于大中城市电力供应紧张，供电部门开始重视需求管理及削峰填谷，热泵供热技术提到了议事日程。近年来，由于能源结构的变化，促进了地源热泵供热机组的快速发展。
随着生产和科技的不断发展，人类对地源热泵供热技术也进行了1系列的改进，同时也在积极研究环保、节能的地源热泵供热产品和技术，现在利用成熟的电子技术来进行综合的控制，并和太阳能结合更注意能源的综合利用、节能、保护环境及趋向自然的舒适环境必然是今后发展的主题。
2.意义：
地源热泵技术，是利用地下的土壤、地表水、地下水温相对稳定的特性，，通过消耗电能，在冬天把低位热源中的热量转移到需要供热或加温的地方，在夏天还可以将室内的余热转移到低位热源中，达到降温或制冷的目的。地源热泵不需要人工的冷热源，可以取代锅炉或市政管网等传统的供暖方式和中央空调系统。冬季它代替锅炉从土壤、地下水或者地表水中取热，向建筑物供暖;夏季它可以代替普通空调向土壤、地下水或者地表水放热给建筑物制冷。同时，它还可供应生活用水，可谓1举3得，是1种有效地利用能源的方式。通常根据热泵的热源(heat source)和热汇(heat sink)(冷源)的不同，主要分成3类：
空气源热泵系统 ( air-source heat pump) ashp
水源热泵系统 (water- source heat pump) wshp
地源热泵系统 (ground- source heat pump)gshp
平时还有人把热泵系统按照1次和2次介质的不同，分别叫做：
空气---水热泵系统
水 --- 空气热泵系统
水 --- 水热泵系统
空气---空气热泵系统
这些都是把热源、热汇以及空调系统的传递介质也包括进来分类形成的。
为了和国际标准接轨，我们还是应该依照国际惯例来命名。在1997年由美国的ashrae(美国采暖、制冷与空调工程师学会)统1了标准术语，无论是wshp、gshp都叫做gshp--地源热泵系统。
另外，为了让我们在学习和讨论中更方便，介绍1些地源热泵室外能量交换系统的概念：
土壤埋管系统----土壤换热器(水平埋管、竖直埋管)
地下水系统
地表水系统
这些都是地源热泵的热源或热汇形式。(具体参见下图)
图。1。1土壤换热器(水平埋管)图
图。1。2土壤换热器(竖直埋管)图
图。1。3 地表水系统图
图。1。4 地下水系统图
2、国内外研究现状及发展趋势
1、地源热泵的发展历史
地源热泵是1种先进的技术，它高效、节能、环保，有利于可持续发展。这项技术最先开始于19XX年，瑞士zoelly提出了“地热源热泵”的概念。1946年美国开始对地源热泵进行系统研究，在俄勒冈州建成第1个地源热泵系统，运行很成功，由此掀起了地源热泵系统在美国的商用。1985年美国安装地源热泵14000台，1997年则安装了45000台，目前已安装了400000台以上的地源热泵，并且以每年10%的速度递长。1998年美国商用建筑的地源热泵空调系统已经占到空调保有量的19%以上，其中在新建筑里面占30%。在欧洲国家里更多的是利用浅层地热资源，来供热或者取暖。上个世纪70年代以来，随着能源和环境问题的逐渐变得严重，在各个方面节能也被更多的考虑，以可再生的地热源为能源的地源热泵又引起了人们的重视。尤其是近年来，随着能源和环境问题的日益突出，地源热泵的研究和应用发展迅速，国内外的很多高校和研究机构相继开展了理论和实际应用方面的研究。随着研究的深入，我们的地源热泵研究工作者在全国范围内举行了各种交流探讨会。中国制冷学会第2专业委员会主办了“全国余热制冷与热泵技术学术会议”;1988年中科院广州能源研究所主办了“热泵在我国应用与发展问题专家研讨会”;中国能源研究会地热专业委员会于1994年9月6日至8日在北京召开了第4次全国地热能开发利用研讨会;从90年代开始，每届全国暖通制冷学术年会上都有“热泵应用”的专题;XX年6月19～23日，中美地源热泵技术交流会在北京召开，会议介绍了地源热泵技术，国外的应用状况和在中国的推广;山东建筑工程学院地源热泵研究所与山东建筑学会热能动力专业委员会联合发起并承办“国际地源热泵新技术报告会”于XX年3月17日在山东建筑工程学院举行，加强了国内外地源热泵先进技术的交流。
2、地源热泵在中国的发展现状及前景：
目前在中国，地下水热泵系统已开始广泛使用，而土壤源热泵系统尚处于研究机构工程摸索和研究阶段。
从有关调查来看，地下水热泵工程真正成功的并不多。原因在于要实现100%的回灌，并回灌到同1含水层，不污染地下水，且能长时间稳定运行，并不容易做到。同时，还出现了大量不进行回灌的热泵工程，更有甚者，出现了直接利用地下水通入风机盘管内进行空调。这样做，1则污染水体，2则浪费水资源。
对于土壤源热泵的发展主要是从1998年开始。国内数家大学建立了土壤源热泵实验台，且大多数进行了地下换热器与地面热泵设备的长期联合运行。其中1998年重庆建筑大学建设了包括浅埋竖埋管换热器和水平埋管换热器在内的热泵系统;1998年青岛建工学院建成了聚乙烯垂直土壤源热泵系统;湖南大学1998年建设了水平埋管土壤源热泵系统;1999同济大学建设了垂直土壤源热泵系统。这些系统为中国推广土壤源热泵奠定了基础。从XX年开始，在国内长春、济南、温州、重庆、米泉建立了1系列土壤源热泵系统的示范工程。土壤源热泵系统越来越多的被房地产商所关注和采用。
鉴于国内的国情和地源热泵系统自身的特点，我们对其各自的前景作1分析。随着地下水热泵工程技术改进和规范化，由于其突出的节能和保护大气环境的功能，还是存在着巨大的潜在的市场。水平埋管土壤源热泵，虽然占地面积大，但靠地表换热可以自然恢复地温，在年排热量和吸热量不平衡的地区应用比较有优势。而垂直埋管土壤源热泵，随着专业安装队伍的发展，钻孔设备的完善，势必会使造价大幅度降低，无疑会成为今后最有竞争力空调方式。
3、本课题研究方案：
本课题属于设计改造现有热水系统，学校宿舍的热水供应系统。在改造中应该充分考虑到：
1、 学生的定时供热，需要的功率及系统响应时间问题。
2、 属于改造系统，要和现有的系统相结合。
3、 考虑到成本问题，造价是否合理。
4、 在使用过程中维护的费用及技术的要求是否合理。
5、 运行的安全及噪音处理问题。
6、 废物的处理及环保问题。
4、本课题研究的内容：
广西工学院北区5#的热水供应改装。
1、该大楼空调工程包括：
1-6层的热水供应，所有宿舍。
2、设计参数：
每层有14个房间，每间8人，共6层。
3、柳州地区基本气象参数：
根据物候报告，5月1号到10月1号之间为高温区很少用热水，寒假期间不用热水
(1)、循环水换热器的计算
(2)、土壤热泵系统(gchp)的土壤换热器设计
地下埋管换热器是地源热泵系统的关键组成部分，是土壤源热泵系统设计的核心内容，其选择的形式是否合理，设计的是否正确，关系到整个地源热泵系统能否满足要求和正常使用。
地下埋管换热器设计主要包括地下热交换器形式及管材选择，管径、管长及竖井数目、间距确定，管道阻力计算及水泵选型等
(3)、布置型式
目前地源热泵地下埋管换热器主要有两种布置型式，即水平埋管和垂直埋管。选择方式主要取决于场地大小、当地土壤类型以及挖掘成本，如果场地足够大且无坚硬岩石，则水平式较经济;如果场地面积有限时则采用垂直式布置，很多场合下这是唯1的选择。
尽管水平布置通常是浅层埋管，初投资1般会便宜些，但它的换热性能比竖埋管小很多，并且往往受可利用土地面积的限制，故1般采用垂直埋管布置方式。
3.1 水平埋管
水平埋管主要有单沟单管、单沟双管、单沟2层双管、单沟2层4管、单沟2层6管等形式，由于多层埋管的下层管处于1个较稳定的温度场，换热效率好于单层，而且占地面积较少，因此应用多层管的较多。(单层管最佳深度1。2～2。0m，双层管1。6～2。4m)
近年来国外又新开发了两种水平埋管形式，1种是扁平曲线状管，另1种是螺旋状管。它们的优点是使地沟长度缩短，而可埋设的管子长度增加。
3.2 垂直埋管
根据埋管形式的不同，1般有单u 形管，双u 形管，套管式管，小直径螺旋盘管和大直径螺旋盘管，立式柱状管、蜘蛛状管等形式;按埋设深度不同分为浅埋(≤30m)、中埋(31～80m)和深埋(>80m)。
1)u 形管型：是在钻孔的管井内安装u 形管，1般管井直径为100～150mm，井深10~200m，u 形管径1般在φ50mm 以下
2)套管式换热器：的外管直径1般为100～200mm，内管为φ15～φ25mm。其换热效率较u 形管提高16。7%。缺点：⑴下管比较困难，初投资比u 形管高。⑵在套管端部与内管进、出水连接处不好处理，易泄漏，因此适用于深度≤30m 的竖埋直管，对中埋采用此种形式宜慎重。
(4)、地下埋管系统环路方式：串联方式和并联方式
串联方式的优点是：①1个回路具有单1流通通路，管内积存的空气容易排出;
②串联方式1般需采用较大直径的管子，因此对于单位长度埋管换热量来讲，串联方式换热性能略高于其缺点是：①串联方式需采用较大管径的管子，因而成本较高;
②由于系统管径大，在冬季气温低地区，系统内需充注的防冻液(如乙醇水溶液)多;
③安装劳动成本增大;
④管路系统不能太长，否则系统阻力损失太大。
并联方式的优点是：①由于可用较小管径的管子，因此成本较串联方式低;
②所需防冻液少;
③安装劳动成本低。
其缺点是：①设计安装中必须特别注意确保管内流体流速较高，以充分排出空气;
②各并联管道的长度尽量1致(偏差应≤10%)，以保证每个并联同的流量;
③确保每个并联回路的进口与出口有相同的压力，使用较大管径的管子做集箱，可达到此目的。
从国内外工程实践来看，中、深埋管采用并联方式者居多;浅埋管采用串联方式的多
(5)土壤换热器的埋管材料回路有相
5.1 管材选择
1般来讲，1旦将地下埋管系统换热器埋入地下后，基本不可能进行维修或更换，因此地下的管材应首先要保证其具有良好的化学稳定性、耐腐性
⑴ 聚乙烯(pe)和聚丁烯(pb)国外地源热泵系统中得到了广泛应用。
⑵ pvc(聚氯乙烯)管的导热性差和可塑性不好，不易弯曲，接头处耐压能力差，容易导致泄漏，因此在地源热泵系统中不推荐用pvc 管
⑶ 为了强化地下埋管的换热，国外有的提出采用薄壁(0。5mm)的不锈钢钢管，但目前实际应用不多。
5.2 管件与连接
⑴热熔联接(承接联接和对接联接，对于小管径常采用)
⑵电熔联结
(6)、埋管管长与埋管间距的确定
地下热交换器长度的确定除了已确定的系统布置和管材外，还需要有当地的土壤技术资料，如地下温度、传热系数等(可以通过热响应实验测得)。
6.1 水平埋管：确定管沟数目及间距
埋管管长的估算：利用管材“换热能力”，即单位埋管管长的换热量。水平埋管单位管材“换热能力”在20～40w/m(管长)左右，;设计时可取换热能力的下限值，即20 w/m。
单沟单管埋管总长具体计算公式如下：
其中l ——埋管总长，m
1 q ——冬季从土壤取出的热量，kw，
分母“20”是每m 管长冬季从土壤取出的热量，w/m
致谢
能走到论文这一步，是对我们参加自考的以往努力的肯定；能走到致谢这一步，是对我们一路走来所有教育我们、帮助我们以及关心我们的老师、朋友、亲人等的感恩。诚然，这次毕业论文能够得以顺利完成，并非我一人之功劳，是所有指导过我的老师，帮助过我的同学和一直关心支持着我的家人对我的教诲、帮助和鼓励的结果。所以，首先，对他们表示衷心的感谢!
另外，感谢校方给予我这样一次机会。对于我们自考生而言，大多数是经历了高考的失败后，不愿意放弃某种理想而寻求继续努力的机会，自考给我们这样一个特殊群体一个提升自己的机会，南京工业大学给我们创造了条件，在近3年的学习、考试过程中，我们坚持到了最后，是因为我们的学校“明德厚学沉毅笃行”的校训激励着我们，在一开始对自老不了解的情况下，学校的老师不厌其烦的接受着我们的电询，在这样一个完全自主学习的过程中，我们真的收获了很多，这一切都源自于我们共同的学校——XX大学。
“饮其流时思其源，成吾学时念吾师。”至此在本论文即将完成之际，谨此向我的导师XXX老师致以衷心的感谢和崇高的敬意!本论文的工作是在唐老师的悉心指导下完成的。X老师以他敏锐的洞察力、渊博的知识、严谨的治学态度、精益求精的工作作风和对科学的献身精神给我留下了刻骨铭心的印象，这些使我受益匪浅。感谢老师从本论文开始一路指导至论文的完成，正是因为您思路清晰、反应敏捷，学术态度清新而开放，才使我的毕业论文有了极大的写作空间。
