计算机硕士开题报告

全日制工程硕士研究生学位论文开题报告

论文(设计) 题目：深圳电视台DSNG 车传输系统设计与实现 研 究 生 姓 名：

学 号：

工 程 领 域：学 校 导 师：

企 业 导 师：

填 表 时 间：

研究生部制表

说 明

一、工程硕士学位论文选题应直接来源于生产实际，或具有明确的工程背景与应用价值，并具有一定的技术难度和工作量。

二、论文选题类型必须下列类型之一：

1、一个较为完整的工程技术项目、工程管理项目的规划或研究；

2、工程设计或实施；

3、技术攻关、技术改造、技术推广与应用；

4、新工艺、新材料、新产品、新设备的研制与开发；

5、引进、消化、吸收和应用国外先进技术项目；

6、应用基础性研究、应用研究、预先研究。

三、开题报告交所在学院、研究生部各保留一份存查，并作为检查报告执行情况的依据。

一、立项依据（课题来源、选题依据、工程应用价值等）

1课题来源

项目。

2选题依据

我国是各种自然灾害频发的国家，每年台风、冰雹、暴风雨、泥石流、山体滑坡、地震

等自然灾害对人民的生命和财产造成了巨大的伤害和损失。在其它通信手段遭到严重破坏时，卫星通信系统能够为政府、新闻等相关机构提供及时应急通信传输通道，解决政府应急通信、新闻直播及部分公共通信的业务需求。它可以及时有效地将重大活动、重大突发事件和特大自然灾害现场的图像、声音等有效信息通过卫星通信系统实时传输的方式直观地传送到电视台，广大观众可以更好的了解事件发展的真实情况，同时也有利于各级指挥部门及领导对现场情况做出全面、正确地判断，从而增强指挥的有效性。

2008年5月12日发生在四川汶川的8.0级特大地震对当地国家通信基础设施造成了严

重的破坏；在这次特大地震灾害中，我国的应急通信保障能力受到了严峻的考验；地震灾害爆发后，灾区通信节点受机房损毁、传输不畅、供电中断等多种严重因素的影响，大面积退服。

基于卫星通信系统的数字卫星新闻采集车正好能应对这种考验，它在抗灾抢险等突发性

电视新闻直播报道中应用意义重大。它有着覆盖范围广、成本与通信距离无关、通信距离远、网络部署快、机动灵活、信号质量高等特点。在这些特点的基础上，它可以及时有效地将重大活动、重大突发事件和特大自然灾害现场的图像、声音等有效信息通过卫星通信系统实时传输的方式直观地传送到电视台，从而，广大观众可以更好的了解事件的真实情况，各级指挥部门及领导能够及时对现场情况做出全面、正确地判断，指挥的有效性大大增强。另外，它的相关图像还可进行全程存储，这能够为紧急情况后的现场取证、经验总结提供有力支持。 3工程应用价值

本设计建设的DSNG 车传输系统主要有以下几方面工程应用价值：

（1）提高新闻直播的时效性

现代电视媒体的竞争越来越体现在速度上的竞争，面对突发新闻事件，能否快速到达现

场并立即开展电视直播报道，是电视媒体竞争的关键。DSNG 车具有机动灵活、部署迅速等特点，大大提高新闻直播的时效性。

（2） 节目的传输质量高

由于数字传输方式本身的特点，抗干扰能力强，在传输过程中信号不易失真，噪声和天

电干扰对信号质量的影响变小。另一方面，模拟电视广播受到现行彩色电视制式的限制，电视接收机的水平清晰度只能达到300线左右，而采用数字卫星广播后，在理论上卫星接收机输出的有效象素可高达720×576，也就是说传输质量可达到数字演播室的水平。

（3）所需的发射功率小

模拟卫星广播的图像质量是与信号的载噪比联系在一起的，为了保证传送的图像质量达

到4级以上，卫星接收系统的载噪比一般要大于17dB ，因此卫星上行站的发射功率通常在

数百瓦的范围内；而数字卫星广播的图像质量则是与误码率联系在一起的，只要误码率小于某特定数值，图像的质量就令人满意，为了达到这样的误码率所需的信号载噪比是比较小的，通常卫星上行站的发射功率在数十瓦的数量级就足够了。

（4）降低成本

单一多业务DSNG 新闻直播车代替多个分离的新闻采集设备（直播、录播、固定、移

动等等）减少投资成本，降低了运维成本。

（5）增强电视台的价值

通过提高电视台的价值，提高观众的忠诚度。

二、文献综述（国内外研究现状、发展动态、主要参考资料）

1国外研究现状

在国外，DSNG 系统的发展较早，它的前身是SNG 系统，即卫星新闻采集系统，现在

说起SNG 系统一般均指DSNG 系统[1]。国外SNG 技术在80年末和90年代初开始得到应用，1982年，英国在与阿根廷发生马尔维纳斯群岛战争时，英军首先利用这一技术传回了现场画面。最早发明使用SNG 卫星制播系统的美国运用SNG 系统的方式主要为下列四种:

一是以DSNG 系统作为电视台自卫星下行的传送工具；二是作为与电视新闻联播网共享新闻的工具；三为利用卫星实时传输国际新闻；最后一种则应用于突发新闻的实时采访[2]。

近几年，各家电视台和传媒为保持其竞争优势，对新闻采集的时效性要求越来越高，日

常运作中，开始大量使用DSNG 系统[3]。由于卫星通讯技术和视频与音频信号数字化处理技术的高速发展，DSNG 系统的成本不断降低，被越来越多的电视台和传媒机构所接受[4]。因此，DSNG 技术在世界各地得到了广泛应用，成为各地电视台和新闻传媒机构经常使用的传输手段。在美国，欧洲等国家和地区，除跨国性的大型传媒机构外，一些州县的小型电视台也纷纷使用SNG 系统。

在SNG 传输技术方面，国外在早期是使用模拟信号进行传输，由于带宽要求大，信号

质量一般，易受干扰等等缺陷，随着技术的发展，渐渐由模拟系统更换为数字系统，即DSNG 系统[6]。实现数字编解码，数字传输，而且，随着电视技术要求的提高，对信源的要求也在向数字化发展[7]。

2国内研究现状

中国第一次使用DSNG 设备完成直播是在1997年，使用的是国外进口设备[8]。2000年

9月28日到10月9日，山东电视台圆满完成了异地对南京第六届中国艺术节的卫星转播任务，这标志着真正意义上国内设计集成的第一批DSNG 数字卫星新闻采集车成功投入使用

[9][5]，DSNG 卫星车灵活机动、方便快捷进入工作状态的特点[10]，利用卫星传送高质量电视节目的优势得到了用户的首肯。是利用卫星讯号同步传输的新闻制作与播出，即俗称之现场转播或现场联机。

此后，因为技术和经济等方面的考虑，DSNG 在国内并没有大规模使用。直到2004年

底，全国有三家省级电视台几乎同时引进DSNG ，并把他们用在日常新闻直播。这三家电视台打破了长期以来DSNG 在内地电视台发展步履蹒跚的局面。

从2005年至今，中央电视台与几乎所有的省级电视台甚至于很多市级电视台都纷纷上

马DSNG 车项目，而且很多电视台已经拥有不止一辆DSNG 车。截止2008年底，中央电视台已经拥有5台DSNG 车，一些电视台拥有C 波段和Ku 波段不同卫星传输波段的DSNG 车[11]。由此看出，各个电视台对于DSNG 车保有数量的提升是一个趋势，但是，随着电视节目多样化的发展和广播电视技术的不断发展，各个电视台根据自身定位、周边情况和战略发展，对制作DSNG 车提出了各具特色的发展方向[12]。总体来说，随着科学技术的发展，现在DSNG 车载设备集成化水平越来越高，体积越做越小，功能还在不断增强。适应环境能力越来越强和系统集成结构越来越小是较为普遍的发展趋势[13]。

目前，国内电视台DSNG 卫星制播系统运用最常见的方式[14]。而DSNG 车的核心部分

就是传输系统，因此将DSNG 车传输系统做好对于DSNG 车具有十分重要的意义。

虽然DSNG 在使用中有诸多优势，但是DSNG 传输系统面临以下几个的关键问题有：

（1）面对雨衰等影响如何确定卫星车的发射功率[15]。

当卫星信号穿过降雨空间时将受到雨滴的吸收和散射而产生衰耗，叫做降雨衰耗, 简称

雨衰[16]。雨衰与电磁波的工作频率和降雨大小密切相关, 降雨的大小对电磁波的雨衰影响很大, 通信频率越高, 雨衰越大。为了减少影响，就必须在设计和建设中预留很大的雨衰储备，但这样一来就要占用很多的卫星资源。尽管天气晴朗的时候就会浪费很多卫星资源，但下大雨时可能还不能满足要求(如果要满足降暴雨的要求，那么就要预留更大的衰落储备，卫星资源浪费就更大) ，同时对卫星转发器的技术要求也更高，势必造成资金浪费。

（2）随着卫星通信使用的扩大，卫星频谱资源十分紧张。

（3）可靠性和安全性不高。链路缺乏有效备份机制和加密机制，不足以保证对传输信号

的产权保护。

（4）是地面微波的干扰问题。由于地面存在着大量的微波、雷达、无线电视、调频广播、工业电噪声等，这些干扰源串入用户站，通过上行链路发射上星造成上行干扰或串入下行链路造成接收干扰[17]。

目前，国际主要的电信标准组织在运营商、系统集成商和研究机构的积极参与下，已经

通过如下几种技术很大程度上克服DSNG 车的上述问题。

（1）APC 技术[18] ——解决雨衰预留功率储备问题

为了解决雨衰预留功率储备这一问题，APC 技术通过自动功率控制系统同时控制上行

线路和下行线路降雨衰耗，它是以卫星通信的网管系统为基准的。该网管系统能实时地测出各个地球站的接收电平值，将该值与基准电平(晴天时的正常接收电平值) 进行比较，将比较结果通过网管信息传输通道传送给相应的地球站，控制该地球站的发信设备的输出功率。 因此，采用自动功率控制能使卫星通信系统的稳定性和可靠性大大提高，也使卫星通信得到了广泛的应用，大大地节约卫星通信的资源。

开环上行功率控制指地球站利用接收卫星信标信号电平的变化量测出下行线路的雨衰

值，进而去控制地球站发送设备的中频衰耗器或射频衰耗器，使衰减器减小的数值与上行线雨衰值大体相同。闭环上行功率控制是地球站将接收来的卫星信标信号，与通过卫星转发器

环回信号或某一特定信道的通信业务信号的C/N(或S/N) 值进行比较, 然后去控制地球站的上行功率。

（2）MPEG-4图像压缩技术[19]——解决卫星频谱资源紧张问题

为了解决卫星频谱资源紧张，提高频谱利用率使用MPEG-4图像压缩技术。MPEG-4

利用很窄的带宽，通过帧重建技术，压缩和传输数据，以求以最少的数据获得最佳的图像质量。

MPEG-4不只是具体压缩算法，它是针对数字电视、交互式绘图应用(影音合成内

容) 、交互式多媒体等整合及压缩技术的需求而制定的国际标准。MPEG-4标准将众多的多媒体应用集成于一个完整的框架内，旨在为多媒体通信及应用环境提供标准的算法及工具，从而建立起一种能被多媒体传输、存储、检索等应用领域普遍采用的统一数据格式。

MPEG-4具有以下技术特点：①高效的压缩性；②通用的访问性。

（3）QPSK 调制技术[20]——增强卫星通信的抗干扰能力

四相相移键控信号简称“QPSK”。它分为绝对相移和相对相移两种。由于绝对相移方式

存在相位模糊问题，所以在实际中主要采用相对移相方式QDPSK 。它具有一系列独特的优点，目前已经广泛应用于无线通信中，成为现代通信中一种十分重要的调制解调方式。

（4）RSA 加密算法——提高卫星通信链路的安全性

为了提高卫星通信链路的安全性使用RSA 算法。RSA 算法是一种非对称密码算法，所谓非对称，就是指该算法需要一对密钥，使用其中一个加密，则需要用另一个才能解密。 工作原理：

①任意选取两个不同的大质数p 和q ，计算乘积r =p ⨯q ；

②任意选取一个大整数e ，e 与(p -1) ⨯(q -1) 互质，整数e 用做加密密钥。注意：e

的选取是很容易的，例如，所有大于p 和q 的质数都可用；

③确定解密密钥d ：d ⨯e =1mod(p -1) ⨯(q -1) 根据e 、p 和q 可以容易地计算

出d ；

④公开整数r 和e ，但是不公开d ；

⑤将明文p (假设p 是一个小于r 的整数) 加密为密文c ，计算方法为：c =p ⨯e ⨯r r ； ⑥将密文c 解密为明文p ，计算方法为：p =c ⨯d ⨯r ； 然而只根据r 和e （不是p

和q ）要计算出d 是不可能的。因此，任何人都可对明文进行加密，但只有授权用户（知道 d ）才可对密文解密。

（5）COFDM 技术——增加卫星通信链路的可靠性

COFDM （coded orthogonal frequency division multiplexing），即编码正交频分复用的简

称，是目前世界最先进和最具发展潜力的调制技术。其基本原理就是将高速数据流通过串并转换，分配到传输速率较低的若干子信道中进行传输。

编码（C ）是指信道编码采用编码率可变的卷积编码方式，以适应不同重要性数据的保护要求；正交频分（OFD ）指使用大量的载波（副载波），它们有相等的频率间隔，都是一

个基本震荡频率的整数倍；复用（M ）指多路数据源相互交织地分布在上述大量载波上，形成一个频道。

COFDM 技术在无线图像传输方面应用有以下独特的优势：

①非可视和有阻挡的环境中应用，卓越的“绕射”与“穿透”能力使得适合在城区、城郊、建筑物内实现无线图像实时传输。系统采用全向天线，可以在最短的时间内架设无线传

输链路，采集端和接收端也可以随意移动，不受方向的限制，系统简单、可靠，应用灵活。

②适合于高速移动中无线传输实时的图像，可在车辆、船舶、直升机等平台上使用。微

波（数字微波、扩频微波）、无线LAN 等设备因其技术体制的原因，无法独立实现采集端和接收端在高速的移动过程中实时传输图像。

③传输带宽高，适合高码流、高画质的音视频传输，图像码流一般可大于4M bps高码

流、高画质的音视频数据流对编码、信道速率要求十分高。COFDM 技术每个子载波可以选择QPSK 、16QAM 、64QAM 等高速调制，合成后的信道速率一般均大于4M bps。

④在复杂电磁环境中，COFDM 具备优异的抗干扰性能对抗频率选择性衰落或窄带干扰

及信号波形间的干扰性能优越，通过各个子载波的联合编码，具有很强的抗衰落能力。

（6）严格做好设备的入网验证测试等工作，减少地面微波的干扰问题

严格做好设备的入网验证测试，确保杂波功率限制在规定的范围之内。认真研究设备的

使用操作说明，正确设置设备的工作点、调整或更换设备，对设备进行合理匹配组合，消除超标杂波。严格按照入网测试时标定功率电平工作，定期进行各环节测试。设备应先通电经测试确认指标合格再投入使用。

3主要参考资料

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三、研究方法及技术路线（技术可行性论证，设计方法或实施方案的可行性分析，可能出现的困难与问题，拟采取的方法与措施等）

1技术可行性论证

从技术发展来讲，卫星通信技术正在快速发展并向更多应用领域推广。从理论上看，本课题设计的内容是卫星通信的应用，在一些基础的通信领域中卫星通信应用基本成熟，并且形成庞大的产业链。所以卫星通信技术在基础应用层面上，经过实践检验，理论是成熟的，技术上是可行的。

从自身学习来讲，本人通过近一年的资料查阅，网上论坛的交流和实验室老师同学们的帮助，现在已经卫星通信知识有了较深入的认识。通过以上工作加深了对车载卫星通信系统在新闻直播中应用的理解，已具备一定的理论基础。并且在本项目正式立项之前，我参加项目的调研。对车载卫星通信系统在新闻直播中的应用组成、相关设备的工作原理和不同品牌设备的技术优势进行了较为全面的了解。向企业导师和其他相关专家及设备供应商做了详细的咨询和请教，在技术上完全可行。

2实施方案可行性分析

本人曾在卫星应急通信系统集成公司工作两年，参加过上海世博会，广州亚运会卫星通信相关项目的实施，期间积累一定的理论知识和工程实践经验。

在实施方案前本人将设计图纸交给各系统工程师严格把关。在实施方案过程中，我每天将工作计划表和工作日志交给监理工程师，并向其请教不足之处。如遇技术困难在逐级向相

关领导反映，争取早日完成方案。

本方案实施成员分配合理，具有硕士研究生、硕士研究生企业导师和实习单位的工程师。本方案在学校导师和企业导师的指导下，在实习单位工程师的耐心帮助下，实施本方案是可行的。

综合以上分析，本方案在技术上和实施方面都具有可行性。

3可能出现的问题

（1）连接高功率放大器的波导管需要实地测量定制，对精度要求很高，波导管间吻合不好，会造成载波泄露，最终导致上行链路功率下降，严重会导致卫星收不到上行信号。

（2）卫星上行链路计算不准确，功率储备不合理，造成系统可用性降低。

4采取的方法措施

（1）实地测量，制作模型。确保设计的波导管尺寸准确可用。

（2）如何把卫星通信知识同方案设计紧密结合是关键，将计算过程和结果交学校导师、企业导师和相关工程师审核，确保系统设计不会出现技术缺陷。

5技术路线

从技术路线上来讲，由于本方案所涉及内容存在一定的相关性，同时逻辑上又存在一定 的独立性。所以在进行研究时，研究内容，将采用先总体后具体，理论学习和工程实践相结合的技术路线。具体来讲，首先正确理解用户需求以及收集相关资料；其次，设计初步方案和技术可行性论证；最后设计系统的详细图。

图1 总体设计技术路线

四、论文主要内容及预期成果

1论文主要内容

本设计符合最新的广电技术发展潮流，并具有一些独特的创新改良之处:系统使用了先进的APC 技术解决雨衰预留功率储备问题、COFDM 技术增强了卫星传输的可靠性提高了频谱利用率、系统天线使用了高功放外置、视频采集系统使用全无线讯道等等。 （1）设计目标

本系统的设计，是为了满足 2+1 个讯道数字卫星车的系统并为今后升级改造预留空间而特别考虑的， 具有现场直播功能和录播功能。

遵循以下设计规范和设计目标下：

(1)保证数字卫星新闻采集系统建成后在尽量长的时间内保持技术上先进性。 (2)在卫星上行和下行系统及音视频系统的各个主要环节全部采用备份的设备配置方案。

(3)系统的要求具有可用性(卫星传输系统的可用度应达到99．99％) 。

(4)在卫星通信上行系统中，发射天线、高功放、波导连接器件、馈源等辐射的高能微波元器件会对人体造成一定的损害。为了贯彻以人为本的指导思想，在系统设计和设备选型中最大程度地减少或者不使用这类设备，同时将这类损害进行控制使之对长期工作人员的身体损害尽量降低。 （2）系统方案详述

按照系统集成功能划分，整个系统可以分为卫星传输系统以及数据链路计算，视音频信号处理，车体改造集成三大部分。

本设计主要是做传输系统的设计以及数据链路计算。 天线增益：

一个天线如果向各个方向均匀的辐射电磁能，这种辐射叫各向同性辐射，这种天线通常 称为无方向性天线。假设一个无方向性发射天线所发射的功率为p T (W ) ，如果在距离d (m) 为足够远的地方接收，那么这个无方向性发射天线可以等效为一个点源，地磁波以一球面波的形式向各个方向均匀的传播，即由点源辐射出的电磁波在空间各个距离点源相等的位置上单位立体角内得到的功率是一样的，此时接收点的功率通量密度W

W E =

p T 4πd 2

E

定义为：

(4-1)

卫星通信中，经常使用定向天线，它把电磁能聚集在某一方向辐射。天线增益是相对于一个各向同性的辐射源而言的，可定义为：在输出功率相同的情况下，该天线向指定方向每

单位立体角内辐射出的功率与各向同性天线在每单位立体角内辐射的功率比值。通常把最大辐射方向上的增益定义为天线增益，天线的增益G 为：

G =

定向天线辐射时，接收点接收的最大功率无方向性天线辐射时，接收点接收的功率

（4-2）

在工程上，天线增益的单位为分贝时，用d B 符号表示，还可以用d B i 符号，表示相对于无方向性的天线而言。卫星通信中使用的喇叭天线、抛物面天线等面天线的增益可按下式计算：

4π

G =10l A η)

2

（4-3）

λ

根据天线理论，发射天线和接收天线都适用此式。（4-3）中，A 为天线口面面积，单位为m 2，天线的口面面积是垂直于电波传播方向上的天线的横截面积，天线的口面面积越大，天线的增益越高。λ为工作波长，它与频率f (Hz ) 的关系为λ=

3⨯108f

；η为天线口面效率，

当电功率与电磁波形式的功率通过天线进行相互转换时，要有一定的损失的。对于圆形口面的卫星天线来说，其增益与口面直径的对数成正比，与天线工作波长的对数成反比，表达式为：

G =20lg(

πD λ

)+10lgη

（4-4）

自由空间路径损耗：

自由空间路径损耗是指在自由空间中，一个无损耗的各向同性辐射源到与其路径距离相等的地方的理论损耗，与距离d 的平方成正比，与波长的平方成反比，常用分贝来计算：

[L f ]=10(l )

πd 2λ

(4-5)

当用距离d 以米为单位，f 以G H z 为单位时，可用下式计算：

热噪声：

热噪声是由于传导媒质中带电粒子随机运动而产生的。馈线噪声、天线噪声以及接收机产生恶噪声，均可以作为等效热噪声来处理。

热噪声的单边功率谱密度n 0可表示为：

[n 0]=10lg(kT )

[L f ]=92. +45

2d 0+l g

0 f 2 (4-6)

(4-7)

噪声功率用绝对温度表示：

N

=kTB n

(4-8)

k 为波尔兹曼常数，k =1.38⨯10-28

J/K，T 为绝对温度（K ），B n 为等效噪声带宽。

卫星新闻采集车得关键部分是卫星传输系统。其基本构成包括上行链路和下行链两部分。上行链路主要包括：卫星天线、高功率放大器、上变频器（Block Up-Converter）、调制器、编码器等；下行链路部分主要包括：卫星天线、低噪声放大器（Low Noise Block，LNB ）、卫星接收机等。

将来建成的卫星车要容纳 3 个讯道的设备，需要尽可能减少车内卫星上行设备占用空间，预留扩展接口，同时为操作人员提供更大的活动空间。本方案把主、备高功率放大器放和上变换器都安装在车顶外置天线设备舱内，车内只安放天线控制器、编码器/调制器、卫星接收机、频谱仪和跳线盘。

卫星新闻采集车传输部分系统示意图如下图2所示：

RX

图2 卫星新闻采集车得传输部分系统示意图

在上行链路中，车内的音视频信号进入TANDBEREG E5714编码调制一体机中进行编码和调制。E5714可以实时将输入的音视频信号进行MPEG-4编码成为DVB ASI 码流，该码流在1.5MHz ～50MHz 连续可调，用户可根据实际应用需要自己设定。编码后在进行QPSK 调制，输出一个L 波段中频信号，同时提供监测端口。

将E5714输出的L 波段信号经过一个1:2的L 波段功分器分别送入两台Xicom 上变频器中，上变频器将中频L 波段信号变到Ku （13.75GHz ～14.5GMHz ）波段上某个指定频率。信号经过变频后送给高功率放大器进行功率放大。功放采用1：1备份，功放控制器放在车内，可以设置自动倒换和手动倒换。控制器要时时调整监控功放的发射功率。经高功放放大的Ku 波段信号，经过车载天线转发到用户所租的卫星上。

为了能够随时监看到图像发送质量，下行链路中加入了L 波段频谱仪和数字卫星接收机来接收下行信号，通过监视器来监视本端的发送图像。

下行链路中，来自天线的微弱信号，先经过LNB 进行变频、放大、降噪等处理，确保

为TANDBERG TT1260数字卫星接收机提供一个高稳定、高质量的信号。接收机内再进行变频、解调、解码，输出SDI 信号，ASI 数字、模拟等信号，满足不同用户需求。 2预期成果

(1) 参与完成深圳电视台数字卫星新闻采集（DSNG ）项目。 (2) 完成DSNG 项目传输系统的方案设计和链路计算。 (3) 发表相关的论文1～2篇。

五、工作进度安排

2010.09—2011.02 熟悉课题背景，文献调研，学习专业背景知识；进行选题调研，对研

究领域和内容进行初步明确，掌握相关研究工具；收集并整理与本课 题有关的资料。

2011.03—2011.09调研车载卫星通信系统应用于新闻直播中的关键问题，技术可行性论

证；准备开题。

2011.10—2012.01 制作传输系统的详细设计方案，参与项目实施。 2012.02—2012.05 分析完善课题，编写论文，装订成册，准备答辩。