新一代总线技术AFDX在箭载测量系统设计中的应用研究

传统的箭载测量系统数据传输由点到点的电缆完成,存在布线复杂、占用空间大、质量大、通信速率低等方面的不足,为此提出将新一代总线AFDX应用于箭载测量系统的设计思路。介绍了新一代基于以太网的总线技术AFDX,研究、比较了其技术特点和关键技术,并对基于AFDX的箭载测量系统数据综合网络拓扑结构进行了设计,为设计更高可靠性、更快通信速率、更强灵活性的箭载测量系统提供参考依据。     

数字通信中的密码技术和差错控制技术(一)

处在电子对抗环境中的卫星数字通信系统,对其敏感的通信内容(如上行遥控指令),必须通过密码技术加密。本文概略介绍几种现行的密码通信方式并讨论某些实际应用问题。其中用随机密钥流实现的同步密码方式,最适合空间应用。差错控制技术已成为现代数字通信系统设计中必不可少的组成部分。它不但是提高数据传输可靠性的最经济手段,而且与其它反电子对抗技术结合使用,能够提高这些技术的应用效果。本文从工程应用出发,介绍几种实用的检错编码和纠错编码及其应用实例,最后给出选择差错控制方案的基本考虑原则     

低延迟视频编码技术

随着视频编码和视频传输技术的广泛应用,视频需求量剧增,实时视频通信成为视频行业的一项重要研究内容,核心目标是提供更好的用户体验和更低的延迟。低延迟视频编码是实时视频通信应用的关键部分,通过降低编码延迟可以有效地降低系统的整体延迟。首先,分析了视频传输系统的延迟来源,从通用的视频编码框架出发着重介绍了编码延迟的产生机制;其次,概述了国内外主流的视频编码标准,介绍了率失真优化技术的原理和模型,为低延迟视频编码器的设计提供了理论基础;最后,从参考结构、流水线设计、编码模式搜索、码率控制和硬件加速多个维度描述了优化编码延迟的技术手段,并总结了业界具有代表性的低延迟视频编码方案,简要说明了现有低延迟视频编码技术的局限性,并对未来的发展方向做了展望。      

基于变量集结预测控制的四旋翼无人机控制器设计

针对四旋翼无人机路径跟踪问题，设计了一种基于变量集结预测控制的控制器。首先以四旋翼无人机状态空间模型为基础建立预测模型；接着设计控制器时采用分段集结的策略把控制量集结成三段优化序列以减少优化计算量，并降低优化保守性，为了进一步加强系统稳定性，控制器引入终端代价函数和终端约束；最后用四旋翼无人机的动力学模型作为被控对象进行仿真验证，结果表明：该控制器能使四旋翼无人机在三轴方向均能实现一个良好的路径跟踪效果。与传统方法相比，这种基于变量集结的预测控制策略能够减小在线优化量，更适合四旋翼无人机飞控芯片的应用。     

基于马尔可夫链的空间站推进1553B通信系统可靠性分析

推进功能的正常实现为空间站长期在轨运行提供重要保障。1553B通信系统作为推进功能的重要组成部分,承担着推进系统与外界进行数据交互的任务,其可靠性设计至关重要。为提高1553B通信系统可靠性,分别对包含数据隔离芯片在内的远程终端及其处理器进行双余度冗余设计。本文通过建立故障树对1553B通信系统可靠性进行分析,并引入平均无故障时间、可靠度等定量指标,基于马尔科夫链建立可靠性模型进行定量计算。结果表明,1553B通信系统平均无故障时间增加1.947倍,可靠度增长3.89%,故障概率则下降超98%,由此验证了双余度冗余设计能够有效地提升1553B通信系统的可靠性。     

一种适用于空间应用的高速调制系统的设计和实现

为了适应空间科学技术的发展, 满足空间科学应用系统的数据传输速率、多进制数字调制方式以及实现调制体制灵活性的要求, 提出了一种适用于空间应用的高速调制系统的设计与实现方案. 该方案采用了基于FPGA和DAC的通信调制技术, 可在硬件设计不变的情况下, 实现QPSK, 8 PSK和16 QAM等多种调制方式下的高速数据传输. 分析了高速调制在硬件实现上的技术难点, 解决了高频率高精度同步时钟生成、高速数据转换、宽带调制等技术问题. 实测表明, 在载频为2 GHz时, 该调制系统在8PSK调制下速率可达750 Mbit/s, 且调制信号的矢量幅度误差(EVM)仅为3.3 %.      

小型一体化编码式太阳敏感器信号处理技术

为实现编码式太阳敏感器小型一体化设计,研究编码式太阳敏感器细分角度计算的坐标旋转数字计算机（CORDIC,coordinate rotation digital computer）算法,在FPGA中实现包括数据采集、角度计算、通信协议等全部敏感器数字信号处理功能,并在此基础上研制专用ASIC芯片.采用挠性连接技术完成整机的微型化组装,最终实现了整机质量0.5 kg、功耗0.5 W、测角精度 0.05°(3σ)、分辨率14″、数据刷新率40 Hz的设计指标.采用单片FPGA实现的编码式太阳敏感器信号处理电路体积小、精度高,是实现产品小型化设计的关键环节.     

基于微处理器的同步串行接口技术研究

设计了一款基于SPI接口的同步串行通信模数转换电路，通过使用MCU片内寄存器配置编程与I/O口模拟时序输出编程的不同方法实现了芯片间SPI同步串行通讯，适应了具有多路SPI通讯接口的复杂集成电路系统设计需求，该技术具有较高的工程应用价值。     

一种鲁棒的图像小波变换模拟编码传输方法

在复杂度和延迟受限或者可变信道条件下,由于通信系统的一体化设计,信源信道联合编码(JSCC, Joint Source-Channel Coding)技术的应用有助于改善传统的分离结构系统.针对带宽功率限制模拟信道,提出了一种结合了小波变换编码和香农映射信源信道联合编码的静止图像模拟编码传输方法;并基于更加合理的考虑了信道噪声的重建图像失真估计,提出了相应的联合优化带宽分配算法.仿真及分析表明,由于信源信道的联合优化及具有模拟编码传输的特点,该方法表现出良好的编码传输性能,且编解码复杂度和延迟小;同时在信道失配情况下表现出的柔性降级/改善特性有助于提高可变信道条件下系统的鲁棒性和信道带宽利用率.      

模糊诊断规则自学习中规则条件优选技术研究

规则条件优选技术是模糊诊断规则自学习方法的重要环节之一.针对条件优选问题,提出了一种基于面积计算的模糊贴近度函数,并采用该函数对各规则条件的可区分程度做出评估,然后根据得到的评估矩阵设计了规则条件和测点的优选算法.仿真证明,通过条件优选可以大量减少规则中条件的数量,减少了规则学习的计算量,提高了学习的效率;同时,所研究的测点优选技术还可为自动测试程序的设计提供参考.      

一种用于数字电视系统中的Turbo-TCM方法

给出了适合数字电视系统是信道纠错码中的内码编码速率可变这一特点的一种Turbo-TCM(Turbo Trellis Coded Modulation)方法,同时给出了解调译码方法.所提出了这种Turbo-TCM方法,是基于一种简单的编码速率是1/3的二进制Turbo码,通过打孔剔除而获得更高速率的方法.在各种编码速率和调制方式下进行了仿真.从仿真结果可以看出这种Turbo-TCM方法较原欧洲数字电视标准中的卷积码TCM方法(ETSI EN 300 744)有1~3 dB的编码增益.      

液发推力室和涡轮泵故障监测与诊断技术研究

研究了液发推力室和涡轮泵故障监测与诊断技术,介绍了取得的主要研究成果,内容包括:试车结果统计与故障特性分析、故障模式与影响分析、故障数据库的设计与实现、状态分类与特征分析等.此外也介绍了基于人工神经网络理论的动态过程监测与诊断算法、基于时序分析的稳态过程监测与诊断算法和基于频谱方法的事后故障分析与诊断等故障监测与诊断算法.最后,介绍了所研制的工程应用系统,并给出了具体的故障监测与诊断实例.      

利用神经网络逆控制系统提高 Turbo码译码性能

对Turbo码译码逆模型建立问题,提出使用神经网络结构的非线性滤波器来建立Turbo码译码自适应逆模型.采用最优常系数比例因子统计得到Turbo码期望衰减系数,通过利用期望衰减系数训练神经网络非线性自回归外输入NARX滤波器,建立全局范围内的Turbo码译码逆输入输出映射模型.在线性逆控制系统中采用该自适应逆模型,与非线性逆控制结构的自适应逆控制系统相比,具有系统结构简单、运算量小等特点.仿真结果表明在信噪比大于0?dB时,该自适应逆模型算法收敛迅速、稳定,计算误差保持在较小的范围之内.自适应逆译码模型从译码机理角度提供了一种改善译码性能的新途径.     

Turbo码最优周期交织器

从码字重量分布的角度分析了影响Turbo码性能的原因,介绍了Turbo码最优周期交织器的概念,然后基于这一概念,为Turbo码提供了一个新的交织器设计方法, 并对采用这种交织器的Turbo码的性能进行仿真.与几种常用的交织器相比,这样的交织器使Turbo码的性能有了很大改善,这种改善在高信噪比的环境中更为明显.最优周期交织器的应用对于实际的Turbo码交织器设计有重要的意义,对于提高移动通信系统的性能有重要价值.     

基于网络编码的无线NoC多播映射

具有高带宽、QoS保障和广播等优点的无线片上网络（NoC）能为通信信号系统的多核并行处理提供平台,而网络编码能够以较小功耗开销为代价显著提高NoC的传输效率。本文从通信信号系统的多播特性与需求出发,为无线NoC建立合适的架构与映射模型,在多约束条件下设计满足网络吞吐率性能最大化及核间通信延时、数据传输和编码功耗等开销最小化的任务映射与网络编码技术联合优化方法,实现了任务的高效并行与多处理核的协同工作。实验表明,本文提出的网络架构及映射算法与传统方式相比能节约6%的功耗,得到16%的吞吐率增益,并且路由节点硬件实现复杂度低。      

机载图像无损/近无损压缩方案及其FPGA实现

根据机载图像压缩和传输的特点,在改进JPEG-LS算法基础上,设计了一种有效的图像无损/近无损压缩方案.该方案由去相关处理、熵编码及压缩位率控制三部分组成.去相关处理部分解决了JPEG-LS预测模型本身的误码扩散问题,熵编码部分使用快速有效的Golomb熵编码器完成对预测误差的编码,同时解决了机载应用中数据传输率恒定条件下压缩码率的控制问题.对压缩算法现场可编程门阵列(FPGA)设计中的一些关键问题也给出了有效的解决途径,从而形成了一套完整、可行的机载图像压缩解决方案.最后通过FPGA实现和验证了压缩方案及逻辑设计的正确性和可行性.      

一种面向航天器综合电子的ASIC芯片设计

航天器综合电子系统通用功能集成并芯片化是目前航天器电子系统的发展趋势. 针对中国航天器电子系统小型化、综合化的应用需求,提出一种面向航天器综合电子的ASIC芯片设计方案,分析了ASIC芯片设计中的关键技术,包括芯片系统工作模式、IP核的开发应用、可靠性和低功耗设计,1553B简易终端控制模式是芯片的技术特色和典型应用. ASIC芯片的功能设计、系统仿真验证、FPGA验证和物理设计均已完成,进入流片状态. 芯片的FPGA验证结果证明了芯片设计的有效性和可靠性. ASIC芯片旨在达到国军标548S的要求,应用场景是航天器内数据总线接口单元和遥测遥控.      

基于微控制器的冗余并联开关电源设计

目前,应用冗余并联结构设计的电源已成为提升供电能力和电源可靠性、降低成本的重要途径。分析了采用冗余结构和并联均流法设计电源的一般方法,并以集成开关降压器LM2576和MSP430单片机为例介绍一种可变电压的冗余并联电源设计方案。     

一种基于小波零树的彩色图像编码算法

为提高基于分层树的集合分割算法(SPIHT)的编解码速度,对算法结构重新设计,提出了一种简单的无链表小波零树编码算法.通过预处理和主处理过程实现了流水线编码结构,减少了存储器的访问频率.预处理完成对所有节点显著性的标注,主处理完成无链表的零树编码.对彩色图像编码时首先进行RGB空间到YUV空间的变换,然后在比特平面扫描过程中,依次对YUV三个平面进行编码,这样输出的码流是完全嵌入式的.一般情况下,亮度分量的最高显著平面都高于色度分量.因此通过色度分量输出控制策略,可以进一步提高算法对彩色图像的编码性能.硬件实现结果表明,改进后算法的编解码速度明显提高,而率失真性能并没有下降,所以新算法特别适合高分辨率或不规则图像的编解码芯片设计.