科氏质量流量计全数字闭环系统的设计与实现

科氏质量流量计(CMF,Coriolis Mass Flowmeter)全数字闭环系统,采用现场可编程门阵列(FPGA,Field Programmable Gate Array)和现代数字信号处理方法对CMF传感器进行稳定精确的闭环控制,实时性和精度较高.以高速并行器件FPGA为运算和控制核心,在相位控制中引入FIFO(First In First Out)组件,通过控制FIFO的读、写请求信号来改变时间差,实现对拾振和激励信号的相位差准确、稳定的控制;采用不连续和连续幅值控制相结合的非线性幅值控制方法,快速、准确地设定幅值,适应性强,实现对拾振信号幅值的良好控制,并控制拾振信号以稳定的幅值输出,提高CMF的测量精度和稳定性.实流标定对比实验结果表明:CMF数字闭环在零点稳定性、动态响应特性和重复性方面都优于模拟闭环,并在一定程度上提高了CMF的测量精度.      

可编程逻辑器件在空间电子学设备中的应用

介绍了几种常用于空间电子学设备的可编程逻辑器件 (FPGA), 基于空间环境特点, 分析了可编程逻辑器件在空间电子学设备中应用时需要考虑的特殊问题. 针对空间试验中经常出现的单粒子翻转事件(SEU), 介绍了一种基于冗余(FTMR) 的FPGA设计方法, 并通过实例给出了这种方法对系统性能和设计规模的影响.      

电离层不规则结构对GPS性能的影响

电离层不规则结构的存在可引起无线电信号的幅度和相位发生随机起伏, 这 种电离层闪烁现象会影响全球定位系统(Global Positioning System, GPS)的 性能, 降低定位精度, 严重时导致信号失锁. 电离层不规则结构对GPS性能的 影响涉及电离层物理、接收机设计和表征卫星几何分布的精度衰减因子(Dilution of Positioning, DOP)等多方面因素. 本文通过对表征电离层不规则结构参数 的分析, 根据GPS接收机跟踪环路和闪烁信号模型, 综合研究了电离层闪烁对 GPS接收机载波跟踪环和码跟踪环跟踪误差的影响; 结合实际观测, 评述 了电离层不规则结构对单频和双频GPS接收机定位性能的影响, 在此基础上 提出了有待深入研究的问题及具体建议.      

电离层多普勒接收机的设计与实验

利用软件无线电技术设计了一种电离层多普勒接收机. 该接收机采用DSP, FPGA等数字芯片与PXI总线进行架构, 使用GPS作为接收机的时间和频率同 步模块, 能够灵活设置系统参数. 实验接收来自中国蒲城陕西天文台的高 频时间信号, 实时获取由于电离层扰动所产生的多普勒频率偏移信息. 使用通过MATLAB语言实现的信号处理软件平台, 对接收到的高频信号进行处理. 观测结果表明, 接收机能够分析电离层回波信号的多普勒频移随时间的变化, 是获取不同空间尺度电离层扰动信息的一种有效手段.      

LALR(1)分析器快速生成

根据LR(0)自动机的构造理论及Deremer和Pennello的LALR(1)向前看符号集计算公式,提出求解公式中的lookback关系和includes关系的高效算法. 研究过程表明,LR(0)项目集闭包计算和项目集的查找是LR(0)分析器构造过程中的主要性能瓶颈.对这两个计算过程给出了高效的数据结构和算法设计,实现了LALR(1)分析器的快速生成.系统实现及实验数据表明,LALR(1)分析器的生成速度超过了自由软件基金会的LALR(1)分析器生成器Bison.      

基于多DSP技术的SSR实时信号处理机

以4片数字信号处理器(DSP)和2片现场可编程逻辑阵列器件(FPGA)为核心处理器,设计 实现了二次监视雷达SSR(Secondary Surveillance Radar)实时信号处理机.该系统基于2 块DSP+FPGA模式的实时信号处理板,实现了对原始二次监视雷达应答信号的各种处理:反同 步窜 扰处理,反非同步窜扰处理,计算目标的方位、距离,进行目标的高度、代号解码以及实时 产生航管询问编码,并生成各种信息的统计报告.      

FPGA可配置资源测试方法研究

FPGA是广泛应用于集成电路设计等多种领域的关键器件之一,随着FPGA的迅速发展,对FPGA的测试得到了广泛重视和研究,其测试技术也越来越复杂。本文以XILINX公司的Virtex XCV300E器件为基础,研究了基于93000集成电路测试系统的FPGA器件测试技术,为FPGA的应用级测试提供了一种有效的方法。     

用于火星探测的电子分析器定标

用于火星探测的电子分析器采用了带偏转板的同轴圆柱形静电分析器, 该传感器方案在满足性能指标的同时实现了小型化. 利用法国空间辐射研究中心(CESR)的电子源, 对电子分析器两个传感器通道的静电分析器因子、能量分辨率、偏转板偏转因子、 方位角分辨率和极角分辨率进行了定标. 给出了上述参数的定标结果, 并对结果进行了分析. 结果表明,仪器的能量范围、能量分辨率、方位角视场及角度分辨率等参数均优于指标要求. 定标结果为电子分析器在轨数据处理和分析以及在轨运行参数设置提供了依据.      

敏捷数字电离层测高仪系统研制及初步观测

在小型天线和低发射功率条件下，保证电离层测高仪观测数据质量和提高观测速度一直是电离层垂测的技术难点.针对这一问题，基于新近发展的高速数字芯片和射频器件，采用窄带跟踪滤波、脉冲压缩、编码复用和天线均衡匹配等技术，设计和研制一种敏捷数字电离层测高仪.该系统采用数米高的小型收发天线和便携式主机系统，配置任意频率扫描方式频高图、高分辨率多普勒频高图和斜向探测等多种工作模式，具有可流动观测布站、系统参数灵活捷变及适合快速电离层扰动探测等能力.敏捷数字电离层测高仪为组网观测获得大范围电离层时空变化和电离层快速扰动及传播提供了一种有效的探测手段.      

用全球等效太阳黑子数IG_(12)进行电离层长期预报

本文利用中国电离层垂直探测站的资料研究应用全球等效太阳黑子数IG_(12)进行电离层长期预报的可能性.结果表明,指数IC_(12)与电离层特性参数(f_0F_2或F_2(3000)MUF)的相关性比太阳黑子数R_(12)与电离层特性参数的要好. 利用CCIR第340号报告,对IG_(12)应用于预报f_0F_2、M(3000)F_2和F_2(4000)MUF的功效进行了估算,并与目前使用的R_(12)进行了比较.所得结果表明,在用CCIR预报方法时,用IG_(12)代替R_(12)可以得到精度更高的预报值.对提前12个月的预报,f_0F_2和F_2(4000)MUF的预报精度分别平均提高18％和10％左右.对IG_(12)指数用于预报的其他优点亦进行了讨论.     

多通路激光火工品等效测量装置设计

激光火工品起爆系统的功能完整性影响着火工品的正常起爆。为了检测起爆系统的完整性,设计了一款以FPGA为核心的多通道激光火工品等效测量装置。该装置利用光电转换电路、放大滤波电路、A/D采样电路以及双SDRAM存储机制对每个通路的起爆激光功率进行连续采样,并通过板载CPCI总线与上位机完成控制指令和数据交换。试验表明,该装置激光功率采样精度和时序采样精度均满足设计要求,系统设计方案可行。     

微波虚拟时频分析仪的分析与设计

指出了经典的时域分析法与频域分析法存在的主要问题 ,然后在虚拟示波器和虚拟频谱分析仪的基础上提出一种微波虚拟时频分析仪的设计方案。简述了此虚拟仪器的功能 ,重点阐述了在仪器开发过程中软硬件的设计 ,并探讨了设计的关键技术及难点     

激光位移传感器高速数据采集与处理系统设计

介绍了基于FPGA和单片机的激光位移传感器高速数据采集与处理系统的工作原理与软硬件设计,该系统采用FPGA作为核心控制器,主要完成A/D转换时钟控制、CCD像点位置提取、数据缓冲异步FIFO三部分功能。单片机负责键控、显示以及系统协调。这种基于FPGA和单片机的同步采集、实时读取采集数据的方案,可以提高系统采集和传输的速度。该硬件电路结构简单、成本低廉、可靠性高、功耗较低,满足了实际应用中的要求。     

专用指令集在基于FPGA的神经网络加速器中的应用#br#

近年来，表现出极其优越性能的神经网络算法对硬件算力的要求逐渐提高.在一些低功耗场景如星载系统中，拥有可编程重构、高并行等特性的FPGA是神经网络算法较为合适的硬件加速平台.为了解决传统神经网络硬件加速器设计中片内资源消耗大、各功能模块耦合性高等问题，设计实现了一套专用AI指令集并应用在了基于FPGA的神经网络加速器的设计中.文章首先介绍了该指令集的设计方案.整个指令集由指令寄存器、指令解释器、指令转发模块、内存管理单元和多个模块构成.通过该指令集可实现对不同模块的复用，降低模块之间的耦合性.并以YOLOV3 Tiny网络模型为例，对比了平铺式和指令控制式两种加速方案的逻辑资源的消耗.验证了应用专用指令集可以减少约50%的FPGA逻辑资源的使用.     

基于FPGA的高准确度数字频率信号源设计

介绍了直接数字频率合成技术的实现方法,分析了其优越的技术特性。根据其特性,利用FPGA设计了高准确度的数字频率信号源。仿真结果表明,与传统的信号源相比,使用该方法实现的信号源,其信号种类多,准确度高,满足测试设备数字化、软件化的趋势。     

The TUS space fluorescence detector for study of UHECR and other phenomena of variable fluorescence light in the atmosphere

The Tracking Ultraviolet Set Up (TUS) instrument has been designed to observe from space the fluorescence light in the atmosphere when Extensive Air Shower (EAS) or other phenomena such as meteors or dust grains traverse it. The TUS design concepts will allow us to construct the next generation of fluorescence detectors with increasing light collection power and higher resolution. The KLYPVE instrument with collection power 5 times larger of the TUS will be the next space detector. Light collection is obtained with the help of segmented “low frequency Fresnel type” mirrors. Photo receiver retina in the focal consists of modules of PM tubes. For stable performance in conditions of variable light noise and variable temperature the tube type with a multi-alcali cathode was chosen. Voltage supplies for PMT in one module were designed for keeping the performance of photo receiver retina uniform when the tube gain change. From every tube the signal amplitude is recorded in time bins of 400 ns. The digital data are kept and analyzed in the module FPGA connected to the central FPGA controlling all data. The RAM memory is large, capable to record events with different duration of the light signal (up to several seconds). The preliminary event data are analyzed in the triggering system of the central FPGA. The trigger criteria have several options for events of different origin (different pixel signal duration). The trigger integration time is controlled from the space mission center. The performances of the detector were simulated and zenith angle dependent trigger efficiencies were calculated. The TUS detector will be efficient in recording “horizontal” EAS (zenith angles more than 60°), developed to their maximum above the cloud cover. The EAS Cherenkov light, back scattered from the cloud cover, will be recorded and will improve data on the EAS direction and position of maximum. For better accuracy in physical parameters of the events and for the experimental check of this accuracy the performance of two TUS detectors at the space platform was recommended. The accommodation of 2 TUS detectors at space platform of the “RESURS O” type was tried and approved. The TUS prototypes are being tested in the Mexican mountains. The photo receiver of two PM tubes with the TUS electronics on-board of the MSU Tatiana satellite is measuring the atmosphere light background.     

用于深空探测的400 MHz带宽Chirp变换谱分析仪的设计与实现

Chirp变换频谱仪（CTS）具有低功耗、高稳定性等优点,在深空探测领域中具有独特的优势。罗塞塔（Rosetta）彗星探测器搭载的180 MHz带宽Chirp变换频谱分析仪,是迄今为止唯一成功完成空间任务的后端外差式实时频谱分析仪。基于Chirp变换谱分析的原理,设计构建了数字展宽线技术与声表面波压缩线技术相结合的400 MHz带宽Chirp变换谱分析仪。完成了数字展宽线与模拟声表面波压缩线的优化匹配设计,使系统的分辨率达到了理论值100 kHz。进一步采用调频信号和多频率点信号对CTS系统进行了测试验证。      

基于FPGA的移动通信衰落信道的建模与实现

介绍了一种基于现场可编程逻辑阵列器件(FPGA)的中频移动通信衰落信道模拟系统设计方案,它可以模拟在地面环境下的移动通信传播特性.该系统可以在实验室条件下评估移动通信终端的性能.利用FPGA作为数字信号处理平台来实现可调的衰落带宽以及多径延时.介绍了一个模拟最多三个不同传播路径的典型多径效应模型,通过增加相同的单元数目可以实现更多路径的模拟.该通道衰落模拟系统专为速度达到120km/h以及多径时延达到9μs的移动单元设计.     

线阵CCD平场校正及FPGA实现的研究

为了消除由于照明光源的非均匀性、镜头渐晕及CCD传感器噪声对图像质量造成的不良影响,首先从理论上分析了线阵CCD固定模式噪声和像素光电响应非均匀性的数学模型和产生的原因;对像素光电响应非均匀性这一主要影响因素,根据其光电响应模型提出了CCD像素光电响应非均匀性的两点校正方法,即求解出各个像素光电响应不均匀性的校正因子和暗偏置量系数,进而用以计算各个像素的校正量,实现逐点校正;针对校正算法大数据量、实时计算的要求,设计了基于现场可编程逻辑门阵列FPGA快速实现校正算法的硬件处理结构。最后,通过仿真和实验表明,两点校正方法可以有效地减小CCD像素光电响应不均匀性的图像噪声,提高图像质量,以便做后续精确处理。     

In situ measurements of ionospheric plasma turbulence over five frequency decades: Heritage flight of the Plasma Local Anomalous Noise Experiment (PLANE)

Observations of ionospheric plasma density and frequency-dependent broadband plasma turbulence made during the heritage flight of the Plasma Local Anomalous Noise Experiment (PLANE) are presented. Rather than record high frequency time series data, the experiment was designed to record Power Spectral Distributions (PSDs) in five decadal frequency bins with upper limits ranging from 1.0 Hz to 10 kHz. Additionally, PLANE was designed distinguish turbulence in the ambient plasma from that local to the spacecraft. The instrument consists of two retarding potential analyzers (RPAs) connected together via a feedback loop to force one analyzer into the I–V trace retardation region at all times. Fluctuations in this measurement are believed to be ambient only as the RPA’s voltage would be too high for locally turbulent plasma to surmount the potential barrier, which is nominally at ram energy. The instrument requires pointing along the spacecraft’s ram velocity vector to make this measurement, thus requiring stabilization in pitch and yaw. During PLANE’s heritage flight, though the satellite’s attitude control system failed early in the mission, plasma data were collected during opportune times in which the instrument rotated into and out of the ram. Observations of plasma density and PSDs of high frequency plasma turbulence were recorded on several occasions. Additionally, a plasma source onboard the satellite was used to generate artificial plasma turbulence, and the PLANE data observed periodic structure presumably associated with the rotation of the spacecraft during these source firings. A brief comparison with other high frequency in situ plasma instruments is presented.