深空星间链路信道建模及硬件模拟器研制

针对深空通信信道距离长、信噪比低、链路损耗巨大等特点,提出了太阳闪烁与多径效应影响下的深空星间链路信道理论模型。在此基础上,构建了一个基于硬件现场可编程门阵列和控制计算机的深空星间链路信道模拟器,有效模拟了深空星间通信的多径衰落、传播路径损耗和信道延迟,规避了投入高、风险高、耗时长的实地通信实验。实测结果表明,该深空星间链路模拟器输出的载噪比及误比特率波形与理论结果吻合,可用于实验室条件下对深空星间链路的实时模拟复现。     

基于浅海声信道特征测量的舰船水下辐射噪声源级获取方法

针对浅海信道环境下舰船水下辐射噪声测量问题,介绍了一种基于水域声信道传播特征的舰船噪声源级工程测试方法,该方法通过多基元空间能量平均方法来实现.通过探讨以能量平均声压级曲线来表征浅水域水下声传播特征,提出了一个适用于浅水域声传播规律的计算经验公式.对所提测量方法的可行性和准确性进行了仿真分析和湖上试验,结果证明了采用空...     

一种多码率QC-LDPC码译码结构设计与实现

为了满足在一个系统中使用多码率LDPC(Low Density Parity Check)码字的需求,设计了一个7Kbit长度多码率LDPC码的译码器,分析了各种码率之间校验矩阵的相似性,提出了复合译码结构中变量节点运算单元、校验节点运算单元以及迭代存储器单元的复用方案.通过在变量节点运算单元以及校验节点运算单元输入端增加若干选通开关,就可以使这些运算单元适于多码率的处理.通过管脚的选择,此译码器支持非规则0.4码率、非规则0.6码率以及非规则0.8码率3种工作译码模式,并用Altera公司的FPGA进行了实现.综合结果表明,所提出的复合结构在不损伤单码率译码性能的前提下,仅用略多于0.8码率LDPC码单独译码的硬件资源实现了3种码率码字的译码.      

一种用数字集成电路FPGA实现的伪速率调制器

介绍一种用数字集成电路实现的伪速率调制器及其应用.该调制器用一片FPGA实现3个通道的伪速率调制器.有别于用软件或模拟电路实现的方法,该调制器用数字电路实现,其中一阶环节通过移位算法实现指数运算,简单灵活,既克服了模拟电路和软件实现的缺点,又具有模拟电路实时性高、精度高以及软件实现方式方便灵活的特点,适用于整星信息一体化和综合电子技术的卫星控制系统体系结构.     

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.     

AOS虚拟信道链路控制器和VCDU合路器的设计实现

在深入研究高级在轨系统(AOS)标准和对星载数据系统进行分析的基础上,设计实现了AOS虚拟信道链路控制器和虚拟信道数据单元(VCDU)合路器。该设计采用现场可编程门阵列(FPGA)实现高级在轨系统虚拟信道链路控制(VCLC)子层的位流业务和虚拟信道存取(VCA)子层的VCA业务,完成了位流协议数据单元(B_PDU)的构造,VCDU的组装、调度、填充和定界等功能,实现了对整星数据流的统一管理。在卫星的星载数据系统设计中,将有效载荷数据和航天器平台数据合一,形成统一数据流,可以节约频率资源,支持宽带数据传输、实现整星数据流的统一管理,使整个系统更灵活、更开放、更有效,提高卫星的自主管理能力。     

基于FPGA的小型化太阳敏感器图像采集与处理方法

介绍一种适用于小型化太阳敏感器图像数据采集及处理系统的实现方法.系统设计使用了抗辐射加固COMS APS图像传感器芯片和现场可编程门阵列(FPGA),利用FPGA实现了对图像传感器芯片的控制和对图像数据的检测、采集、缓冲、预处理以及传输,同时协调系统各部分的工作.最后,给出了这种小型化太阳敏感器的标定结果,试验结果表明各项指标可以基本达到国际航天同类产品设计水平.     

基于CAN总线的虚拟仪器在多电机控制中的应用

将虚拟仪器的概念应用到多电机控制系统中,对电机的运动轨迹、电流特性进行实时监控以达到最优控制.采用基于CAN(Controller Area Network)总线的主从式分布结构,在产品研发过程中虚拟仪器取代电机控制中心成为主节点,完成对各个电机控制单元的调试和测量.利用CAN卡和Visual Basic完成了虚拟仪器系统的开发,实现了电机控制算法的实时调节、控制效果的数字化和图形化评估、DSP(Digital Signal Processor)和FPGA(Field Programmable Gate Array)程序的在系统升级以及各种测试环境的模拟,显著提高了某型号X光机的研发效率和产品质量.     

一种新的快速衰落信道非线性预测算法

快速衰落信道预测是实现快速资源配置和快速自适应调制等容量提升技术的重要途径.为解决快速衰落信道参数预测问题,对系统输出的低维标量时间序列,利用坐标延迟理论,重建系统的高维相空间,从而获得比标量时间序列更多的系统信息,进而采用递归最小均方支持向量机在这一高维空间中进行回归预测.具有局部可预测性的高斯带限过程可对快速衰落信道特性进行准确的描述是该预测算法的前提,另外从非线性动力学的角度讨论了快速衰落信道的可预测性.仿真结果表明该算法适于进行较大时间范围的预测,是进行衰落信道非线性预测的有效途径.     

基于FPGA的直接驱动阀用音圈电机功率驱动器

音圈电机的功率驱动器对控制器运算速度要求较高,传统方法普遍采用模拟控制,但其存在调试不便、特性漂移、不易实现复杂控制算法、无法与数字控制器直接实现接口等固有缺点.介绍了基于现场可编程门阵列(FPGA,Field Programmable Gate Array)的采用全数字式控制的直接驱动阀用音圈电机功率驱动器.利用FPGA通过模块化设计,实现了产生脉宽调制(PWM,Pulse Width Modulation)信号、电流信号采样及其数字滤波、电流闭环控制以及与其它数字控制器的通讯等功能.仿真及实验结果表明:所设计的基于FPGA的音圈电机功率驱动器具有良好的电流跟踪性能,可以满足直接驱动阀系统的控制要求.FPGA的运用,大大简化了系统硬件结构,提高了系统的控制性能,且便于扩展功能以及与其它数字控制器实现接口.     

一种基于FPGA的超高速32k点FFT处理器

采用FPGA(Field Programmable Gate Arrays)实现了一个超高速的32k点的流水线FFT(Fast Fourier Transform)处理器.FPGA的工作频率为125MHz,可以处理连续的1Gs/s(1 Giga-samples per second)的复数数据.该FFT处理器主要基于二维分解算法,采用MDF(Multi-path Delay Feedback)流水线结构,并结合MDC(Multi-path Delay Commutator)及SDF(Single-path Delay Feedback)结构的特点.处理器的内存资源消耗相对MDC结构有所减少,而运算速度相对SDF结构有所提高.建立了处理器的算法和设计模型,并根据模型对处理器的3个组成模块进行了优化以减小资源消耗.利用VHDL语言在Xilinx ISE工具上进行了设计,FPGA的布局布线结果验证了设计的可行性.     

基于拉曼努金和的非均匀多载波调制系统

针对高速移动通信,多普勒效应和多径效应导致信道非均匀,提出一种基于拉曼努金和的频谱可调的非均匀调制多载波系统.首先,根据拉曼努金和的正交性和周期性,推导了拉曼努金傅里叶正反变换的完全重建条件,进而建立基于拉曼努金和的多载波调制系统（RFMT,Ramanujan Fourier Multi-Tone system）.由于拉曼努金和的非均匀频谱分布性质及频率共振性质,RFMT在不同载波通道的误比特率不同,可实现对数据的不均等保护.在非均匀信道下RFMT具有优于OFDM的抗多径能力,仿真验证了RFMT的抗多径有效性.在使用迫零均衡算法时,10-5误比特率下,根据信道情况设计的非均匀多载波系统RFMT对E_b/N₀的要求可以比OFDM低4 dB.      

液体火箭发动机故障诊断器设计及其HIL验证

为了实现某型液体火箭发动机机载实时故障诊断,采用FPGA与DSP相结合的方式作为硬件架构设计了故障诊断器,其中FPGA控制高精度A/D转换器进行传感器数据采集,DSP运行故障诊断算法并将结果输出,对故障诊断器的硬件和软件分别进行了设计。提出了一种递归结构识别（RESID）算法用于液体火箭发动机故障诊断,该算法可在6 ms内诊断出流量衰减故障。搭建基于故障诊断器和工控机的硬件在环（HIL）试验平台,采用自动代码生成技术与手写代码结合的方式对RESID算法进行了试验验证,通过上位机界面进行观察。结果表明:RESID算法能准确地诊断出发动机常见的故障并在故障诊断器上实现,算法运行时间为3.9 ms,故障诊断器可以实现实时数据监测和故障诊断,相对于传统平台更加小型化和经济化,既可以作为机载装置使用,也可作为通用平台来开发新算法。      

MIMO-CDMA系统中的相位编码技术

在角扩散不充分的贫散射环境中,MIMO(Multiple In Multiple Out)系统的信道传输矩阵的奇异值分布不均匀,导致系统容量下降.针对这个问题提出了一种相位编码技术.通过人为地制造多径,将贫散射环境下的病态相关矩阵改造为良态矩阵,从而使MIMO技术能够在天线间空间相关性很强的平坦衰落信道环境中应用,扩展了MIMO技术的应用范围;并且在发端没有信道信息的情况下仍然能够把MIMO信道等效为独立并联信道,省去了预编码和信道信息的反馈,降低了系统复杂度.从理论上分析和介绍相位编码技术的基本原理,给出仿真结果,其结果与理论分析一致.      

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.      

卫星用光纤陀螺三轴组合的关键技术

研究了空间环境对光纤陀螺各项指标的影响,设计了一种新颖的卫星用光纤陀螺三轴组合.针对空间辐射、温度循环和真空环境对光纤陀螺的影响进行了模拟实验,通过分析实验数据得到了空间环境对光纤陀螺主要参数的影响机理.利用最小二乘滤波的方法建立了偏置误差模型,利用查表法建立了标度因数误差模型,并用现场可编程门阵列(FPGA)实时进行零偏和标度因数补偿,补偿后陀螺输出零偏稳定性为0.1(°)/h.同时详细分析了陀螺在空间低角速度环境下产生死区的原因,并利用周期相位扰动调制的方法消除了死区.在卫星用光纤陀螺三轴组合的设计中,实现了光源复用和冗余、空间主动和被动防护措施、在轨故障诊断等技术.