基于XML的EtherCAT工业以太网协议解析技术

重点研究了基于可扩展标记语言(XML,eXtensible Markup Language)的EtherCAT工业以太网协议解析器技术和实现方法.介绍了EtherCAT协议报文格式和特点,分析了以太网数据侦听器和协议解析器的结构,针对通用以太网解析器在工业以太网领域应用的局限性,提出使用XML语言描述协议报文的方法,在此基础上开发出一种开放式、可重构的EtherCAT协议解析器.实验结果表明基于XML的协议报文描述方法及解析器能够有效地描述和解析EtherCAT协议报文,使用者可以根据解析对象格式使用XML语言自定义、修改和扩展协议解析规则,获得清晰、直观的解析结果.      

工业以太网EtherCAT冗余和热插拔技术

EtherCAT是一种实时工业以太网协议,使用冗余技术是实现热插拔和提高通信可靠性的重要手段.首先介绍了实时工业以太网EtherCAT的组成、工作原理和报文结构,研究了使用环型网络拓扑结构实现基于EtherCAT的工业自动化控制系统故障容错及热插拔技术,分别规划了在网口故障、链路故障和节点故障时冗余帧传播机制、故障点定位和恢复策略.开发了链路冗余EtherCAT主站驱动程序,将常规EtherCAT主站驱动程序做了修改,加入链路冗余机制,对上层应用屏蔽了冗余信息和操作.最后完成了冗余和热插拔的性能测试实验,结果表明系统性能优越,运行稳定.     

结合短帧优先的权重轮询AFDX端系统发送策略

提出一种新型的端系统虚链路调度（VL）策略,该策略在短帧优先基础上结合权重轮询（WRR）进行调度,既确保了重要短帧的优先级又可以平衡其他不同优先级信号的延迟上限。应用网络演算理论推导了基于该新型调度策略的端系统不同虚链路的延迟上界,研究了最大延迟上界与不同权重比及其帧长之间的关系,并建立了基于OPNET的航空电子全双工交换式以太网（AFDX）网络模型,仿真分析新型调度策略与短帧优先、带权重轮询调度算法下端系统数据的发送延迟。结果表明,该新型调度策略有效可行,降低了短帧虚链路的最大延迟时间,提高了长帧数据中较重要任务数据的处理带宽,适用于具有较多重要短帧并具有不同优先级数据的机载系统网络。      

基于度中心性的AFDX网络拓扑生成

航空电子系统随着任务需求和技术的发展不断向深度综合演进,其系统的复杂性给网络的设计和验证带来了巨大的挑战,如何通过网络生成实现受限资源条件下航电信息交互的实时性能保障是目前亟待解决的问题。针对目前存在的无法对航电网络进行实时性调控的拓扑设计方法进行改进,依据终端节点之间所有虚拟链路的最大通信帧长之和的大小关系,提出一种基于度中心性理论的航空电子全双工交换式以太网（AFDX）网络拓扑生成算法。将终端节点之间数据帧长作为节点度的衡量标准,对所有终端节点进行集合划分,并根据集合中终端节点的数据帧长对交换机进行连接。采用确定性网络演算以及仿真的方法对基于度中心性的AFDX网络拓扑生成算法进行效能评估。利用确定性网络演算方法,在小规模虚拟链路（VL）的组网下,结果显示:基于度中心性的拓扑生成算法生成的网络拓扑中75%的VLs实时性能优于原始人工设计的网络拓扑,且端到端延迟平均减小9.37%。利用OMNet++仿真方法,在1 400条虚拟链路的组网规模下,结果显示:基于度中心性的拓扑生成算法生成的网络拓扑中94.3%的VLs实时性能优于人为规划网络拓扑,且端到端延迟平均减小50.2%。由此表明:基于度中心性的拓扑生成算法很大程度上提高了网络的实时性能保障。      

脉冲功率放大链相位噪声检定系统中的信号处理系统

详细介绍了在脉冲功率放大链相位噪声检定系统中的信号处理系统的设计方案、工作原理及功能。本系统是整个检定系统的重要组成部分，在整个系统中担负着将放大器链的噪声信号进行转换、采集、存储、传输、处理和显示等任务，它由硬件电路和系统软件两大部分组成。硬件电路主要由采集单元、存储单元、控制单元、时钟单元及计算机接口等几个模块组成，其功能是：将模拟信号转换为数字信号，暂存采集到的信号数据，并将数据送人计算机内存中。电路中设有自检功能，从而增加了调试的透明度，也提高了系统工作的可靠性。系统软件由控制软件和分析处理软件组成，前者负责控制硬件进行自检，以及谐调各部件间按一定的时序工作；后者负责将噪声数据进行各种数据处理（时域、频域分析），并根据检定系统的测试指标要求（噪底、起伏特性等）给出正确的测量结果。软件设计采用多层菜单式动态显示技术，图文并茂，显示醒目直观。整个检定系统经多次联试试验后，结果表明，本信号处理系统方案设计合理，工作稳定可靠，功能强，维护方便。将本系统的设计思想应用于雷达发射机稳定性测试系统中也取得了很好的效果。     

遥测系统中的改进型AMI码

提出了一种适于遥测系统中使用的改进型AMI码.该码型利用在二进制数据流中间插入冗余,使码型中不再出现长连零的方法实现,从而达到快速可靠捕获同步码的目的.分析了其特性,包括编码效率、误码特性、功率谱、帧同步一次通过捕获特性等.该码型具有和原始AMI码类似的功率谱,尽管其编码效率不高,其快速同步捕获的特性可以避免数据的丢失,提高了数据的可靠性.给出了改进型AMI码的具体实现方法.     

风云二号卫星 CDAS 编码遥测机的设计

ＦＹ－２气象卫星指令与数据获取站（ＣＤＡＳ）中的编码遥测机作为卫星监测系统,解调卫星的编码遥测信号,实时获取星上编码遥测数据,以便分析和掌握整个卫星的工作情况,对卫星进行正确的管理和使用。解调后的数据也送到运行控制中心（ＳＯＣＣ）。采用双机热备份提高系统的可靠性。给出设计可靠的编码遥测地面系统的方法,包括副载波解调、ＩＲＩＧ－Ｂ型时统码解调、帧同步锁定,用计算机实时分析遥测数据等。     

AVB网络流量整形帧模型端到端延迟计算

音视频桥接技术(AVB)以传统以太网为基础,通过基于信用量的整形(CBS)算法进行流量整形,提供了音视频流确定性传输的基础保障。在CBS流模型的延迟分析计算基础上,考虑了AVB网络中数据帧实际排队和调度的离散特性,提出了一种改进的CBS帧模型来计算音视频流量的排队传输延迟,并推导了帧模型下最坏延迟计算公式。采用典型的车载网络应用场景对2种模型进行演算验证,结果表明:同流模型相比,CBS帧模型中得到的端到端延迟更小,显示出更好的紧性评估效果,同时这种紧性评估在针对低优先级流量的延迟分析时,差异会更加显著。     

基于无监督学习的时序序列故障诊断方法研究

随着信息技术和传感器技术的发展,基于数据驱动的故障诊断技术是保障大型工业设备高效、安全运行的关键技术之一.机器学习由于其具有强大的特征表示能力与基于大数据的特征提取优势,多种深度神经网络模型已成为故障诊断领域中最常用的特征提取方法之一.但监测设备收集到的数据中包括大量的无标签数据,基于监督学习的深度神经网络模型没有办法对其进行充分的利用,造成了部分有用信息的浪费.针对无标签数据,提出基于无监督学习的方法,利用最大化互信息的思想训练特征提取模型,在此基础上,设计一种针对时序序列数据的故障诊断方法,并在公开数据集凯斯西储大学轴承数据集上验证,取得了比以往传统方法更高的诊断精度.在卫星监测数据上进一步验证,提出的特征提取模型能够对故障不同阶段进行区分,很好地捕捉不同阶段的数据特性.结果表明,提出的基于无监督学习的故障诊断方法能够有效、充分地利用大量的无标签数据,提高时序序列数据的故障诊断精度.     

视觉检测中高速图像采集技术的研究

利用视频输入处理器(SAA7111)和现场可编程门阵列(FPGA),采用全硬件方式和两帧轮换存储方式设计实现了图像采集系统、计算机以及前端硬件处理系统之间的相互接口,使得视觉检测中视觉传感器能够同时进行图像采集和低级图像处理.     

航天用时间触发网络系统同步性的故障分析

确定性网络的同步性在航天电子系统中至关重要。为保证确定性网络在发生故障的情况下也能正常的进行时间同步,本文采用spaceVPX标准中典型的双星拓扑交换结构配置基于时间触发以太网协议的可容错系统。针对此架构,使用以太网的航天系统中发生故障的单容错结构进行了仿真,模拟了几种时间同步协议控制帧异常的情况：协议控制帧包括冷启动帧、冷启动应答帧、集成帧从故障交换机的端口发送到网络中的一个终端系统后对于时间触发网络的同步网络所产生的影响。仿真结果表明,故障交换机会逐渐延长处于正常工作的终端系统的启动时间,进而不利于整个确定网络系统的同步过程,但是如果设置不同协议控制帧的周期超过一定的数值后,单点故障不会影响双冗余系统的启动时间。     

一种新的无人机航拍图像压缩方法

针对无人机机载视频图像由于受到天气或电磁波干扰产生的异常帧引起的压缩码率波动问题,提出了一种基于对图像进行预分析,剔除异常帧后进行压缩编码的方法.对于几种常见的异常帧进行建模,分析了其图像信号特点,结合信号统计特性和其信息熵量度,可靠地检测出视频序列中的异常帧, 最后对剔除了异常帧的序列应用H.264标准进行压缩编码.理论分析和试验结果都证明此方法在不丢失无人机机载视频图像序列信息量的情况下,可以保持压缩码率恒定并提高了其压缩效率.      

人体变形中局部坐标系旋转失真问题

分析了人体变形中选取3个基轴构建坐标系所存在的缺陷,提出了一种位置-四元数的方法,解决了曲线骨架驱动的旋转失真现象.采用四元数球面线形插值和B样条四元数插值的方法构建人体变形中曲线骨架的局部坐标系,采用位置-四元数-缩放的方式代替传统的转化矩阵,通过人体表面顶点在该坐标系下的绑定,实现人体皮肤、肌肉的变形.试验结果显示:该方法有效地消除了局部坐标系的旋转失真现象,适用限制少,易于实现.     

一种相机总线数据仿真系统改进研究

针对以51单片机为核心的航空机载设备总线数据仿真系统存在的问题,提出并设计了基于PC104嵌入式系统为核心的总线数据仿真系统。该系统利用ZHHK429-PC104-Plus板卡和自研的ARINC407接口卡,结合25.4cm(10 in)工业级触控彩色显示屏对原系统进行了改进设计,基于Windows Embedded XP操作系统结合LabVIEW实现图形化软件开发,实现了机载惯导和大气机数据仿真输出,使相机在工作房内即可完成全状态通电检测。经测试,该总线数据仿真系统,在原有系统的基础上,各项性能都有明显提升。     

基于改进关键帧选择的ORB-SLAM2算法

针对同时定位与建图（SLAM）算法精度不高且跟踪易失败的问题，提出了一种改进关键帧选择的ORB-SLAM2算法。通过ORB-SLAM2算法计算帧间相对位姿；在原有算法的基础上，增加旋转与平移量作为判定依据，决定是否创建新关键帧；针对移动机器人所安装的相机与机器人产生相对运动引发误拍摄，导致劣质关键帧生成的问题，设计了劣质关键帧剔除算法；基于RGB-D数据集与自主研发的移动机器人进行了实验验证。实验结果表明:改进的关键帧选择算法能够准确及时地选择关键帧，最优情况下定位误差约为原误差的51.9%，有效消除了相机与机器人之间相对运动产生的影响，直线误差仅为原误差的82.1%。改进算法能够有效提高定位精度，减少跟踪失败。      

基于32位SPARC处理器的JTAG仿真器设计与实现

在研究IEEE1149．1标准和JTAG调试原理的基础上,以SPARC处理器内嵌调试体系结构为核心,设计实现一种JTAG仿真器．JTAG仿真器通过以太网和串口与上位机通信,利用FPGA发送JTAG协议时序完成用户调试任务．该系统设计可扩展性好,成本低,且JTAG数据发送速率可达到8Mbit／s、性价比高．经测试,该系统能稳定、可靠工作．     

复合材料端框渐进损伤分析方法与试验

针对复合材料格栅加筋圆筒的上下端框,进行了3种不同尺寸和铺层顺序的端框片段模型的拉伸试验,得出其破坏形式和极限载荷.建立端框的有限元模型,基于不同的强度理论进行端框的渐进损伤分析,并对计算结果进行比较.以Zinoviev强度理论为基础,从破坏判据和刚度衰减两方面将其扩展为三维理论,并结合Hashin准则进行破坏模式的判断,形成了改进的Zinoviev强度理论,并以此进行端框模型的损伤演化分析和强度预报,数值模拟结果与试验结果取得了很好的一致性.