基于MPX4115的小型无人机气压高度测量系统设计

从气压高度测量的原理出发,介绍了基于MPX4115传感器,以C8051F020单片机为飞控计算机的小型无人机高度测量系统的组成和工作原理,并详细论述了测量系统的电路设计;利用压力校验仪对MPX4115传感器进行了辨识,保证了系统对压强的测量准确度;对高度-大气压强公式进行了数据拟合,并设计了计算程序,有效地解决了C8051F020单片机计算能力不足的问题;该系统具有体积小、功耗低、速度快、电路简单可靠等优点。     

基于CC1310芯片的多通道高速率低功耗无线传感系统

为有效减轻新一代运载火箭传感器数据采集与传输系统的质量, 设计并实现了基于CC1310芯片的无线传感器系统。采用频分复用(FDM)结合时分复用(TDM)的方式完成多节点组网并实施分组管理, 组间频分复用既实现了节点数的扩增, 又提升了传输速率复用倍数, 分组数为4时子节点数量可达100个以上。提出主节点授时法结合多节点分时传输协议的优化设计方法, 保证多节点高精准同步, 避免节点间碰撞, 获得了最优的组内可达速率;设计节点唤醒/休眠模式切换策略, 有效降低了系统功耗。实测结果表明:2个主节点带5个子节点并行工作时, 传输速率可达400 Kbps, 且主节点数量增加时, 系统的传输速率成比例增大;单个子节点忙时功耗不超过60 mW, 闲时功耗不超过12 mW, 平均功耗为15.2 mW, 符合低功耗要求;同时, 所设计的无线传感系统具备良好的可靠性和鲁棒性。      

一种面向星载计算机的功能级功耗估计方法

在星载计算机的软硬件协同设计过程中需要解决处理器功耗估计问题.现有的工具和方法主要面向ARM或DSP处理器,缺乏可用于LEON3处理器的软件功耗估计方法.针对这一不足,基于功能级功耗分析方法进行功耗估计,重点解决LEON3处理器的功耗建模问题.提出了从C代码中提取模型参数的方法,并且对序贯最小优化支持向量回归算法进行了改进,提高模型的精度.在数值试验部分,通过常用的C语言算法试验对估计方法进行了验证.结果表明功耗估计误差小于3%,能够满足星载计算机软硬件协同设计的需要.     

(0.1～1.8)GHz SiGe HBT超宽带低噪声放大电路设计

本文选用SiGe材料低噪声放大芯片,设计了一款(0.1~1.8)GHz小型低功耗超宽带低噪声放大器（LNA）。该LNA采用两级放大结构,负反馈方式实现宽带匹配,级间和输出端匹配采用小阻值电阻提高电路稳定性,电路尺寸为35mm×15mm。测试结果表明：工作频率为(0.1~1.8)GHz,在室温条件下,增益为30dB,噪声系数<0.82dB,增益平坦度<0.5dB,输入输出回波损耗<-10dB,直流功耗为41.8mW;在-40℃低温条件下,增益为32dB,增益平坦度、输入输出回波损耗、直流功耗与室温下一致,噪声系数<0.69dB。设计过程与测试结果验证了本文中使用室温SiGe放大管的S参数计算-40℃温度下该芯片S参数方法的可行性。     

FM接收机中频滤波器的设计

介绍了一种基于双极技术的中心频率、带宽、增益可控的Gm-C型多相滤波器。分析了滤波器的基本原理,推导出其电路结构形式,并对其中关键的Gm单元进行了优化设计,实现了一个六级带通滤波器。该滤波器应用于低功耗FM低中频接收机中频滤波器的设计,镜像抑制比高达66 dB,总功耗仅为3.75 mW。     

图像数据实时压缩技术研究

提出一种基于多模式自适应压缩算法的图像实时压缩技术,以此技术为基础,利用硬件设计描述语言VHDL和现场可编程序门阵列FPGA,设计成功系统专用集成芯片,以此芯片为核心,构成图像数据实时压缩系统.该系统采用阵列式处理与流水方式工作相结合的组织结构,数据处理速度与系统容量具有良好的可扩充性.系统单路数据处理速度为100Mbit/s,数据压缩比动态可调,图像恢复精度优于JPEG.本系统体积小、重量轻、功耗低、性能稳定可靠,适用于各种256级灰度图像.      

基于DCS机理的机场供油自动化系统的设计与实现

为提高国内民用机场供油系统的自动化水平,采用DCS(Distributed Control System)的原理和方法设计并实现机场供油自动化系统.根据DCS的"分散控制,集中管理"的思想,系统在结构上划分为3级:现场设备级、直接控制级和监控管理级.概述了每一级的功能、硬件配置和软件的组成及开发.本方案已被成功地应用于多个机场供油自动化系统的建设.实际运行表明,系统稳定可靠,自动化程度高.      

基于衬底偏置的超低耗电流复用混频器

基于SMIC 0. 18μm 1P6M CMOS工艺,设计实现了一种工作在0.6V超低电源电压下的混频器.该混频器跨导级采用自偏置的互补跨导结构,并与开关级构成折叠结构,大大降低了电源电压;电路中所有的MOS管衬底均加有固定偏置电压,减小了MOS管的阈值电压,实现了超低电压超低功耗的设计;并采用电流复用技术,改善了电路的噪声性能,并提高了其转换增益和线性度.该混频器核心电路尺寸为460μm×400μm,当射频信号、本振信号和中频信号分别为1575MHz,1400MHz和175MHz时,仿真表明,该混频器转换增益(G_c)为6.1dB,双边带噪声系数为14dB,输入1dB压缩点为-16.67dBm,在0.6V的电源电压条件下,功耗仅为0.76mW,可用于航空航天领域的电子系统中.     

基于FPGA无人机影像快速低功耗高精度三维重建

现有无人机（UAV）影像三维重建方法在功耗、时效等方面无法满足移动终端对低功耗、高时效的需求。为此,在有限资源FPGA平台下,结合指令优化策略和软硬件协同优化方法,提出一种基于FPGA高吞吐量硬件优化架构的无人机航拍影像快速低功耗高精度三维重建方法。首先,构建多尺度深度图融合算法架构,增强传统FPGA相位相关算法对不可信区域的鲁棒性,如低纹理、河流等区域。其次,结合高并行指令优化策略,提出高性能软硬件协同优化方案,实现多尺度深度图融合算法架构在有限资源FPGA平台的高效运行。最后,将现有CPU方法、GPU方法与FPGA方法进行综合实验比较,实验结果表明:FPGA方法在重建时间消耗上与GPU方法接近,比CPU方法快近20倍,但功耗仅为GPU方法的2.23%。      

多通道数字电感传感器的设计

感应传感是一种无接触、无磁体的感应技术,可用于精确测量金属或导电目标的位置、运动或成分,也可用于检测弹簧的压缩、拉伸或扭曲。针对当前感应检测装置功耗高、精度低等缺点,设计一种低功耗、多通道电感数字转换器。采用先进的两通道数字式转换器LDC1612作为传感器,用自制的PCB 线圈探测金属物,将感应信号转换为数字信号,通过IIC接口与低功耗单片机MSP430F5529连接,可同时实现两路数据高速采集处理。实测结果表明：检测分辨率高达28位,精度达到次微米级。适合在苛刻环境中使用,不受非导电污染物（例如,油、水、污垢和灰尘）干扰。实现双通道无接触传感,成本和功耗更低,比现有感应传感具有更佳的性能、可靠性和灵活性。     

飞机机电综合管理框架下的液压系统仿真平台

在机电综合管理框架下,设计了飞机液压系统仿真平台,介绍了仿真平台的设计思想和总体架构,阐述了仿真平台各系统的工作原理和实现方式,分析了根据流量压力模拟液压负载用户外特性的思想,采用平均油温计算法对飞机在不同飞行阶段油液温度进行了模拟.给出了飞机液压综合管理仿真系统的设计方案以及仿真测试结果.仿真结果表明:在液压系统仿真平台上,能够有效地实现实际液压系统的所有功能特性,为飞机机电综合管理的最终实现提供有利支撑.     

机载智能泵源系统的开发研制

针对飞机高压、大功率所带来的节流损失急剧增加的问题,提出了一种根据飞机工作任务设定工作模式和输入给定量的智能泵源系统. 其控制与管理实际上是一个递阶计算机控制系统,上位机(机载公共设备管理计算机)负责根据飞行任务选择泵的工作模式和输入量设定(必要时还可以包括控制律的选择和控制参数的设定),下位机负责现场控制律的实现、控制量输出和数据采集等工作. 研制了智能泵的微控制器和原理样机. 所构成的智能泵源系统可以根据飞行任务需要选择工作模式并自动设定相应的输入量(压力、流量或负载敏感压差),实现对功率利用情况的有效管理,从而有效抑制系统的温升并提高飞机的机动性和生存能力.      

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.     

环境试验设备的状态空间法仿真设计

对于环境试验设备的设计,传统的工程设计方法是从指标出发,用半经验、稳态的方法设计系统,按照围护结构稳态放热量和试品冷透来计算制冷系统容量,这种稳态的计算结果通常比实际需要大的多.采用基于状态空间描述的分布参数模型用于系统动态仿真,可以允许对许多先不必要考虑的环节简化处理,对主要的负荷如围护结构、被试品等做精确的处理,可以较准确的得到总的制冷量需求,验证控制策略等,对于初期方案设计中系统制冷、加热设备容量的准确计算、不同方案的验证、控制方案的制定具有明显的意义.      

螺杆空压机加卸载工况下节能运行分析

介绍了螺杆空压机的消耗功率,分析了空压机排气压力对其容积效率的影响,得到了空压机容积流量的计算方法,建立了螺杆空压机的运行能耗模型.在加卸载运行工况下,利用MATLAB对其运行过程、运行能耗进行仿真,通过仿真证明了存在最优的卸载压力线,使其运行能耗最小化.最后结合螺杆空压机加卸载运行频率和最优卸载压力线,给出了其在加卸载运行工况下最优控制方案.     

基于燃料电池的复合电源式装载机分层控制

装载机能耗高、排放差, 研究装载机新能源技术具有重要意义。结合装载机工况特性提出了燃料电池与超级电容联合驱动的电源系统, 围绕复杂工况下燃料电池和超级电容系统动态模型的实时工况数据进行自适应能量管理策略研究。设计了复合电源拓扑结构与动力传动方案, 建立装载机复杂工况下系统多状态模型, 基于Haar小波理论对整车系统进行功率分流, 提出模糊逻辑能量管理策略动态平衡需求功率中的低频分量, 采用粒子群算法对控制系统进行优化。仿真结果显示:载荷功率经过最优阈值3层Haar小波处理后, 功率变化大幅度减缓, 有效提升燃料电池系统的寿命；模糊逻辑控制器输出的燃料电池功率曲线变化光滑, 超级电容SOC值处于设定区域内, 提高复合电源系统的综合效率；经过粒子群算法优化控制器后, 燃料电池输出平均功率同比下降约5%, 超级电容SOC值在约0.6达到动态平衡状态, 改善了装载机的动态响应和稳定性。      

一种卫星推进分系统热控的优化设计方法

根据传统卫星推进分系统热控要求,针对推进舱内肼管路及部件进行加热带缠绕和多层隔热组件包覆的问题,提出了一种基于新型推进剂条件下的推进分系统热控优化设计,即取消推进舱内热控处理措施,而是在推进舱的外侧板包覆多层隔热组件,并采用电磁阀补偿加热.对采用优化设计的推进分系统热控设计进行了热平衡试验和在轨验证.结果表明,推进分系统的温度水平和功耗要求均满足目前中国对于卫星的热控要求,且优化设计使推进分系统热控具有功耗低、质量小和易于装配的优点,能够结合卫星构型实现分舱操作.      

航天器内环境监测的无线传感器网络应用研究

无线接口技术是航天器电子系统技术发展的前沿和热点之一, 具有广泛应用前景. 提出了用于监测航天器内部及其设备环境参数的无线传感器网络设计方案, 详细介绍了构建航天器内无线传感器网络的通信协议、网络架构、软硬件设计方法, 并给出一个将ZigBee Pro技术应用于航天器内的典型设计实例, 以TI公司最新的CC2530芯片和ZigBee协议栈Z-Stack为基础, 用于监测航天器内部及其设备的温度、湿度、电压、电流等参数. 实验证明, 本设计具有低功耗、 传输可靠、网络鲁棒性及组网灵活等优点.      

双机捷联惯导系统管理软件研究

本文着重讨论了捷联惯导系统双主机计算机系统结构的管理软件设计与实现问题,给出了完整的管理软件设计方案,对于双主机所特有的资源共享问题做了介绍,引入命令信箱概念来实现两主机之间的命令传递。同时,本文管理软件还包含了在实际地面测试时,实现捷联系统计算机与地面PC机的通讯功能。本文管理软件的另一大特点是运用了PL/M-86与ASM-86,Turbo C与MASM的混合语言编程技巧,充分发挥了各种语言的优点。本文的管理软件已在实际系统中应用。