一种通用小型弹载图像遥测设备设计

弹载遥测设备是导弹研制阶段的重要参数测量设备,中小型导弹通常给遥测设备可使用空间比较狭小。目前,国内某小型导弹遥测设备指标提出了10 Mbps码率、能支持红外图像传输以及支持波道表在线可编程的要求,传统遥测产品的设计方案无法解决遥测设备体积小和功能全的突出矛盾。利用软件无线电的设计思想,采用AD9361和FPGA的硬件架构,使用了软件在线可编程技术、GMSK先进调制技术、基于FPGA的JPEG2000图像压缩技术和对称赋形天线技术,实现了一款集成度高、可靠性好、通用经济的先进弹载图像遥测设备。通过测试试验表明,弹载遥测设备简化了以往复杂的硬件设计,有效降低了弹载遥测设备的体积、重量和功耗,高集成度提高了产品可靠性,而且具备可重构能力,提高了弹载遥测设备的通用性和试验效率,有利于降低研发成本。     

相干光接收机时钟恢复算法的FPGA实现

低轨小卫星在进行相干激光通信时，需要实时解决发射端与相干光接收机之间存在的时钟偏差问题。分析了时钟偏差对相干光接收机性能的影响，设计了一种基于Gardner算法的并行化时钟恢复反馈环路来对时钟的偏差进行纠正，对各组成部分的原理进行了说明，并在现场可编程逻辑门阵列FPGA上实现了该算法，将 5 GSa/s 的采样信号在 FPGA 中以 156.25 MHz 主频，分为并行 32 路完成时钟同步处理，且实时时钟同步算法仅占用 FPGA 的 590 个自适应逻辑块和 4 个乘法器单元。同时，采用自研的集成化相干光通信模块，演示了 10 Gb/s 偏振复用正交相移键控 PM-QPSK 相干光通 信系统实验。实验结果证明该方案能稳定地补偿本地采样时钟的频率和相位偏移带来的采样定时误差。以 7%开销硬判 决前向纠错码 HD-FEC（Hard Decision Forward Error Correction）为门限，系统的灵敏度优于–51 dBm。     

CMV4000国产化替代芯片验证平台设计

本文开展了对CMV4000传感器国产化替代的研究工作以及芯片验证平台设计工作，替代芯片为上海集成电路生产的ASG043传感器芯片。本文首先通过元器件手册信息，从硬件电路和FPGA软件设计两个角度开展替代工作的研究。然后在搭载ASG043图像传感器的星敏感器上对电源以及图像传感器驱动代码进行设计修改，以满足国产ASG043传感器的供电，时序，训练等要求，ASG043成功运行后，对比替代前后黑白图及采集星点图像。由对比结果可知其成像效果与进口探测器相当，可在不更改印制板的条件下原位置替代CMV4000图像传感器。     

面向声源定位的改进广义互相关时延估计方法

面向以数字微机电系统(MEMS)麦克风作为声传感器的声源定位阵列,完成了前端麦克风阵列的电路设计和以现场可编程逻辑门阵列(FPGA)为核心的数据采集系统的开发,并对麦克风输出的脉冲密度调制信号进行了降采样处理.针对传统的广义互相关算法在低信噪比下时延估计误差较大的问题,提出了一种改进PHAT加权函数的方法.在同等条件下对基于不同加权函数的广义互相关算法进行了MATLAB仿真验证,实验结果表明,在低信噪比条件下该方法相较于传统的广义互相关算法,时延估计误差更小且抗噪性能更强.     

用于铯光泵磁强计的无磁恒温控制系统设计

针对铯光泵磁强计对原子气室温度高稳定性及无磁干扰的要求，设计了一种用于铯光泵磁强计的无磁恒温控制系统。该系统主要包括无磁加热器件与无磁恒温控制电路。无磁加热器件采用微机电系统工艺的双层对称四线结构，可有效抑制电流产生的磁场；无磁恒温控制电路通过交流加热进一步减小恒定磁场干扰，以现场可编程门阵列为核心，使用直接数字式频率合成技术产生高频加热信号，再经功率放大进行无磁恒温控制，减少硬件电路资源。测试结果表明，气室恒温控制的温度噪声峰峰值可达到0.02 ℃，满足光泵磁强计的性能要求。     

一种改进的补偿因子区域不变CS算法及Simulink模型建模

相位补偿因子、距离向补偿因子和方位向补偿因子的产生是合成孔径雷达实时CS（Chirp Scaling，调频变标）算法中的关键。针对一种现有的补偿因子区域不变CS算法进行了改进，对于更新步长内各单元的统一补偿因子，采用该区域内所有单元频率平均值对应的补偿因子，代替原来使用的第一个单元对应的补偿因子，使得最终的补偿结果相比于原有算法更加均匀，计算量与原有算法相当。经过Matlab仿真验证，改进算法的成像指标得到提升。为便于生成FPGA代码，采用Simulink工具搭建了用于生成改进算法中三种补偿因子的模型。将Simulink模型输出的代码加载到Vivado软件中，对Vivado输出的补偿因子与由Matlab输出的精确补偿因子进行了对比，精度满足要求，验证了所搭建Simulink模型的准确性。     

基于HLS的红外遥感图像连通域快速提取方法

连通域提取是红外遥感图像目标检测算法中的重要组成部分,包含在粗检算法中,能够筛去多数虚警,提升粗检效果,减少检测算法的运算量,降低系统功耗。现有的一些连通域提取算法基于CPU处理方式设计,不适合部署在现场可编程逻辑门阵列(FPGA)硬件端。本文采用高层次综合(HLS)的开发模式,设计了适合FPGA加速的连通域提取方法,相比传统的硬件描述语言开发方法具有更高的灵活性和效率。通过只扫描一次二值图像,将面积、范围和连通信息均记录在远小于图像的等价表中,通过简化标记规则和等价表刷新的方法,既提高了运算速度又节省了大量缓存,最终在硬件平台实测256×256的8 bit图像达到了797帧/s的处理速度。