基于联合仿真的小型作业机质心测量系统研究

根据三支点平台支撑反力法测量原理建立了小型作业机质心测量系统。采用ADAMS建立了质心测量平台的动力学模型;基于Matlab建立了测量系统的理论仿真控制模型,并在理论仿真模型中引入压力传感器测量时和升降推杆移动时产生的随机误差,建立了小型作业机质心测量系统的仿真控制模型。通过ADAMS与Matlab的联合仿真,验证了所建系统理论模型的正确性,并得到了测量平台的倾斜角度与测量误差的相对关系,对后续的提高质心测量系统测试精度和测试效率的控制策略研究和实践具有十分重要的理论和工程意义。     

基于FPGA的战术数据链中继传输复接技术

有效传输和分发遥控遥测、定位/导航、战场情报等信息对保障己方战术信息共享具有重要意义。为了节省信道资源,降低调制解调设备的复杂度,战术数据链数据中继传输复接系统在信息化战争中得到了广泛应用。针对机载设备体积小、重量轻、功耗低、信息传输效率高等要求,提出了一种基于现场可编程门阵列（field-programmable gate array, FPGA）的实现空中战术数据链中继传输数据复接的新方法。该方法在单片FPGA芯片的基础上,采用优化的硬件编程算法和结构,占用较少芯片资源;采用完全流水线的并行设计,满足高速战术信息实时处理的要求;FPGA内部采用模块化设计,具备开放性和灵活性,便于系统可重配置和升级;实例仿真验证表明,该模块能够有效地实现不同速率多种战术数据链中继传输的数据复接。     

空间目标跟踪的融合系统设计

空间目标测量手段逐渐多样化,融合处理技术是降低测量信息不确定性影响,获得稳健、高精度目标跟踪结果的重要方法。基于运动建模、实时滤波和多传感器数据融合思想,建立了完整的空间目标跟踪数据处理流程。根据获取时间散乱、误差成分复杂和覆盖范围不均衡等测量信息不确定性对各处理环节的影响,设计了稳健的融合估计方案。在此基础上,综合设计了一个空间目标跟踪系统。系统采用模块化的实现结构,以提高算法兼容性和任务扩展能力。计算实例验证了系统的性能。     

基于改进粒子滤波的光电目标跟踪算法研究

在光电目标跟踪与定位中,结合扩展卡尔曼滤波和粒子滤波的优点和目标跟踪的非线性特征,提出了一种非线性系统的基于当前统计模型的自适应扩展卡尔曼粒子滤波算法,根据光电目标的测量信息修正加速度方差,消除随机误差和噪声的干扰,提高预测的精度。通过MonteCarlo对比仿真实验表明该算法正确有效,定位精度较高,滤波效果得到改善,同时增强了稳定性,优于一般的EKF、PF和EPF算法,为光电目标的精确跟踪与定位的实现提供一种新的方法。     

基于FPGA的GPS接收机相关器技术研究与实现

利用EDA技术和FPGA技术,研制出具有自主知识产权基于FPGA的GPS相关器。采用本地产生C/A码的超前、即时、滞后码与输入信号进行并行相关,并得到预检测值用于捕获GPS信号;重点设计载波NCO相位、载波周数、码相位、历元计数等测量数据产生模块,含该模块的GPS相关器可用于实现导航型和测量型接收机;阐述了GPS相关器各个模块的详细设计,并用VHDL在FPGA中实现了其全部设计。在Modelsim下进行功能仿真和时序仿真,仿真正确后下载到Xilinx Virtex-II Pro开发板中进行验证。运行结果表明设计的GPS相关器与微处理器配合可以完成GPS信号的基带信号处理。     

NUMA多处理器系统中DSP用VME64总线接口设计

提出了基于非均匀存储器存取(nonuniform memory access,NUMA)非对称多处理器模型的制导用信号处理平台方案。介绍了用商用VME64单板计算机和TMS320C6X系列数字信号处理器实现该多处理器模型的方法。设计了TMS320C6XDSP的各VME64接口互连逻辑,所有模块均用VHDL语言设计,并在FPGA上实现。已实现了一个基于该多处理器模型的最小的基本系统,解决了某制导信号处理系统的数据传输瓶颈问题,简化了系统硬件设计复杂性,提高了系统工作的可靠性和稳定性。     

动态环境下舰船瞬时线运动测量方法研究

针对动态环境下舰船瞬时运动信息对其自身操纵性的影响,提出一种舰船运动信息的即时测量方法.分析了航行状态下舰船运动情况,总结了测量瞬时运动的实施方案并给出运用于测量瞬时速度信息的数字高通滤波器具体参数,并利用计程仪辅助惯性导航系统实现对测量结果的进一步强化.结合舰船工作环境设计了转台试验,结果表明:提出的动态环境下舰船瞬时速度测量方法具有较高的工程实践意义.     

基于SRAM型FPGA的多源自主重构方法

空间辐射环境会导致静态随机存储器(static random-access memory, SRAM)型现场可编程逻辑门阵列(field programmable gate array, FPGA)发生单粒子翻转(single event upset, SEU)问题,其严重性将影响系统正常工作。本架构是基于Xilinx Virtex系列FPGA的多源重构方法,能够自主识别各种Xilinx Virtex系列FPGA,采用不同程序存储器源头对SRAM型FPGA进行灵活自主刷新和重构,并且还可以对SRAM型FPGA进行程序上注解决一些在轨遇到的问题,有效降低了SRAM型FPGA在轨遇到单粒子问题的影响,成功实现了在轨定时刷新+多源+自主模式的抗单粒子加固可靠性方案。本设计已经实际应用于空间遥感红外相机,在轨运行情况表明该设计能有效减少单粒子翻转的次数,通过在轨自主重构可满足系统图像性能。     

GF-IMU角速度解算方法的研究

根据无陀螺惯性测量单元(GF-IMU)测量角速度的一般工作原理,提出了一种九加速度计的配置方案及其角速度解算方法,该算法利用加速度计输出的测量信息直接求得所测量的角速度的绝对值,没有积分运算引入的迭代误差,一定程度上提高了载体角速度的解算精度;为了避免角速度解算过程中的开方运算及符号误判,研究了一种解算角速度的代数算法,该算法降低了系统的计算量、提高了系统精度和实时性.     

冲击信号处理芯片设计、实现及应用

基于可编程门阵列(FPGA)完成了三通道冲击信号处理芯片的设计与实现。芯片采用流水运算完成最大绝对冲击加速度响应谱计算。由于冲击信号采样频率可在线更改,因此该芯片可以满足不同冲击信号处理器对峰值检测误差的要求和处理器功耗的限制。采用该芯片设计的数据预处理器已成功用于各种试验。试验表明,该芯片能实时完成三路冲击信号处理并将处理结果代替冲击波原始测量数据输出,能在大幅度压缩冲击信号传输带宽的同时,减小冲击信号峰值检测误差,扩大信号测量动态范围,并为识别数据“真”“伪”创造了条件。     

基于多涡卷Jerk-Chua混沌和自编码的扩频码构造方法

为了提高扩频通信系统信息传输的可靠性和安全性,提出一种基于复合多涡卷Jerk-Chua混沌与自编码相融合的扩频码构造算法。首先引用二维Henon变换和离散标准映射的构造思想产生一种新的非线性融合函数,其次通过该融合函数将复合多涡卷Jerk-Chua混沌产生的随机序列与自回归自编码随机序列相融合产生高质量复合随机序列作为新的扩频码。最后通过Matlab仿真测试表明,该算法相比现有方法得到的随机序列复杂度更高、随机性和相关性更好,应用于扩频通信系统中的误码率得到了一定改善,能够满足高安全性和高动态变化环境要求的通信系统信息安全保密的传输。     

#br# 量子通信系统中基于FPGA的偏振控制

由于光子偏振态在长距离光纤中无法保持稳定,因此以偏振编码为基础的量子保密通信系统需要进行偏振控制以保持成码的正确性。在实用化量子保密通信的研究中,用现场可编程门阵列(field programmable gate array,FPGA)替代计算机作为系统的控制核心已经成为一个重要的研究方向,这种方案具有高效率、高集成度等优势。针对这种情况,提出了利用FPGA实现单光子偏振控制的方案,经实验演示证明了这套方案的有效性和稳定性,90%的成码耗时远高于计算机控制核心时的65%的最大值,相同编解码、纠错方式情况下,拥有更大的成码耗时便可以得到更高效的密钥生成。整个控制过程中FPGA和单光子探测以及电动偏振控制器（electric polarization controller, EPC）电压调节机制可以统一集成,实现偏振控制的小型化。     

基于修正Rife算法的正弦波频率估计及FPGA实现

Rife算法的基础上,通过对输入信号进行频谱搬移,给出了一种修正Rife(MRife)算法。该算法易于并行实现。Monte Caro仿真表明,MRife算法具有频率估计精度高、整个量化频率范围内性能平稳等优点。当SNR(信噪比)大于0 dB时,MRife算法频率估计均方根误差接近克拉美-罗限(CRB,Cramer-Rao bound)。为了提高算法FPGA实现时的系统运行速度,提出使用FFT运算后的实/虚部代替FFT模进行插值,仿真表明对MRife算法性能影响不大。最后,将MRife算法在单片FPGA芯片内进行了硬件设计。布局布线后的时序仿真结果表明,该设计能够对输入数据速率为200 MHz的信号进行实时频率估计,数据不堆积。     

组网冗余MEMS惯性传感器网络优化配置与融合处理方法

针对单个惯性传感器精度与可靠性问题,提出了一种组网冗余微机电系统(micro-electro-mechanical system, MEMS)惯性传感网络优化配置与融合处理方法。首先,研究了多惯性传感器节点的空间配置形式,给出了网络观测模型。利用节点之间的最优化冗余配置策略,提升系统测量可靠性。在此基础上,进一步考虑MEMS陀螺仪和加速度计的安装误差对输出结果的影响,提出了相应的误差模型及校正算法。以随机游走为主要误差源,设计了新型的卡尔曼滤波方法,实现了冗余配置下的高精度导航信息解算。最后,采用自主构建的实验系统进行试验,证明所提出的融合方法能够有效降低陀螺仪和加速度计的随机游走误差。车载试验进一步证明了所提出的方法及系统的有效性。     

组网冗余MEMS惯性传感器网络优化配置与融合处理方法

针对单个惯性传感器精度与可靠性问题,提出了一种组网冗余微机电系统(micro-electro-mechanical system, MEMS)惯性传感网络优化配置与融合处理方法。首先,研究了多惯性传感器节点的空间配置形式,给出了网络观测模型。利用节点之间的最优化冗余配置策略,提升系统测量可靠性。在此基础上,进一步考虑MEMS陀螺仪和加速度计的安装误差对输出结果的影响,提出了相应的误差模型及校正算法。以随机游走为主要误差源,设计了新型的卡尔曼滤波方法,实现了冗余配置下的高精度导航信息解算。最后,采用自主构建的实验系统进行试验,证明所提出的融合方法能够有效降低陀螺仪和加速度计的随机游走误差。车载试验进一步证明了所提出的方法及系统的有效性。     

初探阵列误差对矢量阵波束形成系统的影响

针对阵列误差是制约矢量传感器阵列波束形成系统性能的重要因素,在提出用运动学中的"广义欧拉角"来描述阵元姿态误差的基础上,建立了阵列误差的高斯扰动模型,进而推导了基于矢量传感器阵列的实际波束响应的理论表达式,并深入分析了各类随机阵列误差对系统性能的影响,得出若干条颇有意义的结论,最后给出了仿真实验验证结果。     

基于FPGA的SAR回波仿真快速实现方法

回波仿真是进行合成孔径雷达（synthetic aperture radar,SAR）研究的重要途径,但其计算量巨大,所需的时间较长。为了快速实现SAR回波仿真,提出一种改进的同心圆方法进行快速计算,同时考虑到运算较为规整的特点,采用现场可编程门阵列（field programmable gate array,FPGA）作为主处理芯片。设计了专用于SAR回波信号模拟的数字信号处理板卡,并在板卡上编程实现整个回波模拟算法,给出资源使用情况和量化噪声影响,实际应用结果显示,采用FPGA来实现SAR回波仿真可以在保证精度的前提下大大加快仿真速度。     

基于FPGA的4096点基-4 FFT模块的实现

现场可编程门阵列(fieldprogrammablegatearray,FPGA)技术,具有集成高度、逻辑实现能力强等特点,已经成为数字系统设计的重要技术之一。数字脉冲压缩技术可靠性高,灵活性好,可编程,在现代雷达中广泛应用。快速傅里叶变换(fastFouriertransform,FFT)是一种实现数字脉冲压缩的高效、灵活的方法,也是实现雷达数字信号中重要技术。首先说明了基4FFT的基本知识,然后介绍了如何使用Xilinx的FPGA的来实现雷达信号处理机的数字脉压的核心———4096点FFT模块。     

基于FPGA的实时整数霍夫变换

为了解决霍夫变换计算量大、难以实时实现及峰值检测不准确的问题,提出一种适合在FPGA上实现的基于两阶段快速搜索算法的改进整数霍夫变换,并将其在FPGA中实现。首先,设计了一种基于该改进霍夫变换算法的流水线结构,能够在单个时钟周期内完成霍夫空间的参数计算和累加;接着,设定3个参数阈值,以寻找霍夫子空间中的局部极值;最后,确定全局极值,实现直线参数的提取。采用实际图像在FPGA中进行实验验证,结果表明提出的算法占用硬件资源较少,其准确率达到93%以上。