航天测控通信网是航天工程的重要组成部分。迄今为止，我国已建成“C频段测控网”，及正在建设的“S频段测控网”和“TDRSS测控网”。测距单元是测控系统基带设备中的重要功能单元，为航天飞行器提供定位元素。目前，在航天测距系统中侧音测距技术具有最高的测距精度。本文以中国电子科技集团第十研究所某项目为背景，对侧音测距系统中的关键技术进行了详细的研究，提出了一些改进测距精度的方法，最后用FPGA实现了侧音测距功能单元。 本论文主要完成以下工作： 1)完成了直接数字频率合成的杂散分析。采用严格的信号分析方法，运用离散傅立叶变换(DFT)和傅立叶变换(FT)，推导了理想状态和相位截短条件下的DDS输出频谱的数学表达式，并利用systemview仿真软件建立了DDS相位截短模型，通过仿真验证了分析结论的正确性。 2)改进了TT&C系统中经典的FFT频率引导算法，增加了频谱对称性分析，在实现频率引导的同时完成了防载波频率错锁的功能。 3)首次采用基于正交双通道相关原理的数字相关相位估计法来实现次侧音匹配和解模糊，降低了设备复杂度，提高了测距精度。针对低信噪比的情况，提出了基于平滑滤波的数据处理方法，提高了相位测量精度。对测距信道中加限幅器导致的测距信号信噪比恶化程度做了深入的理论分析。最后，分析了测距误差，并对其中一些引起测距误差的因素提出了改善方法。 通过本论文的工作，成功的完成了TT&C侧音测距终端的研制，系统现已通过测试，达到系统任务书的各项指标要求。
上传时间： 2013-04-24
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GPS（全球定位系统）是美国建立的高精度卫星定位导航系统，高动态GPS接收机可应用于卫星、飞机、高速列车等许多场合。高动态给GPS信号带来很大的多普勒频移和多普勒频移变化率，普通民用接收机无法正常工作。适用于高动态条件的接收机可以有效消除多普勒频移及其变化率对信号接收的影响，提高导航定位精度。 本文在深入研究GPS的系统组成、工作原理以及信号格式的基础上，重点研究高动态条件下C/A码和载波的捕获与跟踪方案。论文的主要工作如下： 1．深入研究扩频信号的各种捕获算法，提出了一种适用于高动态的基于FFT的C/A码快速捕获算法； 2．研究扩频码跟踪和载波跟踪技术，设计了载波辅助的码跟踪环路——数字延迟锁定环（DLL）及一种叉积自动频率跟踪环（CPAFC）与科斯塔斯（Costas）环相结合的载波跟踪方案，并在MATLAB环境下建立系统模型，对环路参数进行了详细的设计； 3．初步完成了GPS接收机基带处理模块核心单元的FPGA设计和功能仿真。
上传时间： 2013-07-10
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文章开篇提出了开发背景。认为现在所广泛应用的开关电源都是基于传统的分立元件组成的。它的特点是频率范围窄、电力小、功能少、器件多、成本较高、精度低，对不同的客户要求来“量身定做”不同的产品，同时几乎没有通用性和可移植性。在电子技术飞速发展的今天，这种传统的模拟开关电源已经很难跟上时代的发展步伐。 随着DSP、ASIC等电子器件的小型化、高速化，开关电源的控制部分正在向数字化方向发展。由于数字化，使开关电源的控制部分的智能化、零件的共通化、电源的动作状态的远距离监测成为了可能，同时由于它的智能化、零件的共通化使得它能够灵活地应对不同客户的需求，这就降低了开发周期和成本。依靠现代数字化控制和数字信号处理新技术，数字化开关电源有着广阔的发展空间。 在数字化领域的今天，最后一个没有数字化的堡垒就是电源领域。近年来，数字电源的研究势头与日俱增，成果也越来越多。虽然目前中国制造的开关电源占了世界市场的80％以上，但都是传统的比较低端的模拟电源。高端市场上几乎没有我们份额。 本论文研究的主要内容是在传统开关电源模拟调节器的基础上，提出了一种新的数字化调节器方案，即基于DSP和FPGA的数字化PID调节器。论文对系统方案和电路进行了较为具体的设计，并通过测试取得了预期结果。测试证明该方案能够适合本行业时代发展的步伐，使系统电路更简单，精度更高，通用性更强。同时该方案也可用于相关领域。 本文首先分析了国内外开关电源发展的现状，以及研究数字化开关电源的意义。然后提出了数字化开关电源的总体设计框图和实现方案，并与传统的开关电源做了较为详细的比较。本论文的设计方案是采用DSP技术和FPGA技术来做数字化PID调节，通过数字化PID算法产生PWM波来控制斩波器，控制主回路。从而取代传统的模拟PID调节器，使电路更简单，精度更高，通用性更强。传统的模拟开关电源是将电流电压反馈信号做PID调节后--分立元器件构成，采用专用脉宽调制芯片实现PWM控制。电流反馈信号来自主回路的电流取样，电压反馈信号来自主回路的电压采样。再将这两个信号分别送至电流调节器和电压调节器的反相输入端，用来实现闭环控制。同时用来保证系统的稳定性及实现系统的过流过压保护、电流和电压值的显示。电压、电流的给定信号则由单片机或电位器提供。再次，文章对各个模块从理论和实际的上都做了仔细的分析和设计，并给出了具体的电路图，同时写出了软件流程图以及设计中应该注意的地方。整个系统由DSP板和ADC板组成。DSP板完成PWM生成、PID运算、环境开关量检测、环境开关量生成以及本地控制。ADC板主要完成前馈电压信号采集、负载电压信号采集、负载电流信号采集、以及对信号的一阶数字低通滤波。由于整个系统是闭环控制系统，要求采样速率相当高。本系统采用FPGA来控制ADC，这样就避免了高速采样占用系统资源的问题，减轻了DSP的负担。DSP可以将读到的ADC信号做PID调节，从而产生PWM波来控制逆变桥的开关速率，从而达到闭环控制的目的。 最后，对数字化开关电源和模拟开关电源做了对比测试，得出了预期结论。同时也提出了一些需要改进的地方，认为该方案在其他相关行业中可以广泛地应用。模拟控制电路因为使用许多零件而需要很大空间，这些零件的参数值还会随着使用时间、温度和其它环境条件的改变而变动并对系统稳定性和响应能力造成负面影响。数字电源则刚好相反，同时数字控制还能让硬件频繁重复使用、加快上市时间以及减少开发成本与风险。在当前对产品要求体积小、智能化、共通化、精度高和稳定度好等前提条件下，数字化开关电源有着广阔的发展空间。本系统来基本上达到了设计要求。能够满足较高精度的设计要求。但对于高精度数字化电源，系统还有值得改进的地方，比如改进主控器，提高参考电压的精度，提高采样器件的精度等，都可以提高系统的精度。 本系统涉及电子、通信和测控等技术领域，将数字PID算法与电力电子技术、通信技术等有机地结合了起来。本系统的设计方案不仅可以用在电源控制器上，只要是相关的领域都可以采用。
上传时间： 2013-06-21
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在传统的电力电子电路中，DC/DC变换器通常采用模拟电路实现电压或电流的控制。数字控制与模拟控制相比，有着显著的优点，数字控制可以实现复杂的控制策略，同时大大提高系统的可靠性和灵活性，并易于实现系统的智能化。但目前数字控制基本上限于电力传动领域，DC/DC变换器由于其开关频率较高，一般其外围功能由DSP或微处理器完成，而控制的核心，如PWM发生等大多采用专用控制芯片实现。FPGA由于其快速性、灵活性及保密性等优点，近年来在数字控制领域受到越来越多的关注。基于FPGA的DC/DC变换器是电力电子领域重要的研究方向之一。本文研究了同步Buck变换器的建模、设计及仿真，采用Xinlix的VIRTEX-Ⅱ PRO FPGA开发板实现了Buck变换器的全数字控制。 论文首先从Buck变换器的理论分析入手，根据它的物理特性，研究了该变换器的状态空间平均模型和小信号分析。为了获得高性能的开关电源，提出并分析了混杂模型设计方案，然后进行了控制器设计。并采用MATLAB/SIMULINK建立了同步Buck电路的仿真模型，并进行仿真研究。浮点仿真的运算精度与溢出问题，影响了仿真的精度。为了克服这些不足，作者采用了定点仿真方法，得到了满意的仿真结果。论文还着重论述了开关电源的数字控制器部分，数字控制器一般由三个主要功能模块组成：模数转换器、数字脉宽调制器(Digital PulseWidth Modulation：DPWM)和数字补偿器。文中重点研究了DPWM和数字补偿器，阐述了目前高频数字控制变换器中存在的主要问题，特别是高频状态下DPWM分辨率较低，影响控制精度，甚至引起极限环(Limit Cycling)现象，对DPWM分辨率的提高与系统硬件工作频率之间的矛盾、DPWM分辨率与A/D分辨率之间的关系等问题作了全面深入的分析。论文提出了一种新的提高DPWM分辨率的方法，该方法在不提高系统硬件频率的前提下，采用软件使DPWM的分辨率大大提高。作者还设计了两种数字补偿器，并进行了分析比较，选择了合适的补偿算法，达到了改善系统性能的目的。 设计完成后，作者使用ISE 9.1i软件进行了FPGA实现的前、后仿真，验证了所提出理论及控制算法的正确性。作者完成了Buck电路的硬件制作及基于FPGA的软件设计，采用32MHz的硬件晶振实现了11-bit的DPWM分辨率，开关频率达到1MHz，得到了满意的系统性能，论文最后给出了仿真和实验结果。
上传时间： 2013-07-23
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激光测距是随着激光技术的出现而发展起来的一种精密测量技术，因其良好的精确度特性广泛地应用在军事和民用领域。但传统的激光测距系统大多采用分立的单元电路搭建而成，不仅造成了开发成本较高，电路较复杂，调试困难等诸多问题，而且这种系统体积和重量较大，严重阻碍了激光测距系统的普及应用，因此近年来激光测距技术向着小型化和集成化的方向发展。本文就旨在找出一种激光测距的集成化方案，将激光接收电路部分集成为一个专用集成电路，使传统的激光测距系统简化成三个部分，激光器LD、接收PD和一片集成电路芯片。 本文设计的激光测距系统基于相位差式激光测距原理，综合当前所有的测相技术，提出了一种基于FPGA的芯片运用DCM的动态移相功能实现相位差测量的方法。该方法实现起来方便快捷，无需复杂的过程计算，不仅能够达到较高的测距精度，同时可以大大简化外围电路的设计，使测距系统达到最大程度的集成化，满足了近年来激光测距系统向小型化和集成化方向发展的要求，除此，该方法还可以减少环境因素对测距误差的影响，降低测距系统对测试环境的要求。本论文的创新点有： 1.基于方波实现激光的调制和发射，简化了复杂的外围电路设计； 2.激光测距的数据处理系统在一片FPGA芯片上实现，便于系统的集成。 在基于DCM的激光测距方案中，本文详细的叙述了利用DCM测相的基本原理，并给出了由相位信息得到距离信息的计算过程，然后将利用不同测尺测得的结果进行合成，并最终将距离的二进制信息转换成十进制显示出来。本文以Xilinx公司Virtex-II Pro开发板做为开发平台，通过编程和仿真验证了该测距方案的可行性。在采用多次测量求平均值的情况下，该测距方案的测距精度可以达到3mm，测距量程可达100m。该方案设计新颖，可将整个的数据处理系统在FPGA芯片中实现，为最终的专用集成芯片的设计打下了基础，有利于测距系统的集成单片化。
上传时间： 2013-06-20
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信号发生器是控制系统的重要组成部分。研制出较高精度、可靠性、可调参数的数字量信号发生器，对于促进我国航空、航天、国防以及工业自动化等领域的发展均有重要意义。本文以直接频率合成和伪随机码的设计与实现为中心，对扩频通信的基本理论、信号源的结构、载波调制等问题进行了深入的分析和研究，并给出了模块的硬件实现方案。 现场可编程门阵列(FPGA)设计灵活、速度快，在数字专用集成电路的设计中得到了广泛的应用。论文介绍了FPGA技术的发展和应用，包括VHDL语言的基本语法结构和FPGA器件的开发设计流程等等。详细地分析了各类频率合成器的基础上提出采用直接数字式频率合成原理(DDS)实现低相位噪声、高分辨率、高精度和高稳定度的信号源。研究了测距伪随机码的原理，确定选用移位序列作为系统的扩频码序列，并选取了符合本系统使用的移位序列扩频码。分别给出并分析了相应的FPGA硬件实现电路。 对于载波调制这一关键技术，提出了采用二进制相移键控相位选择法并相应作了硬件实现。最后给出具体设计实现了的信号发生器的输出波形。经实验室测试，设计的信号发生器满足要求，且结构简单、工作可靠、重量轻、体积小，具有良好的应用前景。
上传时间： 2013-04-24
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在雷达信号侦察中运用宽带数字接收技术是电子侦察的一个重要发展方向。数字信号处理由于其精度高、灵活性强、以及易于集成等特点而应用广泛。电子系统数字化的最大障碍是宽带高速A/D变换器的高速数据流与通用DSP处理能力的不匹配。而FPGA的广泛应用，为解决上述矛盾提供了一种有效的方法。 本文利用FPGA技术，设计了具备高速信号处理能力的宽带数字接收机平台，并提出了数字接收机实现的可行性方法，以及对这些方法的验证。具体来说就是如何利用单片的FPGA实现对雷达信号并行地实时检测和参数估计。所做工作主要分为两大部分： 1、适合于FPGA硬件实现的算法的确定及仿真：对A/D采样信号采用自相关累加算法进行信号检测，利用信号的相关性和噪声的独立性提高信噪比，通过给出检测门限来估计信号的起止点。对于常规信号的频率估计，采用Rife算法。通过Matlab仿真，表明上述算法在运算量和精度方面均有良好性能，适合用作FPGA硬件实现。 2、算法的FPGA硬件实现：针对原算法中极大消耗运算量的相关运算，考虑到FPGA并行处理的特点，将原算法修改为并行相关算法，并加入流水线，这样处理极大地提高了系统的数据吞吐率。采用Xilinx公司的Virtex-4系列中的XC4VSX55芯片作为开发平台完成设计，系统测试结果表明，本设计能正常工作，满足系统设计要求。 文章的最后，结合系统设计给出几种VHDL优化方法，主要围绕系统的速度、结构和面积等问题展开讨论。
上传时间： 2013-06-25
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本文以直接频率合成和伪随机码的设计与实现为中心，对扩频通信的基本理论、信号源的总体结构、载波调制、滤波器设计等问题进行了深入的分析和研究，并给出了模块的硬件实现方案。 首先介绍了FPGA技术的发展和应用，包括VHDL语言的基本语法结构和FPGA器件的开发设计流程等等。详细地分析了各类频率合成器的基础上提出采用直接数字式频率合成器(DDS)实现低相位噪声、高分辨率、高精度和高稳定度的信号源。研究了测距伪随机码的原理，确定选用移位序列作为系统的扩频码序列，并选取了符合本系统使用的移位序列扩频码。分别给出并分析了相应的FPGA硬件实现电路。 对于载波调制这一关键技术，提出了采用二进制相移键控相位选择法并相应作了硬件实现。分析与研究了射频宽带滤波器应具有的传输特性，通过分析巴特沃思滤波器、切比雪夫滤波器、椭圆滤波器和贝塞尔滤波器这几种滤波器的频谱特性，设计了发生器射频宽带滤波器。最后给出具体设计实现了的信号发生器的输出波形。
上传时间： 2013-04-24
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数字射频存储器(Digital Radio FreqlJencyr：Memory DRFM)具有对射频信号和微波信号的存储、处理及传输能力，已成为现代雷达系统的重要部件。现代雷达普遍采用了诸如脉冲压缩、相位编码等更为复杂的信号处理技术，DRFM由于具有处理这些相干波形的能力，被越来越广泛地应用于电子对抗领域作为射频频率源。目前，国内外对DRFM技术的研究还处于起步阶段，DRFM部件在采样率、采样精度及存储容量等方面，还不能满足现代雷达信号处理的要求。 本文介绍了DRFM的量化类型、基本组成及其工作原理，在现有的研究基础上提出了一种便于工程实现的设计方法，给出了基于现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array FPGA)实现的幅度量化DRFM设计方案。本方案的采样率为1 GHz、采样精度12位，具体实现是采用4个采样率为250 MHz的ADC并行交替等效时间采样以达到1 GHz的采样率。单通道内采用数字正交采样技术进行相干检波，用于保存信号复包络的所有信息。利用FPGA器件实现DRFM的控制器和多路采样数据缓冲器，采用硬件描述语言(Very High Speed}lardware Description Language VHDL)实现了DRFM电路的FPGA设计和功能仿真、时序分析。方案中采用了大量的低压差分信号(Low Voltage Differential Signaling LVDS)逻辑的芯片，从而大大降低了系统的功耗，提高了系统工作的可靠性。本文最后对采用的数字信号处理算法进行了仿真，仿真结果证明了设计方案的可行性。 本文提出的基于FPGA的多通道DRFM系统与基于专用FIFO存储器的DRFM相比，具有更高的性能指标和优越性。
上传时间： 2013-06-01
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无人机大气数据的采集和处理在无人机中占有很重要的位置和作用，它是保障飞机安全飞行以及保证地面控制和操纵人员正确引导飞机、顺利完成飞行任务的关键所在。在目前广泛应用的无人机大气数据测量系统中，多数采用单片机作为大气数据处理计算机，但是单片机在高速数据采集和处理方面却存在着抗干扰性差、速度慢等缺点，使测量系统的稳定性和实时性受到了很大的影响。 本文采用FPGA(Field Programmable Gate Array，现场可编程门阵列)芯片作为大气数据处理器，以大气数据中的气压高度为例，介绍了一种基于FPGA技术的无人机气压高度测量系统。由于该测量系统中的FPGA数据处理器具有可靠性高、速度快、逻辑功能强等特点，有效地解决了单片机在高速无人机大气数据测量系统中处理速度较慢、实时性较差的问题。 论文首先介绍了FPGA的基本结构、工作原理、开发设计流程和FPGA编程所采用的VHDL硬件描述语言，还介绍了数字式大气数据测量系统的基本组成和工作原理，并且详细阐述了气压高度测量的原理和方法；然后提出了基于FPGA的无人机气压高度测量系统的整体设计，并对该测量系统各组成部分的硬件电路进行详细的分析和设计；随后论文又介绍了气压高度测量系统中FPGA的相关软件设计，并就FPGA内部所设计的各功能模块的作用、模块内部结构和工作流程进行详细的论述；最后使用Modelsim和QuartusII仿真软件对程序进行功能和时序的仿真，以验证FPGA内部各功能模块和FPGA总体设计的正确性，并在所有仿真通过后将程序产生的配置文件下载到FPGA芯片中，在制作和安装测量系统的电路板后对整个测量系统进行实际的测试，将测试结果与理论值比较并分析测量系统的误差来源。 根据系统测试的结果，本文验证了以FPGA芯片为核心的无人机气压高度测量系统的可行性，并对该测量系统提出了今后的进一步改进和完善的思路。
上传时间： 2013-04-24
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