基于虚拟仪器技术的多路水声信号同步采集及处理平台设计

本文介绍了虚拟仪器技术在水声信号处理研究中的一个具体应用,利用LabVIEW语言编程,在NI公司高速数据采集硬件平台上实现了高采样率下多通道数据的同步采集、处理、记录功能,并在不使用信号处理机的情况下,利用主控单板机的单核CPU完成了32通道常规波束成形(CBF)的实时计算。同时,本文对非DSP硬件平台的实时信号处理实现方法进行了初步的研究。     

机载多路DVI视频信号转换器设计

为了实现基于高速航电总线的多路DVI视频信号的采集及实时检测,提出了机载多路DVI视频信号转换器的设计方案;针对高速航电总线多路DVI视频信号速率高、实时性强的特点,完成了信号均衡、信号预加重及高速信号全交叉设计,采用单片机完成对转轮开关的采集、消抖和判断,通过配置相应寄存器完成测试DVI口的通道切换功能;实验结果表明,该机载多路DVI视频信号转换器稳定性好、可靠性高、实时性强,解决了高速航电总线多路DVI视频信号的检测难题,满足设计需求。     

IIC总线和LVDS在高速数据传输接口电路中的应用研究

当前在高速数据系统中,LVDS接口已被广泛应用,为实现同系列设备之间的智能识别、自动握手以及LVDS高速数据链路通信质量的检测,利用FPGA的IO电路结构,设计一种模拟IIC总线协议电路,该IIC总线高效地实现设备之间的信息双向传递;同时利用FPGA内部丰富寄存器资源设计PRBS码型电路来检测LVDS接口芯片电路误码率。实际测试表明该多通道LVDS传输方式在2米长电缆连接能够实现数据的稳定、低误码率传输,并且在时钟频率为100MHz时,数据传输速率高达4.68Gb/s。     

基于水声信道传播时延排序的分层空时信号检测

基于分层空时编码的多输入多输出技术是一种极具潜力的高速水声通信技术, 但要实现这种潜力需要复杂的空时信号处理方法, 以抵消来自水声信道的多径干扰和异步到达干扰, 以及叠加在接收端的各层信号之间的干扰. 对低复杂度的空时信号处理方案进行了研究, 提出了一种基于子信道传播时延排序的有序连续干扰抵消信号检测算法, 利用子信道间的传播时延差, 实现可使差错概率最小的最佳检测排序; 给出了利用信道估计, 以极低的计算量确定排序的方法, 从而可以大幅降低信号检测的计算复杂度. 采用低复杂度的单载波频域均衡来抵消水声信道中的码间干扰和异步到达干扰. 仿真结果表明, 基于时延排序的信号处理算法可以获得检测性能的改善, 而且性能增益在高数据率时更加显著. 研究结果表明, 采用有效的信号处理方法可使水声信道中造成信号检测干扰的传播时延成为改善系统性能的有利因素.     

基于PCIe总线的数据采集卡设计与实现

为了实现对多路高速光信号采集,利用FPGA设计基于PCIe总线的数据采集系统。对PCIe总线低速Slave通道与高速DMA通道的关键算法进行了研究。首先,介绍了数据采集卡的硬件构成及基本工作原理,提出了PCIe总线算法需要解决的数据传输问题;然后,分析数据采集卡PCIe总线低速Slave通道和高速DMA通道原理以及实现的关键算法。通过Modelsim和SignalTap工具分别对数据传输算法进行功能验证和在线仿真;最后,将设计数据采集卡互联PCIe上位机进行实际测试。实验结果表明,本设计PCIe总线采用X4接口模式,数据传输系统的数据上传峰值速率为615.38MB/s,可以满足稳定可靠、高带宽、模块化等要求。     

基于PCI的ARINC429总线测试软件设计

现有的ARINC429总线通信检测设备无法满足对综合显示控制系统中多通道信号同时检测的需求,为了解决这一问题,重点研究了PCI接口的总线通信板卡设计,给出了利用C#语言设计综合显示控制系统测试软件的方法;设计时,运用结构化、模块化、标准化的思想确立了总体方案;利用板卡提供的接口函数实现了用户应用层程序、PCI驱动程序、接口底层控制程序的衔接;采用Form窗体实现了可视化操作界面;试验时通过对比测试软件和综合显示控制系统上的收发数据,可以快速确定存在问题的总线通道,实现对系统的故障分析和诊断。     

基于FPGA的红外焦平面信息获取系统设计

基于红外焦平面探测器的红外遥感技术是实现多通道和高空间分辨率的重要手段,而随着焦平面探测器中探测单元的增加探测数据也急剧增加,研究基于FPGA的高速并行处理技术对解决红外探测领域多通道高速信息获取有重要意义。以FPGA作为控制器件,设计了16通道,数字分辨率为16bit的ADC采集方案,实现对32×32元的红外焦平面探测器数据并行获取,并设计了数据宽度为16bit的数据输出接口,用来完成采样数据的上传功能。实验结果表明该方案设计简洁,数据上传速度控制灵活,可以满足焦平面探测器的信号获取与传输。     

“超同步周期”水声定位技术研究与实现

水声同步定位系统在对水声目标进行定位的过程中，定位系统对于目标轨迹的采样率将随目标距离的增加而降低。从而使原始数据减少，并使定位系统的处理能力不能得到有效的利用。长期以来，这个矛盾一直没有得到解决。我们在对这一问题进行深入研究的基础上，发展了一种被称之为“超同步周期”水声定位的新技术，可以大大提高对于远距离水声目标轨迹的采样率。在电路实现过程中，又相应地开发出一种检测定位信号时延值的“余数算法”，并已成功地应用于实际系统。该系统在工作周期为０．４ｓ、目标最大距离为６ｋｍ的情况下，可以有效克服目标“距离模糊”现象，同时对五个目标进行正确定位。在几次湖上和海上试验中，利用“超同步周期”水声定位技术对远距离水声目标进行定位，都取得了令人满意的结果。     

雷达信号处理机并行自动测试系统设计

为了测试和评价某型雷达信号处理机的功能与性能,提供了一种以PCI总线为基础,结合虚拟仪器、数据库和直接数字频率合成等技术的多机并行自动测试系统设计,实现了为雷达信号处理机提供雷达回波模拟、高稳定度ADC采集时钟和多通道多类型信号输入,重点完成对雷达信号处理机多类型通讯总线测试和关键性能实时检测与分析,结合典型产品定量给出测试结果并分析,验证了测试系统的有效性。     

深水宽频带收发换能器

本文介绍了一种在深海多通道应答系统中用来检测声信号的收发两用宽带换能器的设计和制作.利用自由液浸环式换能器的液腔和陶瓷环耦合共振的原理,简化了换能器的结构和工艺.所制作的换 能器可在420m水深海域中工作,在8.5—14kHz宽频带范围内声源级达197dB,并有±1dB不均匀性的发射电压响应级和起伏±2dB以内的接收灵敏度响应级.该换能器系统安装在多通道定位系统中,在高速深水航行的实艇上得到实际应用.     

实时主动声定位系统设计*

针对在军事演习或爆炸实验中对冲击波超压传感器位置的精确定位,设计了一种实时主动声定位系统。该系统由声信号发射系统、声信号接收处理系统和无线监控终端系统三部分组成。声信号发射系统与无线监控终端以单片机STC12C5A60S2作为核心控制器,接收处理系统以ARM9系列的S3C2440作为核心控制器。发射系统发射四种已知频率的声信号,接收处理系统接收并处理收到的四种声信号,然后把处理结果反馈到无线监控终端。通过实验表明,该系统在一定条件下,能够稳定地发射、接收并处理声信号,达到实时定位目标,并在200 m范围内将定位误差控制在厘米级内。     

异构不规则WSNs的定位算法

异构WSN节点在感知对象时由于遮蔽效应引起感测半径不规则,为了解决传播路径上的因障碍物遮挡引起的损耗,先求出传感器节点的感知半径,再利用Fuzzy集中最大最小法求出贴近度,然后选出一定数量满足实际需要的最大的前 个节点构成区域,求出该区域的质心坐标,即为定位坐标,为了降低算法复杂度,提出了近似算法,同时对该算法的定位误差进行了分析,最后与SBL算法进行了比较,实验表明, 该算法在不同半径时平均定位率均高于SBL算法,并且定位精度随着样本点个数的增加而增大。     

信息作战环境下舰船无源定位系统设计与实现

信息作战环境下,对我方舰船位置坐标与敌方舰船所在地理位置坐标进行准确、快速定位是定位系统设计的必备条件;传统舰船上使用的舰船定位系统存在定位源信号追踪稳定性差、恶劣环境下的定位信号搜索域范围小、定位波反干扰性差等一系列的问题;通过深度的研究分析,提出信息作战环境下舰船无源定位系统设计;采用三维立体空间定位单元、广域GPNS信号检索模组与谐波振频反干扰技术,实现作战环境下舰船无源定位系统设计;对作战环境下舰船无源定位系统的设计进行仿真实验测试;仿真实验测试证明,提出的信息作战环境下舰船无源定位系统设计具有定位速度快、坐标定位准、定位源抗干扰性强的优点,满足当今恶劣的信息作战环境,能够达到无源定位的目的。     

Analysis on the positioning precision of CAPS

As a newly developed satellite positioning system, the Chinese Area Positioning System (CAPS) is a typical direct sequence spread spectrum ranging system like GPS. The positioning precision of such navigation signals depends on many factors, including the pseudo-code rate, the signal to noise ratio, the processing methods for tracking loops and so on. This paper describes the CAPS link budget, the solution approach for CAPS positioning, focusing on the autocorrelation function feature of C/A code signals. The CAPS signal measurement precision is studied by the software approach together with theoretical analysis of the range resolution. Because the conventional Delay Lock Loop (DLL) is vulnerable to the impact of noise, a narrow correlator and multiple correlators as well as the corresponding discrimination methods of phases are proposed, which improves the robustness of DLL and the code-phase resolution of the measurement. The results show that the improvement of the DLL structure and the discrimination method are the most important way to improve the ranging resolution. Theoretical analysis and experimental results show that a CAPS receiver could reach a 20-m positioning precision by using three satellites with a supported height from an altimeter. Supported by the National Key Basic Research and Development Technology Plan (Grant No. 2007CB815500) and the National Natural Science Foundation of China (Grant No. 60802018)     

结合主动时间反转算法的短基线定位研究

短基线声学定位技术是水下运动目标定位的重要研究内容。为了解决定位系统工作于浅水或近岸时多途扩展严重造成的时延估计误差和系统工作不稳定的问题,本文提出一种结合时间反转算法的短基线宽带应答定位技术,该方法利用短基线阵元发射宽带信号,通过应答器接收该信号时间反转处理后再返回给短基线阵元位置,实现信道多途的自适应聚焦,进而提高时延估计精度及信号检测的鲁棒性。仿真研究和湖上试验表明,该方法能够充分利用信道多途信息实现聚焦,减少信道多途对定位信号时延估计的影响,具有较强的抗噪声和多途干扰的能力。相对传统定位方法,该方法可以抑制短基线定位过程中误差及野点的产生,改善了物体定位导航的精度。      

无人机定位系统辐照干扰失效全过程与机理分析

定位系统是无人机核心单元中的电磁敏感环节,是无人机电磁防护的重点部位。为了分析电磁干扰效应机理与失效过程,以典型自组装无人机定位系统为目标,通过电磁拓扑模型分析干扰耦合方式,分析不同耦合路径下辐照干扰耦合机理和作用机制。采用GPS增强转发系统在电波暗室内为无人机系统提供正常动态工作环境,并依据标准开展微波辐照干扰效应试验,通过无人机系统固件中的日志记录功能,结合地面站监测实时状态,实现无人机定位系统电磁干扰效应全过程动态特征数据记录与故障机理分析。试验结果表明:无人机接收天线耦合干扰主要发生在定位系统最大接收带宽（200 MHz）之内;线缆耦合干扰主要在1 GHz以下的频段内且在171 MHz和511 MHz附近达到最大值;PCB电路耦合干扰主要在1.24 GHz以上频段,耦合电压波动性随着干扰信号频率增加而变强。     

基于ARM的六足仿生机器人野外定位系统

为了更好地控制六足仿生机器人适应野外作业环境,针对机器人野外定位问题,提出了一种六足仿生减灾救援机器人无线野外定位系统解决方案,方案以三星S3C2440为硬件平台,以嵌入式linux系统为软件平台,设计了六足仿生机器人野外定位系统。通过GPS全球定位系统进行六足仿生机器人的定位,利用GPRS实现网络通信,并将定位信息传输到终端设备,终端设备通过发送命令的方式控制六足仿生机器人实现相应的动作。实验证明：该系统的稳定性好,可靠性较高,能较好的满足六足仿生减灾救援机器人野外定位的需求。     

Precision frequency measurement of visible intercombination lines of strontium

We report the direct frequency measurement of the visible 5s(2) 1S0-5s5p 3P1 intercombination line of strontium that is considered a possible candidate for a future optical-frequency standard. The frequency of a cavity-stabilized laser is locked to the saturated fluorescence in a thermal Sr atomic beam and is measured with an optical-frequency comb generator referenced to the SI second through a global positioning system signal. The 88Sr transition is measured to be at 434 829 121 311 (10) kHz. We measure also the 88Sr-86Sr isotope shift to be 163 817.4 (0.2) kHz.     

连通井磁场测距系统中信号处理与传输的研究

为了消除连通井磁场测距系统中高温高压、强震动恶劣环境对测量信号的影响,提高测量结果精确性,实现连通井磁场测距系统的精确定位功能,本文从传感器、AD选型、硬件信号调理电路、软件滤波等方面对所采集信号的处理问题进行了探讨,并对比分析了FIR和IIR两种滤波器。针对结构简单、耗时短、内存小的IIR滤波器的精度偏低问题,本文提出了一种采用整数与浮点替换式的运算、混合编程和程序结构改进的设计方案。实验表明,该方法的处理时间较原方法缩短了61.29%,数据精度相对可提高两个百分点,满足系统对时间和精度的要求。此外,为了减小测量短节与钻头附近的耦合效应的影响、提高信号传输的效率,本文在井上系统和井下测量系统之间的采用曼切斯特编码编码通信,提出了一种编解码硬件解决方案。     

基于蚁群算法的室内可见光高精度三维定位系统

为了提高室内定位精度,实现三维定位,提出一种基于蚁群算法的的可见光通信室内高精度三维定位系统。本系统采用了码分多址(Code Division Multiple Access,CDMA)调制技术,解决了室内可见光通信多信号源之间的符号间干扰.系统中与发光二极管(Light Emitting Diode,LED)光信号源地理位置相关的ID信息码经过直接扩频调制后加载至发光二极管驱动电路,以光信号的形式在室内传播.光信号经过放大、滤波、采样处理后,根据码分多址调制技术中扩频码的正交性恢复出ID信息及光强衰减信息.经过计算获得来自不同发光二极管的信号光强衰减因子,利用蚁群算法的全局搜索性确定最优定位点.引入误差修复因子,利用蚁群算法的并行搜索性对光强衰减因子偏差进行修正.仿真结果表明,信噪比为30dB,20dB,10dB的条件下,算法的定位精度分别为2cm,4cm,8cm.当计算的精度高于45cm时,蚁群算法定位解的搜索效率明显高于遍历法.在10dB的信噪比条件下,对光强衰减因子进行修正后100%的测试点都实现了5cm定位精度.实验结果表明,20dB信噪比条件下,92.59%的测试点的定位误差小于8cm,96.29%的测试点定位误差小于10cm,最大定位误差为11.30cm.经过误差修复后,96.2%的测试点实现了3cm的定位精度,61.6%的测试点实现了2cm的定位精度.本算法在实现了高精度定位,减少了获得最优定位解的计算量.