基于FPGA＋DSP的嵌入式GPS数字接收机系统设计

介绍了一种基于FPGA+DSP(高速数字信号处理器+现场可编程逻辑门阵列)模块化的数字嵌入式接收机系统设计.由天线及前端射频模块完成GPS信号的接收、下变频及A/D采样,充分利用FPGA的高速并行处理能力和可灵活编程配置的特点实现接收机的基带相关器和用户接口设计,并结合高速DSP的数字信号处理和丰富的片上外围设备实现接收机的信号处理、导航解算及系统间各部分的无缝连接.系统测试结果说明该数字GPS接收机具有功耗低、体积小、集成度高、工作性能稳定的特点.     

硅微陀螺数字化双闭环驱动控制方法

为了提高硅微机械陀螺的性能,基于FPGA设计并实现了一种数字化双闭环驱动控制电路.介绍了通过相位控制实现频率跟踪和直流控制实现幅值稳定的驱动控制原理,采用FPGA扩展ADC、DAC的方法设计出相应控制回路.分别采用扫频和直流扫描测试的方法确定回路中相位偏差到频率调整量与幅度偏差到电平调整量的转换系数.利用Xilinx ISE软件设计了硬件接口、参数解算、滤波处理、信号生成等逻辑;利用EDK软件设计了数据存取、控制算法、扫频测试、串口通讯等程序.试验结果表明,系统稳定工作后,频率跟踪误差与幅度控制相对稳定性分别在10-6和10-4量级上.     

冲击加速度存储测试的变频采样策略分析

冲击加速度测试过程中信号存在低速、中速和高速变化的特点,采用固定采样频率完成整个测试过程的参数测试是不合理的,为了减少数据冗余、保证信号无失真恢复,在改变ADC采样频率的变频采样策略基础上,提出一种数字变频采样策略。使用两片存储器,以高速采样频率得到充足数据源并且以同样频率写入存储器1,根据信号变化特征改变存储器2的地址推进频率,对存储器1里的数据进行抽点存储,实现变频采样。经过Hopkinson杆上的冲击测试,变频测量系统具有抗冲击可靠性。仿真和测试表明,变频采样方法可以有效解决采样频率、数据容量之间的矛盾。     

基于离散小波的GPS中频信号噪声抑制方法

针对GPS接收机射频前端的中频信号在模数转换过程中存在的信号损失问题,提出一种应用离散小波抑制噪声干扰的处理方法。在研究ADC结构的基础上,分析采样误差、量化误差,以及孔径抖动等因素对中频信号信噪比的影响;根据中频信号中的有用信号和噪声在小波变换时表现出的不同特性,设计方法中采用离散二进制小波对采样后的中频信号进行小波分解,并选择适当的阈值处理方式进行重构。测试结果表明该方法可以提高接收机基带捕获的相关峰值,对载噪比在35～40dB/Hz的中频信号捕获时,检测概率提高3%左右。     

双材料微梁阵列非制冷红外成像技术--微梁阵列的设计与制作

本文给出了一种用于非制冷光学读出红外探测器的核心器件--微悬臂梁阵列的设计和制作,它是SiNx/Au双材料单层膜结构,简化制作工艺、可以直接在空气中成像.实验使用了设计制作的140 × 98微梁阵列和高信噪比的12-bit CCD,得到120℃以上的物体热像,噪声等效温度差(NETD)为5K左右,实验结果与热机械模型预测结果一致.     

三轴一体化光纤陀螺技术

为了实现光纤陀螺组合小型化、低成本和高精度,进行了三轴一体化光纤陀螺样机的研制。该样机包括光学表头和陀螺解算电路两部分,其中,三个安装在三维空间正交支架上的敏感线圈共用一个光源,并且和其它独立的光学器件组成光学表头。陀螺解算电路由一块FPGA芯片处理三路探测器输出信号,输出与角速度成正比的数字信号。与传统光纤陀螺组合相比,三轴一体化光纤陀螺的组合结构缩小60%,成本降低20%,功耗降低一倍,但制作工艺较复杂。经过测试,其性能和单轴陀螺相当。此项研究技术可广泛应用于对体积要求严格的战术型号上。     

基于FPGA驱动微陀螺旋转的移相电路

传统的微陀螺转子驱动电路采用对模拟信号直接移相实现,为了解决模拟信号直接移相时移相范围有限、调试复杂等不足,设计出了基于FPGA的数字式驱动微陀螺旋转移相电路。通过FPGA产生相位差信号,经D/A转换电路和巴特沃兹滤波电路处理后输出信号。该数字式移相方法产生的信号的相位差（0°～360°）、频率均可调,为涡流旋转微陀螺转子提供了理想的信号源。     

基于石英挠性加速度计的微重力测量系统设计

在空间科学探测中,通常采用静电悬浮加速度计测量低频准稳态微重力信号,但其体积较大、成本较高。高精度石英挠性加速度计体积小,技术成熟,但用于微重力信号测量时,高频噪声抑制不充分将导致频谱混叠、微重力低频测量精度降低。提出了一种将石英挠性加速度计改造为小量程、高精度的微重力加速度测量系统方案,其核心指标是噪声抑制和抗混叠性能。通过电路建模、仿真,验证了频谱混叠对低频微重力测量的影响以及抗混叠滤波器和过采样技术的有效性。测试实验结果表明,该加速度测量系统的低频噪声水平可以达到10■-7,分辨率0.12μg,低频至0.001 Hz,显示出了石英挠性加速度计用于微重力测量的精度潜力。     

GPS 和 Galileo 空间信号仿真及分析

介绍和详细分析了GPS和Galileo的空间信号。将Galileo空间信号结构及特性与GPS进行了比较,对接收机接收天线接收的射频信号进行下变频并予以分析。为避免信号混叠,仿真中先采用带通滤波器对射频信号进行滤波,然后采用过采样(过采样因子等于8)进行下变频处理。GPS和Galileo信号通过功率归一化加上高斯白噪声产生。对GPS采用的C/A码和Galileo采用的BOC(1,1)码进行比较,发现后者的中心波峰较窄,尽管这一特点使接收机的跟踪处理更为复杂,但提供了较好的接收性能,尤其在多路效应情况下也更为有效。仿真结果为GPS/Galileo双频软件接收机捕获和跟踪算法设计提供了很好的理论基础。     

基于故障树分析的光纤陀螺用探测器组件可靠性分析

采用故障树分析（FTA）方法对探测器组件进行故障树分析及敏感应力分析,确定探测器组件的敏感应力,从而为探测器组件加速试验的开展提供理论依据,为光纤陀螺的寿命评估提供建议。通过广泛收集探测器组件故障信息和分析其物理化学性能、制造工艺和性能参数,并结合探测器组件的工作环境和使用条件,建立了探测器组件的故障树;由故障树定性分析得出探测器组件故障树的最小割集;通过故障模式统计分析,得到噪声电压变大和响应度降低是探测器组件的主要故障模式,针对探测器组件的主要故障模式进行了敏感应力分析,确定温度应力是探测器组件的敏感应力。分析结果表明以温度应力为主要应力对探测器组件进行加速试验是可行的。     

TiNi柱壳在不同约束下的横向冲击实验

为了解TiNi柱壳横向压缩力学性能以制造可重复使用抗冲吸能装置, 对有、无侧向约束的TiNi柱壳进行了横向冲击实验。利用改进的霍普金森压杆装置(SHPB), 配套波形分离方法, 实现了较长时间(~3 ms)的波形测量, 获得了TiNi柱壳在动态加载下的载荷压缩量曲线。通过高速摄影, 捕捉了柱壳的动态变形过程。结果表明, 无约束试件具有优良的可恢复变形能力, 承载力平台段特征明显。侧向约束的引入, 可以有效提高柱壳的承载力和耗能能力, 可以承受更高速度的冲击。选择合适的约束组合, 可望同时实现较大压缩行程和高耗能, 制造实用的抗冲吸能装置。     

光纤陀螺油井测斜系统硬件研究及设计

为了实现石油测井中井眼轨迹测量，提出了一种基于光纤陀螺油井测斜系统的设计和实现方法，将捷联惯性导航技术应用到油田测井领域。整个系统是以高速数字信号处理器TMS320VC33为核心实现数字滤波和导航解算，以FPGA设计为辅完成DSP外围接口功能，实现对水平井的井斜角、方位角和工具面角的测量。该文重点介绍了惯性测量单元、数据采集与接口电路、通讯电路和导航计算机等方面进行硬件和软件设计，并对已完成的试验样机进行全面测试，达到预期的基本要求。     

一种三轴光纤陀螺时分复用方案的设计与分析

目前三轴一体化已成为国内光纤陀螺一个新的研究热点。提出一种光学敏感部分共用光源与探测器,信号处理部分采用单信号处理电路分时处理的三轴光纤陀螺组合技术方案。分析了信号处理中前放滤波、三轴控制时序和反馈电路中的通道选择。测试结果表明,其指标达到了低精度光纤陀螺的性能要求,适用于小型化、低成本应用背景。     

相移数字云纹测量系统

介绍了一种相位移数字云纹变形测量系统．测试系统采用ＣＣＤ摄像系统记录光栅图像，控制采样的空间频率大约为光栅线密度的整数倍，对试件栅进行采样后用数字信号处理的方法，实现空间相位移及进行实时数字云纹条纹显示，并对相移误差及光栅信号的高阶谐波的影响进行了校正     

基于等效电路法的变三角截面驰振压电能量收集研究

随着能源危机的逐渐加剧,人们对压电俘能器研究的投入也与日俱增,目前常见的研究压电俘能器的模拟方法只能研究其接入简单的单一电阻负载电路时的性能,且不能解决压电俘能器的高强度直流电路耦合问题。因此,本文借助二阶范德波尔控制方程将压电俘能器的主要部件等效为电子元件,进而基于等效电路法建立了与变三角截面驰振压电振动俘能器相对应的等效电路模型。借助风洞实验验证了所建立的等效电路模型的准确性。采用该模型研究了外接电路,钝体顶角,外接电阻和来流速度对变三角截面驰振压电俘能器输出电压,输出功率和响应位移的影响,结果表明,随着电阻的增大,输出电压逐渐增大且增长率逐渐减小。交直流电路的最佳负载分别为1.05 MΩ和1.4 MΩ,当风速为7.03 m/s,钝体顶角为90°时,交直流电路输出电压和输出功率的峰值分别为41.34 V,0.974 mW和50.8 V,0.616 mW。随着钝体顶角的增大,输出电压,输出功率和响应位移均逐渐增大且增大的速度逐渐减小。等效电路模型可以高效,准确地对不同结构参数下和外界电路下的压电振动俘能器的输出功率,输出电压,响应位移及其影响因素进行研究,所提出的等效电路模型于加快对压电振动俘能器的研究与推广应用具有一定意义。     

A diffraction transducer for vibration analysis

The recently described ditfractographic technique¹, utilizing the diffraction of light passing through an aperture formed by two edges, one fixed as a reference, is used to determine small vibratory displacements. The transducer has little or no inertia, is noncontacting, and has high sensitivity and accuracy. A “time averaged” method is presented whereby peak amplitudes can be obtained with no readout instrumentation and no upper-frequency limit. Alternatively, a photodetector can be used to determine vibration amplitudes with frequency response limited only by the detector circuit.     

半球谐振陀螺（HRG）信号处理技术

半球谐振陀螺是一种高精度的振动陀螺,其信号处理技术是实现陀螺功能并取得预期性能的关键之一。本导出了半球振子振动位移信号的表达形式,提出了信号处理的基本方法并进行了详细的计算。其结果为自主设计半球谐振陀螺信号处理电路提供了依据。     

小尺寸数字闭环光纤陀螺信号处理电路

数字闭环光纤陀螺信号处理电路通常由分立的器件构成,其体积较大,限制了光纤陀螺的体积。为了缩小光纤陀螺的体积。设计了一种通用型小尺寸数字闭环光纤陀螺信号处理电路,该电路采用一体化陶瓷外壳,不需要使用基板,通过系统级封装(SIP)的方式,把国产的前级放大器、数模转换器(DAC)、模数转换器(ADC)、后级放大器以及串口收发器的裸芯片封装在外壳里,电路体积仅为14.6mm?14.6mm?2.5 mm,与采用分立的器件相比,光纤陀螺体积缩小了四分之一。电路可以实现光纤陀螺信号的采集以及调制波形的输出,实验结果表明,电路可以实现0.01(°)/h的光纤陀螺精度。