基于SOPC和FPGA的星敏感器检测算法设计与实现

星点检测用于星图中星点质心坐标的提取,是星敏感器处理算法的重要组成部分。星点检测的准确度、精度以及处理速度对星敏感器整机性能具有重要影响。目前,成熟的星点检测方案是采用DSP+FPGA进行图像处理,通过高斯曲面拟合、平方质心法等方法提取质心坐标。提出了一种基于SOPC技术和FPGA图像处理实现星点检测的可行方案,详细介绍了关键算法设计及实现细节。在减小电路尺寸的同时,该方案极大提升了处理速度,实际应用中1 024×1024分辨率星图可达到14Hz帧率,这对于提高星敏感器实时性、丰富星点检测的实现方法具有重要意义。     

基于FPGA的多通道数据采编器的设计

针对某型号弹上模拟信号的采集和存储,设计一种基于FPGA的多通道模拟信号和数字信号的采编器;对弹上的不同速率的速变和缓变模拟信号进行采集,与接收的数字信号编帧和存储,并通过具有USB2.0接口单片机CY7C68013完成与上位机的通信;该系统采用模块化设计方法,实验表明,精度及可靠性高、实时性好,具有广泛的实用性与通用性。     

基于复数电压分布的波导缝隙天线的改进设计

针对波导缝隙阵列,提出了一种基于复数电压分布的改进的波导缝隙阵列天线的设计方法。 针对Elliott 对于波导缝隙阵列的设计只适用于实数的电压分布,从而不能设计出有任意形状的方向图的天线的问题,对此方法进行了改进,将其扩展到了任意的复数电压分布,并且考虑了缝隙之间互耦的影响。最后,利用改进的方法设计了一个有16个缝隙的端馈线阵方向图,与商业软件Ansoft HFSS的仿真结果比较,证明了方法的有效性。     

小型外置式氦低温纯化器的换热器设计与优化

在整个氦制冷循环系统中,用来净化低温氦气中杂质的外置式纯化器起着不可或缺的作用。而在整个纯化器的设计中,换热器的设计显得极为重要。该设计选择套管换热器,首先确定套管换热器的内外管径以及壁厚;其次根据经验公式通过低温氦气的工况得出换热管的总换热系数,对换热器盘绕直径进行优化后确定换热器尺寸;然后通过对研制出的纯化器进行实验分析,验证换热器的性能符合设计要求。     

小孔阵列式太阳敏感器的光学系统设计

微型数字式太阳敏感器光学系统由APS CMOS图像传感器和基于MEMS工艺的小孔阵列式光线引入器组成。图像传感器的分辨率为1024×1024pixel,像素尺寸为10μm×10μm;光线引入器具有微小孔阵列结构,小孔为方形孔,30×30阵列,尺寸为60μm×60μm,间距为250μm。光线引入器采用了MEMS工艺的掩模板制备工艺。针对所设计的光学系统计算了曝光时间,并在此基础上进行了地面成像实验。实验结果表明,光学系统设计合理,保证了敏感器所具有的高精度和大视场。     

基于FPGA的实时图像增强设计

局部直方图均衡是以全局直方图均衡化方法为基础,对图像中每个像素点所在的邻域范围求出灰度转换函数,然后仅应用在该中心点处。为了提高算法的运算速度,特别是在处理视频图像时,采取传统的DSP的设计方法在速度上很难满足需要,因此,利用FPGA实现是一个很好的选择。为使局部直方图均衡方法能够在FPGA上具体实现,从空间域的角度改进了图像灰度直方图均衡算法,并利用VHDL语言对算法进行了完全可综合的RTL级描述,最后在硬件平台上验证了结果。     

基于Talbot效应的可调位相差二维六角位相阵列器的理论研究和数值模拟

系统研究了基于Talbot效应的光栅阵列器,利用数值模拟方法开展了阵列器的理论研究,对二维振幅型与固定位相差型阵列器进行了分析,通过外加电场调制位相差可以很好的解决二维振幅型与固定位相差型阵列器后z处光强分布不可调节和工作易受温度影响的问题.推导了外加电场调制位相差位相型阵列器实现均匀光强分布的理论模型,并验证了Paturz等人的实验结果,为此种新型阵列器的研究提供了基础.     

基于单准直透镜的阵列准直器研究

提出了一种基于单准直透镜和光纤阵列的阵列准直器, 深入研究了此种方案的光路无胶和光路有胶的两种实现方式; 并基于高斯光束传输矩阵和q参数相关理论, 从理论上详细地计算、推导了各变量之间的关系, 并进行了模拟仿真及实验验证, 得到了理论和实验一致的结果. 对两种实现方式的结构及封装设计也进行了初步的摸索和实验, 并制作出了性能良好的阵列准直器. 理论和实验表明, 该方案具有易加工、低成本、易封装、性能优等特点, 也易于扩展成多维阵列准直器, 可为可重构光分插复用器系统和光交叉连接系统的发展提供强有力的器件支撑.     

基于FPGA的实时中值滤波器设计

在图像生成和采集过程中引入的各种噪声会使图像质量变差。为了实现对图像的实时预处理，首先介绍中值滤波器的基本原理和算法，然后在现场可编程门阵列（FPGA）上根据中值滤波的根基数算法，采用流水技术设计一种快速实时中值滤波器，给出按行输出的图像处理过程中存储前2行图像数据的方法。仿真结果表明：该中值滤波器可实时完成CCD输出图像的预处理，达到了抑制噪声及保持图像细节的目的。     

太赫兹自由电子激光波荡器的设计、测量与优化

波荡器电子轨迹中心偏移和磁场误差对CTFEL装置性能影响很大,通过前期设计和后期测量与优化将其限制在指标要求范围内。在前期设计中尽量避免引入全局性的系统误差：磁结构具有平面反对称结构,保证电子轨迹中心和波荡器磁轴重合;磁结构端部的特殊设计减弱了间隙对出口磁场二次积分的影响;机械系统的大梁和立柱具有良好的刚性,闭环控制系统保证了高的波荡器间隙控制精度,这些措施降低了间隙不一致引入的磁场误差。在后期测量与优化中削弱了磁场的残存全局系统误差和局部随机误差：利用磁场点测台测量了波荡器磁场的纵向和横向分布,通过调节标准单元组件位置对磁场进行了垫补和优化,优化后电子轨迹中心偏移、峰峰值误差、相位误差、好场区及其误差均满足指标要求。     

基于DSP FPGA的弹载计算机设计

针对现代弹载计算机硬件系统的发展趋势,结合某型反坦克导弹的实际应用需求,采用以DSP作为处理器实现控制系统的核心算法,以FPGA实现外围接口扩展的方案,设计出了一套基于DSP+FPGA的微小型导弹载计算机。文章对该弹载飞控计算机的结构、硬件、软件等方面内容作了详细的介绍,并给出了软件流程图、介绍了软件各模块的详细功能。本文设计的弹载计算机体积小,功率低,其性能已在实验中得到了验证,这为未来弹载计算机的设计提供了参考。     

基于FPGA的激光光束自对准电气自动化系统设计

激光光束技术运用的越来越广泛,包括光通信技术,激光测距技术,激光瞄准技术等,其中光通信技术范围最广;在光通信过程中,需要面对光束发射端与接收端中心对齐的问题,增加了操作的难度;针对光通信激光光束对准难的特点,研究并设计了一套基于FPGA的激光光束对准系统,利用在FPGA芯片上设计软硬件速度快、稳定可靠、研发周期短等特点;整个系统以FPGA芯片为核心,辅以操作电路、自适应算法;实验表明, 该系统较好地符合了光束对准的要求。     

一种基于FPGA的超宽带雷达控制系统的设计

脉冲超宽带雷达发射信号为窄带信号,回波信号带宽很大难以直接采样,文中设计了一种以FPGA作为控制器的超宽带(UWB)雷达信号采集与控制系统。根据回波信号呈周期性的特点,实现了时域延时式等效采样。为了使雷达主机与PC机之间实现高速通信,设计了USB 2.0接口电路。实验结果表明,该控制系统等效采样速率可达5 GS/s,可以有效的接收雷达回波信号,并且能检测到人体教具的位置和呼吸频率。     

基于FPGA的便携式轴承状态监测仪设计

本文提出了一种基于FPGA的便携式轴承状态监测巡检仪的设计方案。介绍了模拟信号放大电路、滤波电路、包络检波电路和电源管理电路等硬件电路设计以及FPGA功能模块设计和软件工作流程。本仪器通过提取分析加速度高频包络信号实现了轴承状态监测功能,利用了FPGA的并行处理优势实现低功耗高性能的优点。     

基于FPGA和SSPC的智能配电系统设计与实现

航天及航空领域智能配电技术发展迅速。配电系统是航天及航空飞行器的重要分系统,其性能的优劣直接影响到飞行任务的成败,为了提高配电系统的可靠性和灵活性,提出了基于FPGA和SSPC的智能配电系统设计,从航天及航空飞行器智能配电技术的发展现状出发,具体阐述了该系统总体方案的设计思路及关键技术,同时分析了采用FPGA、SSPC和总线通信带来的控制灵活、易于实现故障隔离和系统重构、可靠性高以及系统重量轻等诸多优点。该系统已开展了相关的试验验证,试验结果表明该系统稳定可靠,具有广泛的应用前景。     

基于FPGA小型化谱仪控制台的设计

针对核磁共振波谱仪中控制台的功能需求,考虑到仪器小型化的趋势,提出了基于FPGA和ARM的小型化控制台设计方案. 该方案具有体积小、处理速度快、控制精准、开发周期短和成本低等特点. 该文着重介绍了FPGA在系统中的功能实现,包括命令字接收、参数配置、脉冲发射和数据采样模块. ARM嵌入式模块实现控制台与上位机的以太网通信,以及和FPGA的高速并行总线通信,使控制台内部运行不受网络状况的干扰. 最后针对该设计方案提出几点改进建议.     

基于FPGA的DDR3控制器存储设计与验证

DDR3 SDRAM是第三代双倍数据传输速率同步动态随机存储器,DDR3具有高速率、低电压、低功耗等特点[1][2]。在DDR3控制器的实际使用中,如何将用户需要存储的数据在DDR3中快速存储非常重要,如果数据被送到DDR3接口的速度低,则会影响DDR3的存储速度,同时影响DDR3的实际应用,因此,针对DDR3存储器设计存储控制有重要的意义[2]。基于此设计主要分为低速读写控制与高速流读写控制,低速读写控制主要用于小数据量的操作,高速流读写控制主要用于批量数据的存储操作。此设计在FPGA上通过了大量数据读写的验证,证明数据存储的正确性。经过测试,在高速流读写模式下,DDR3存储控制设计的带宽利用率最大为66.4%。此设计在功能和性能上均符合系统总体设计的要求。     

基于FPGA的IRIG-B编解码设计与实现

随着系统间时间同步要求的提高,IRIG-B码被越来越多的应用于系统间的时统模块中;针对传统的单片机及专用芯片实现方法已经不能满足产品的可靠性和可移植性的问题,对基于FPGA的IRIG-B编解码设计和实现方法进行了研究;提出了一种将BCD码和二进制码之间相互转换的迭代算法;结合FPGA设计方法对IRIG-B编码和解码方法进行了研究;通过对实验方法进行仿真,结果表明该方法能够正确有效的对时间信息进行IRIG-B格式的解码和编码,并且FPGA内部的实现形式可以大大减少外部芯片及电路的使用,从而大幅提升产品的可靠性和可移植性。     

基于FPGA的四轴飞行控制器的硬件系统设计

为提高四轴飞行器的数据采集与数据处理能力,降低四轴飞行器的功耗,研制了一种基于FPGA的四轴飞行控制器。飞行控制器以NIOS II处理器为控制核心,结合嵌入的SPI、I2C、UART等IP核实现了数据的实时采集与快速处理,并提出并行处理PPM解码和编码、超声波检测与控制、蜂鸣器控制的设计方案,利用VerilogHDL语言在FPGA上设计了这些并行处理功能模块,这些功能模块通过PIO核与NIOS II处理器连接,能够自主完成所规定的处理功能。经过多次飞行测试,四轴飞行器能够稳定的起飞和降落,快速的飞行,转弯,上升和下降,也能够避开障碍物,验证了四轴飞行控制器功能稳定,功耗较低,已达到设计的要求。     

基于FPGA的亚像元图像融合系统的设计与实现

研究并设计了基于FPGA的亚像元图像融合系统，该系统能够在接收到亚像元相机输出的两路CCD图像信号后，实时地将其融合并显示．搭建了亚像元图像融合实验平台，介绍了系统的组成以及主要电路的实现方法，并进行了实验验证．结果表明，图像融合效果好，设计方案可行．