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关键词： 应急通信   无线自组网   手持电台   硬件平台   低功耗  

摘要： 随着无线通信网络的飞速发展,通信网络的种类也在不断增加,依靠固定基站、集中控制管理支持的公众网络,已经不能满足应对各种各样的通信场景需求,特别是在复杂的环境下的应急通信,在遭受突发自然灾害或突发危险事故时,多样化的应急通信手段是救援抢险的通信保障。当公网环境遭到破坏时,建立无线自组织网络是一种有效的手段。基于无线自组网络的应急通信系统是一种组网迅速、移动性强的专网通信系统,它使前线救援人员能够及时地沟通,实施高效的救援。本文结合应急通信系统的特点和要求,设计一款基于无线自组织网络的手持电台。为满足移动终端在应急通信的使用场景,设计的手持电台目标是小型化和低功耗。本文针对于应急通信的背景,基于无线自组网的架构,从硬件平台的角度来设计一款小型化、低功耗的自组网手持电台。设计过程首先从分析整个项目的需求确定所设计手持电台的功能要求、无线自组网架构,同时对整个硬件平台的模块组成进行总体设计以及设计思路的分析。其中,提出本设计的创新点,用纯FPGA（现场可编程逻辑门阵列）基带处理架构代替传统电台的GPP（通用处理器）+DSP（数字信号处理）+FPGA架构,并进行对比分析。在确定整体硬件方案后,结合电台设定的性能指标要求,对电台各个模块进行关键器件的选型,对选型的器件进行可行性分析和论证。然后,结合所选器件的技术原理和器件外围电路的研究,对电台的各个模块分别进行原理图电路分析和设计。在原理图设计完后,导入PCB板（印制电路板）,进行叠层、布局、走线设计,组装PCB板成电台样机,最后对电台样机进行性能测试,测试结果表明设计的手持电台符合应急通信系统的硬件指标,可以应用于实际的场景。

关键词： 双向全桥DC-DC变换器   移相控制   电流应力   硬件设计   UCC3895  

摘要： 近年来随着科技的快速发展,全球对能源的需求与日剧增,石油、煤炭等传统能源的日益枯竭,新能源的开发和高效利用是当今世界的必然选择。将能源发电设备与储能装置相结合,则可建立一个完整可靠的储能系统,可用于“削峰填谷”提高能源利用率。双向全桥DC-DC变换器因其结构对称,功率密度较高,可以作为电网与储能装置能量双向流动的桥梁被广泛应用于各种储能系统中。本文首先对双向DC-DC变换器的工作原理、主要的拓扑结构以及控制方式进行了介绍,通过绘制电路波形,根据波形的关键节点,对隔离型双向全桥DC-DC变换器在传统移相控制策略下工作的微观过程进行了详细的分析,全面研究了传统移相控制策略下变换器的系统特性,包括功率回流特性、电流应力、软开关特性、死区影响及补偿措施等。为了解决传统移相控制在输入输出侧电压不匹配时,电感电流应力大等问题。在传统移相控制策略的基础上,通过增加桥内移相角,提出一种改进的移相控制策略,对改进后的变换器的微观过程以及系统特性与传统移相控制方式下的进行了对比分析,对比发现在同一功率传输下,改进策略下的电感电流应力大大降低,回流功率减少,同时电压调节范围变得更加灵活。通过Saber仿真软件搭建了隔离型双向全桥DC-DC变换器的仿真模型,对传统移相控制和改进后的移相控制策略进行仿真分析,仿真了变换器的各个节点的关键电压电流波形,及电感电流应力大小。验证理论分析的正确性。最后在理论分析的基础上进行硬件电路设计,搭建了基于UCC3895的小功率实验样机,进一步验证理论分析的有效性和可行性。

关键词： 多波束成像声纳   三维位置信息   嵌入式GPU   数据处理  

摘要： 随着海洋强国战略体系的提出,海洋探测领域受到的关注日益增长。作为海洋探测的关键技术之一,多波束成像声纳具有测深、避障、定位等多种用途,在水下目标定位、海上应急救援、沉积物打捞等领域有着十分广阔的应用前景。为此,本文研究开发了基于嵌入式GPU的多波束成像声纳数据处理系统。该系统以嵌入式GPU模组Jetson TX1为核心,配合高性能FPGA,实现对四条线阵共400路声学信号的同步采集、传输与数据处理工作。本系统包括数据接收子系统和信号处理子系统两部分,数据接收子系统首先对接收换能器的模拟输入信号进行信号调理和A/D同步采样,再通过Spartan-6 FPGA对采样数据进行DFT计算,并将结果以并行方式传输给信号处理子系统;信号处理子系统通过Artix-7 FPGA实现对DFT数据的接收与缓存,并通过PCIe总线将数据上传至Jetson TX1模组完成波束形成计算和互谱法方位估计,最后将结果发送至上位机进行实时显示。本文对所设计的硬件系统进行测试,各项结果均满足指标。在整机湖试中,系统可以对水下二维声学图像进行实时显示,对目标进行定位并标注三维坐标数据。系统具有成像清晰、实时性强、探测范围广、使用灵活性高的特点,达到了设计要求。

关键词： 杂凑运算   SM3   高速设计   现场可编程门阵列  

摘要： SM3算法是国家标准商用密码杂凑算法,广泛应用于数字签名和验证、消息认证码的生成与验证以及随机数的生成等领域。介绍了SM3算法的基本流程,分析了SM3算法高速实现的3种方法,提出了基于双重流水同步迭代的SM3算法高速硬件设计方法,进行了模拟验证和FPGA设计实现,给出了算法性能和综合结果,结果表明所提方法具有较高的运算性能。

关键词： 万能式断路器   检测系统   硬件设计   软件设计   人机交互  

摘要： 智能型万能式断路器主要适用于不频繁转换通断的中低压配电线路和开关柜中,来对电网和电气设备的安全进行保护。实际运用中，要求智能型万能式断路器具有较高的可靠性，否则，若电气电路发生欠压、短路等故障时不能及时作出脱扣动作判断，那么瞬时短路的大电流可能会造成配电电路和电路中用电设备的烧毁或损坏，甚至会造成整个局部电网的瘫痪，造成难以估计的经济损失。　　为提高智能型万能式断路器的可靠性，相关产品出厂前都需进行严格的可靠性测试，保证产品的质量。一般地，对智能型万能式断路器进行可靠性检验主要是以欠压脱扣器检验、电动操作检验、相位检验、精度检验、三段电流保护（接地、长延时、瞬时）、耐压绝缘电阻测试以及通信检验为主。由于智能型万能式断路器型号繁多，框架大小不一，为了节约生产成本，实际生产中无法满足各系列断路器全部上线自动检测，往往依赖校验台手动检测，这样就不利于断路器可靠性的提高。为此，本文针对智能型万能式断路器的检测特点，利用气动控制技术、伺服控制技术、传感器技术、恒流源技术、PLC控制技术、网络通讯技术、人机交互等技术对全系列智能型万能式断路器检测系统设计中所涉及的关键技术展开研究。　　首先，本论文根据实际检测系统设计需求，完成了断路器检测系统的总体方案设计。在此基础上完成了检测系统的硬件设计，主要包括特性检测子系统、耐压检测子系统、伺服系统和PLC系统的设计。　　接着，论文又完成了断路器检测系统的软件设计，主要包括初始化程序、精度检验程序、延时检验程序、电动操作检验和欠压检验程序、伺服控制程序和程控电源控制程序设计。　　最后，本论文完成了人机交互的检测软件设计和实际应用测试。人机交互的检测软件设计主要包括手动操作界面、自动检测界面、伺服参数输入界面和耐压检测界面的设计，实际应用测试包括特性工位检测测试和耐压工位检测测试。　　通过本设计，让全系列型号断路器的可靠性检验得以实现，大大提高断路器的检验效率，从而增加产能，为公司带来更多利润。

关键词： GNSS   卫星导航模拟器   数据同步   数字中频信号  

摘要： 随着通信技术的发展,全球卫星导航系统（Global Navigation Satellite System,GNSS）在各个领域中发挥着重要的作用,已经成为衡量科学技术的重要指标,所以研究多系统多频卫星导航模拟器就显得非常重要。多系统多频卫星导航模拟器可以提供任意时间的位置坐标,也可以生成各种复杂环境下的高精度和高动态的模拟卫星信号,同时对我国的北斗全球组网的建设能够提供一定借鉴作用。本论文以多系统多频卫星导航模拟器的设计与实现为主题,首先通过分析GPS、BDS、GLONASS和Galileo四大卫星导航系统的信号体制,深入研究多系统多频卫星导航模拟器的直接频率合成、扩频通信、多普勒算法模拟原理、导航系统时间同步以及基带板间数据同步与传输等关键技术。提出一种基带板间数据同步与传输技术,既保证基带板之间的稳定通信,又解决了在单块基带板上模拟卫星信号资源不足的问题。接着,设计多系统多频卫星导航模拟器的总体方案,介绍基带信号板的关键电路设计,详细介绍FPGA软件设计中的模拟器系统时间基准及RTC时序控制、数字中频信号生成和EMIF通信模块的设计,并对系统的各个模块进行仿真验证;最后阐述DSP运行流程,其中详细地介绍卫星位置的实时计算、可见卫星的实时判断以及伪距的实时计算。最终,本文在DSP+FPGA架构的两块基带信号板上实现多系统多频卫星导航模拟器。本系统通过频谱仪测试各系统的中频信号,接着使用和芯星通的商业接收机UM220对设计的系统进行功能和稳定性测试,再根据定位结果,分析验证系统的正确性。最后对BDS B1C频点和Galileo E1频点进行捕获测试,验证这两个频点的正确性。

关键词： 无人机监测雷达   收发模块   硬件设计   性能测试  

摘要： 当前形势下，随着无人机的迅猛发展，低空开放俨然已经成为事实趋势。然而，低空开放引发的安全问题，以及对无人机监控薄弱导致的安全隐患，成为令各国政府和公众担心的新问题。根据中国航空器拥有者及驾驶者协会《中国AOPA》发布的《中国无人机报告》，中国有上万架无人机处于“黑飞”状态。为应对无人机黑飞滥用对治安管理、个人隐私及国家安全等造成的巨大威胁，针对无人机的监测技术研究也变得越来越重要。　　本文主要针对无人机监测雷达收发模块的设计展开讨论，作者的主要研究内容主要包括以下几点:　　第一，本文主要研究工作在Ku波段的无人机监测雷达收发模块的硬件设计，收发模块作为无人机监测雷达的重要组成部分，其性能设计对雷达系统有着重要影响。文章首先针对接收与发射系统，简要的介绍了接收机与发射机的常见结构并对具体结构的优缺点进行了简要分析，选取合适于无人机监测雷达收发模块的接收机、发射机结构，并结合无人机监测雷达项目要求，根据工程应用实际，给出了收发模块的系统设计方案以及具体指标。　　第二，根据无人机监测雷达收发模块所采用的零中频接收机、超外差发射机结构，对无人机监测雷达收发模块中的关键元器件的选取进行了分析。依据无人机监测雷达收发模块实际元器件的选用情况，对无人机监测雷达收发模块的接收增益、噪声系数等关键指标进行了仿真计算，并在此基础上进行了无人机监测雷达收发模块的原理图以及PCB设计。　　最后，对无人机监测雷达收发模块硬件实物进行了性能指标测试，最终证明了无人机监测雷达收发模块能够符合预期设计目标，具有更高的灵敏度，同时雷达系统测试也证明了无人机监测雷达收发模块符合设计使用要求。　　论文根据无人机监测雷达收发模块的应用特点，提出了零中频接收机、超外差发射机的架构，并最终完成了无人机监测雷达收发模块的硬件设计，最终实测结果证明无人机监测雷达收发模块具有较高的接收灵敏度，能够满足雷达系统应用需求，且最终工作情况良好。

关键词： 离合器   操纵系统   硬件设计   测控系统   测试台架  

摘要： 离合器操纵系统作为驾驶员操控离合器的关键部件,其性能好坏直接影响整车动力传递的平顺性及驾驶员舒适性,传统的主观评价及道路试验消耗大量时间及财力,且不能客观评价离合器操纵系统性能。因此需要基于实车的测试台架对离合器操纵系统进行性能试验,为离合器操纵系统评价及优化提供有力支撑。本文结合校企合作的整车离合器操纵系统测试台架项目,针对企业在开发离合器操纵系统时存在的问题,分析了离合器系统构造及其工作原理,提出了离合器操纵系统评价指标。根据企业要求及测试项目,提出了测试台架的总体设计方案。从硬件设计、测控系统设计、软件系统开发三个方面介绍了整车离合器操纵系统测试台架的研制。通过实车测试验证,该测试台架可以满足离合器操纵系统测试要求,为离合器操纵系统后续优化提供有力支撑,具有较好的通用性、可靠性。全文内容包括:（1）通过对国内外相关测试台架的分析,总结了目前相关测试台架的偏重点。阐述了离合器系统的构造及其工作原理,分析了离合器操纵系统各个部件对系统的影响,提出了离合器操纵系统性能评价指标,为后续测试台架设计提供了理论支撑。（2）根据测试台架的测试目的和离合器操纵系统评价指标,结合企业的实际需求,制定了测试方法,提出了测试台架的总体方案,为后续细化设计提供方向与思路。（3）通过比较了多个形式的踏板执行机构方案,设计了踏板执行机构,实现了对踏板的精确控制和测试,并对固定立柱及其连接件进行了有限元分析,分析结果表明零件的强度符合设计要求。从机械和电气两方面对伺服系统和传感器进行选型计算,确定了伺服系统和各个传感器的型号,进而完成了台架硬件的搭建,为后续测控系统设计提供了平台。（4）在硬件平台基础之上,提出了测控系统的总体方案。对数据采集卡和PLC进行了参数分析与详细选型,阐述了PLC的通讯方式、编程平台与程序框架,开发了下位机程序。由于台架的特殊性,设备移动距离较大,设计了上位机无线通讯和汽车电瓶供电的方案。基于C#编程语言,采用模块化思路开发了软件系统,实现了上下位机的通讯、数据保存、报警等功能。（5）检验台架功能的完整性、准确性、可靠性,完成了台架目标测试项目,并对测试数据进行了分析,进一步验证设计的合理性,并提出优化建议。

关键词： 图像传感器   SerDes   硬件设计   IMAGE TEST  

摘要： 公路交通运输业是联系各个行业的重要纽带,是推动社会经济发展的关键动力。经过近几年的快速发展,我国公路运输基础设施建设速度明显加快,全国货车保有量明显增大,物流运输能力得到巨大提升。但是货车的高油耗和运输途中存在的众多安全问题成为限制公路运输业发展的两大阻碍,所以研发一款车载高清后视摄像系统势在必行。以其替代传统的玻璃后视镜可以减小汽车行驶中的风阻,达到减小油耗的目的。根据本车载高清后视摄像系统的技术要求,选取OX01A10图像传感器为核心器件,负责对外部环境信息的采集,内部集成数字图像处理芯片的设计进一步减少了生产成本。以MAX96705紧凑型串行器作为POC(Power Over Coaxial Cable)传输线路的发送端,配合接收端MAX9296组成SerDes构架组,可以达到15米的图像信息传输。本文首先对车载高清后视系统的总体构架做出说明,介绍CMOS图像传感器、MAX96705串行器、POC接口等系统主要组成模块的技术特性。其次,对系统的硬件电路设计做了重点阐述,包括电源系统设计、时钟系统设计、信号系统设计的原理图和PCB设计。并且对电路抗干扰设计做出了说明,介绍了本系统设计中为保证信号完整性做出的设计方案。最后对硬件进行调试并根据系统输出信息的要求对图像的中心进行调整,在完成调试工作后利用IMAGE TEST软件进行图像质量测试,将测试结果与行业要求指标相比较,确保系统的各项技术参数达到设计要求。综上所述,车载高清后视摄像系统能适应不同光源环境,实时输出高质量行车环境信息。

关键词： 通信数据包   数据传输   数据管理   硬件设计  

摘要： 随着信息互联网的迅速发展,人们之间的信息的交流及传递方式都会变得更加的方便快捷。而移动通信技术的发展已经成为互联网发展的一大主要标志,现阶段移动通信技术已经发展到了第五代技术,并且第六代技术正在酝酿之中。第五代移动通讯技术相比较其他几代来说,其可以实现连续的广域信号覆盖,其网络传输速率大幅提高而网络延时却大幅度降低。由于其拥有广覆盖和高传输的各种优点,五代通信技术给万物互联带来了新的希望。而基带芯片作为通讯传播的重要环节,其如何实现通讯数据的高速传输管理对实现5G的高传输速率来说至关重要。因此,如何实现基带芯片内部的通信数据包传输和管理以提高传输速率满足5G的高速传输要求是基带芯片设计的一大重点。为解决基带芯片数据传输速率无法满足要求的这一重大问题,本文开展了对基带芯片中通信数据包传输管理的研究。在研究了以往的基带设计方法之后发现其中对通信数据的传输管理都是利用软件编程实现或者设计庞大的复杂模块进行实现,这种方案传输与管理效率低下,针对这一现象本文设计了专门的硬件电路来实现对数据包传输的加速。在设计硬件电路时考虑到现代通信数据的多线程处理以及数据传输场景的不同在模块中分别设计了几个关键的子模块。首先现代通信数据协议比较复杂,当接收到数据包时无法确定数据包是否有效,因此需要对数据包进行筛选过滤从而设计了过滤子模块来实现数据过滤。其次数据包数量庞大如果进行单一线程处理速度会非常慢,因此需要对数据包进行分流,从而要设计分流子模块,对于数据包分流的研究需要考虑如何选择算法以保证分流处理的速度以及减少设计复杂度。最后当数据包传输出现问题时,需要将传输的数据进行跟踪以方便观察数据的实时情况,因此设计了跟踪子模块。对于过滤子模块设计时由于通信协议复杂因此考虑到设计面积功耗以及速率问题,将过滤类型划分为五类。对于分流子模块中设计需要选择分流算法以实现负载的均衡,对分流算法的研究对比发现Toeplitz Hash算法在进行网络数据包分流时其处理速度快并且分配相对均衡,因此选择Toeplitz Hash算法作为分流函数。在模块设计完成之后,搭建验证平台,编写测试用例,对通信数据包传输管理模块完成代码覆盖率与功能覆盖率的仿真验证,并保证代码覆盖率与功能覆盖率都达到了100%。在进行仿真验证之后对模块进行功耗分析及片后的工作速率测试,测试结果表明数据传输处理速率为16GB/s满足面向5G传输的设计要求。