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关键词： 巩膜交联仪器   硬件设计   软件开发   紫外线   核黄素  

摘要： 病理性近视是近视类型中会对患者造成严重影响的一种眼科疾病。患者表现为，其巩膜局部的生物力学性能下降、变薄，眼轴进行性延长及近视度数逐年增大。在对患者不施加任何医疗干预的情况下，单纯的依靠佩戴近视眼镜不能解决巩膜逐年变薄这一根本性问题，往往还会耽误病情，最终造成患者失明。目前，对病理性近视还缺少有效的治疗手段。巩膜交联术作为治疗因巩膜生物力学性能下降导致的病理性近视的一种潜在方法，其前景被许多科研人员看好。由于巩膜发生变薄的部位通常处于巩膜的后极部，因此在对巩膜病变部位实施交联时，事先需要大面积地剪开结膜囊，分离球周组织，牵拉眼外肌，暴露出需要进行交联的巩膜部位，才可对该部位实施交联。这种手术流程不仅复杂，而且会对患者的眼球造成较大的创伤和感染风险。这一问题已成为影响巩膜交联术进入临床的一个主要瓶颈。考虑到近年来，微创诊疗技术的兴起，本文拟设计一种微创巩膜交联仪器，该仪器一方面可以简化巩膜交联的操作流程;另一方面，该仪器可以在小创口且无需外翻眼球的条件下对巩膜后极部的病变部位进行交联。本文主要工作如下：　　1、本文首先对微创巩膜交联仪器的结构进行了设计。根据巩膜交联手术的操作流程，确定了微创巩膜交联仪器应该具备的基本功能。按所需具备的功能将微创巩膜交联仪器划分为操作杆、伸缩交联头、定位、密封、交联液导入、氧气导入、交联光辐照、清洗液输送和回收以及自动控制共9个部分。为了实现巩膜交联的微创操作，本文设计了一种伸缩式的巩膜交联头，该交联头可以在牵引钢丝的作用下实现伸缩变形。在此基础上，对微创巩膜交联仪器的每一部分及整体结构进行了相应的设计和模型的建立。　　2、其次，本文根据微创巩膜交联仪器所需具备的功能对其各部分的功能硬件进行了相应的选型和设计。最终确定了以STM32F411CEU6单片机作为主控制器，与内窥镜、真空泵、蠕动泵、LED光源辐照板、氧气泵等共同构成微创巩膜交联仪器的硬件功能系统。首先，在交联头上内窥镜的作用下，可以实现对巩膜病变部位的定位;接着，单片机控制真空泵将交联头上密封圈底部的环形凹槽内抽至真空状态，使交联头吸附固定在巩膜上的病变部位;随后，单片机控制蠕动泵将交联中所需的交联液递送至病变部位;紧接着，单片机控制辐照光源对病变部位进行照射，实现巩膜交联;最后，当交联完成后，单片机控制蠕动泵向交联区域输送适量的清洗液对其进行清洗消毒，并在完成后，将清洗液抽出交联区域。在整个交联过程中，氧气泵可以及时地为交联区域输送适量的氧气，以解决交联过程中交联区域因封闭而产生的氧气含量不足的问题，提高巩膜交联的效果。　　3、最后，本文针对所选取的微创巩膜交联仪器的各个功能硬件进行相对应的软件设计。分别对按键、蠕动泵、真空泵以及 LED 光源辐照灯板的驱动程序进行了设计和编写。在软件设计方面，本文整体采用了面向对象、模块化和代码分层的程序设计思想，使得程序具有良好的可阅读性、可维护性以及可移植性。　　本文所设计的伸缩式巩膜交联头实现了微创巩膜交联的要求，且其所具备的功能较为完善，大大简化了巩膜交联术的操作流程，具有操作简单、系统稳定等特点。本文中的部分设计已经通过仿真得到验证，以期为巩膜交联术未来应用于临床作出一定参考。

关键词： 数字电路设计   Transformer神经网络   硬件加速器   UVM   功能验证  

摘要： 人工神经网络是人工智能技术的重要分支,随着人工智能技术的不断发展,人工神经网络被成功应用到了各个社会领域。Transformer神经网络是一种接收序列信息并根据序列信息进行预测的人工神经网络结构,它接收序列信息并使用多头自注意力进行预测,对输入序列的每个位置进行计算,能够很好地对长序列信息进行建模。虽然Transformer在多种任务上表现出色,但由于其结构复杂,参数量大,需要大量的计算资源,这限制了其应用范围。因此,设计专门的神经网络加速器来支持Transformer神经网络是必要的。通过对神经网络中涉及的算法进行硬件设计,可以为Transformer神经网络提供强大的算力支持,从而扩大其应用场景。本文首先对Transformer神经网络的基本结构以及其中的位置编码,多头自注意力机制等核心算法进行了介绍,在此基础上介绍了一种用于图像识别的Transformer结构:Vision Transformer。然后本文对通用验证方法学的基本机制进行了讲解。本文将Transformer神经网络中的算法拆解为矩阵乘加运算,归一化运算,指数运算,除法运算等算子,并针对每种算子给出了相应的硬件实现优化方法:通过并行计算结构优化矩阵运算;通过复用矩阵乘法模块实现归一化运算;通过数学近似以及泰勒展开将以自然对数为底的指数运算和除法运算转换为硬件上简单的乘法、加法和移位操作。随后本文详细阐述了Transformer神经网络硬件加速器的硬件系统架构设计,以及硬件系统中各个模块的具体设计,并使用硬件描述语言Verilog进行了代码描述。在完成硬件设计后,使用通用验证方法学对加速器中的各个模块进行仿真验证,通过为每个模块分别搭建验证平台,根据模块功能编写测试用例,来确保各模块工作符合预期。模块级验证工作完成后,将各模块的验证环境进行集成,构建系统级验证平台,在加速器上运行Vision Transformer算法识别MNIST数据集,运行结果显示硬件识别正确率为98.51%,相比软件运算正确率仅有小幅下降。最后将硬件加速器的运算速度与GPU和CPU进行比对,结果显示Transformer神经网络硬件加速器计算速度优于GPU,对比CPU有着4.4倍的性能优势,在并行识别多张图片的情况下达到了良好的加速效果。

关键词： 全自动一体化核酸检测仪器   硬件设计   软件开发   功能模块  

摘要： 核酸检测在近代医学中被广泛应用于诊断和监测传染性疾病，在应对区域性传染疾病、流行病学调查、疫苗研发等方面有着不可替代的作用，是当前科学有效的病原体检测手段。但传统核酸检测流程繁琐，全程需要人工取样操作处理，存在效率低下和耗时长的缺点，并且检测人员面临交叉感染风险，无法有效应对当前全球大规模突发性卫生事件。而全自动核酸检测仪器可以实现自动化操作，提高检测效率和准确性，减少人工干预风险，能够快速地进行大规模核酸检测。因此研制一款全自动一体化的快速核酸检测仪器是非常有必要的。本文分析了当前核酸检测链条各部分操作流程，采用从顶至下的功能模块化设计方法搭建了具备准确率高、快速检测、自动控制的一体化核酸检测仪器的原型样机。　　首先，分析了当前核酸检测仪器的功能需求，对当前主流核酸检测方法进行了探讨和选择。将检测流程按照功能拆分为独立功能模块，分别对各模块的功能动作实现进行设计，完成了仪器的整体机械结构设计。　　其次，通过现场通信总线构建仪器的硬件控制结构，对硬件框架中的主控单元、基本运动单元、旋转电夹爪、荧光检测光路等主要执行器件进行了分析和选型，完成了仪器内部硬件平台的搭建。　　然后，完成了仪器软件平台的设计搭建。使用状态切换和轮询的控制思路，根据仪器内部运动单元的执行顺序编写主控程序。对电机脉冲控制和恒温控制算法进行了选取应用，以降低运行过程中的误差。根据仪器外部操作需要，设计了人机交互界面以满足控制与检测需求。　　最后，将软件平台与硬件平台相结合，对仪器样机进行调试与性能测试。设计并完成了仪器原理性验证实验、恒温控制测量实验和仪器整机功能测试实验。实验结果证明本文自主研制的核酸检测仪器具备功能完整性，能自动一体化完成核酸检测。

关键词： 医疗健康产品服务系统   硬件设计   软件开发   共生理论  

摘要： 随着我国社会老龄化程度的进一步加深，养老服务资源分配不均衡、养老服务质量低、养老服务获取难等问题日益尖锐，为了改变老龄医疗资源零散化、碎片化的现状，缓解老龄化“医养”服务供需矛盾，将共生理论与服务设计思维相结合的研究思路引入到社区老龄化医疗健康产品服务系统的设计中，使相关联的养老服务可以融合发展，形成一条连续的、多元一体化的、闭合循环的老龄医疗健康服务链，改善社区老龄化“医养”服务供给现状。　　首先，通过理论研究分析共生理论与社区“医养结合嵌入式”养老模式的契合点，发现共生理论在揭露自然界之中存在着普遍联系的同时，也寓示了社会各方面之间的相互关系。我国养老服务和老龄医疗健康服务系统的发展符合共生理论的要求，可以借鉴其共生系统的形成过程：探寻各共生单元之间的外在与内在联系，构建互帮互助、互利共生、相互依存的共生模式，在协同发展、信息共享的共生环境中实现“1+1＞2”的系统效益。其次，利用服务设计思维与方法，构建社区“医康养护”共生产品服务系统，优化系统中的资源配置与运营模式，并简化系统服务流程，形成医疗（医）-康复（康）-养生保健（养）-照料护理（护）服务生态链，提供健康养生→疾病预防→患病治疗→术后康复→失能照护多元一体化的连续性服务，将服务对象由患病老年人扩展到全体老年人，将服务内容从医治疾病提前到疾病预防阶段，为社区连续性的老龄医疗健康服务系统的发展优化提供一条全新路径。最后，根据调研分析结果提取目标用户需求点，输出社区“医康养护”共生服务软硬件产品设计，并根据人机交互大师雅各布·尼尔森（Jakob Nielsen）博士的可用性理论制定 CSUQ 可用性问卷量表，对社区“医康养护”共生产品服务系统进行可用性评价，优化设计提案。　　共生理论的介入，打破了各服务供给主体之间的信息壁垒，使其朝着同一方向协同发展，共建共享合作成果，可以最大限度地避免资源重叠所造成的浪费，实现利益最大化。同时，基于共生理论的社区“医康养护”服务共生系统的构建，为其他养老服务资源模块（衣、食、住、行等）的整合和嵌入带来了新的参考和发展方向。

关键词： 智能相机   硬件系统   电路设计   机器视觉  

摘要： 德国“工业4.0”与“中国制造2025”是针对制造业在新一轮科技革命和产业变革背景下的重要举措。大力发展智能制造装备是实现我国从制造大国转向制造强国的重要途径。机器视觉在智能制造中起到关键作用。随着国内人工智能的不断发展与工业自动化程度的不断提升，对机器视觉系统智能化、集成化、多元化以及数据实时处理有着更高的要求。传统机器视觉系统由于存在体积大、成本高、适用性低以及不便于扩展等缺点，促使基于嵌入式设备的机器视觉系统的兴起。针对以上问题并结合实际需求，本文基于FPGA与海思处理器，设计了一款面向一体化智能相机的嵌入式硬件系统。主要研发工作包括:　　1）系统硬件方案设计。调研机器视觉与智能相机行业的国内外研究现状和发展趋势，根据系统功能指标需求，确定硬件系统设计目标。对比主流图像处理硬件架构方案，确定以FPGA+ARM+视觉AI芯片作为本系统总体设计方案。对处理器与图像传感器进行比较分析并选型，采用XC7Z015、Hi3519AV100和ISG1307进行一体化智能相机硬件系统的研发。　　2）高速数字电路理论分析。硬件系统同时包含1路PAL制式与1路3G-SDI视频输入接口，1路PAL制式、1路3G-SDI与1路千兆以太网视频输出接口，并搭载1片DDR3@1333Mbps和2片DDR4@2666Mbps存储颗粒。系统硬件电路设计面临信号完整性、电源完整性以及电磁兼容性能等问题。因此，引入传输线、S（散射）参数等高速数字电路理论知识，借助仿真工具ADS,对反射与串扰等问题进行研究分析，并给出系统硬件电路设计要求与建议。　　3）系统硬件原理图设计。完成其它元器件的选型并使用EDA工具制作器件原理图库以及封装库。使用AD 20作为原理图设计工具，完成了 ISG1307、XC7Z015、Hi3519AV100及其外围接口电路设计，原理图共计30页。　　4）系统硬件PCB设计。完成PCB 10层叠层设计与传输线、过孔阻抗设计。根据硬件原理图，结合高速数字电路理论分析，使用AD 20完成系统硬件PCB的布局布线与高速数字电路设计。使用仿真工具ADS与SIwave,完成系统硬件PCB的后仿真，并根据仿真结果对电路进行优化。完成PCB的制板与焊接。　　5）系统测试。完成板卡硬件测试，包括板卡上电前测试、电源测试以及关键信号等测试。完成板卡功能接口测试，包括串口通信和DDR读写等测试。通过VISCA协议对镜头进行聚焦变焦控制，完成了一体化智能相机硬件系统的图像采集测试。以上测试结果均符合设计要求。　　综上，本文基于FPGA+ARM+视觉AI芯片的硬件框架结构，采用XC7Z015、Hi3519AV100和ISG1307完成了面向一体化智能相机的硬件系统设计。该系统具有小体积与高集成度等优点，包含多视频图像数据输入输出通道，可实现视频采集与压缩输出等功能。

关键词： SM2密码算法   标量乘运算   防御功耗攻击   防御故障攻击   旁路攻击  

摘要： 人工智能、网络通信等技术在为人们的生活带来便利的同时,也引发了众多信息安全问题。密码算法作为密码技术的核心,是保证信息安全传输最有效的防护手段。SM2密码算法是我国自主研发的首款椭圆曲线密码算法,集成了安全性高、带宽要求低、时效高等众多优点,因此作为安全IP广泛地集成于密码芯片中。标量乘运算作为SM2密码算法协议层流程中的关键步骤,其运算过程涉及到重要的私钥信息,是目前密码芯片主流攻击手段——旁路攻击最主要的攻击目标,因此研究可有效防御旁路攻击的SM2密码算法标量乘运算电路对物联网时代信息传输的安全性具有重要意义。 论文主要设计并实现既可防御功耗攻击（Power Attack,PA）又可防御故障攻击（Fault Attack,FA）的标量乘运算电路。本设计采用自下而上的思想进行实现。首先,对SM2密码算法底层模运算、椭圆曲线点群运算进行详细的原理分析及算法设计。接着基于对旁路攻击技术原理的分析提出一种基于改良版Double-and-Add算法的坐标轴随机化联合冗余校验点的防御方案,并基于此方案设计具有功耗分析攻击防御功能的基点加扰模块、具有故障注入防护功能的故障检测模块以及标量乘调控模块和坐标转化模块。最后在素数域中模运算的基础上设计了点加倍点运算实现的具体调度策略以及可防御旁路攻击的标量乘运算具体调度策略,基于调度表中步骤完成可防御旁路攻击的标量乘运算电路的具体硬件实现。为提高该算法电路对操作环境的适配度,电路对功耗攻击以及故障攻击防护做了使能控制,可根据当前运算环境的安全程度自主选择是否开启防护功能。 在TSMC 28 nm工艺库及500 MHz时钟频率的条件下,使用Design Compiler工具对所实现的可防御旁路攻击的标量乘运算电路进行逻辑综合,结果显示无建立时间和保持时间的违例,电路总面积约为67450μm,门电路消耗约为134 K,相较于已有同类型文献中需消耗547 K门电路的标量乘防护电路,本设计降低了硬件资源的开销,具有更低的防御成本。

关键词： 水声采集存储单元   软硬件设计   实时监测  

摘要： 海洋中存在着大量由舰船、生物、地质变化等产生的噪声，在进行水下探测或通信时，该噪声是水声信道的主要干扰源。同时也可通过海洋环境噪声反演获取各种海洋环境信息。因此通过分析大量有效的噪声数据而得到海洋环境噪声的特性及工作模型非常重要。为了能获取大量频率范围较大的噪声数据，本文所设计的采集存储单元选用了较高采样率的模数转换芯片，并将采集数据存入大容量TF卡中。同时，还设计了遥控单元用于远程控制设备的启动并实时监测设备的存储状况。将采集存储单元与遥控单元结合，设计了一种具备水声遥控功能的水声采集存储单元。　　本文具体完成了采集存储单元和遥控单元的硬件设计、功能仿真及基于FPGA的逻辑功能设计。其中，硬件部分完成了模数转化电路、存储电路、数据缓存电路、控制电路及数模转换电路的器件选型、原理图绘制和PCB绘制;仿真部分使用相关软件及MODELSIM完成了基于Notch滤波的BFSK解调算法的仿真;逻辑功能设计部分使用Verilog语言设计了模数转换逻辑、数据缓存逻辑、数据存储逻辑、地址存储逻辑、计算Notch滤波逻辑、计算自适应门限逻辑、检测遥控指令逻辑和发送应答信号逻辑。　　本文所设计的采集存储单元其采样率可调且最大为1MSPS、三路通道同时采集、存储容量2TB。同时遥控单元可对水声遥控指令进行检测，然后根据指令内容执行相应操作及回复相应的应答信号，并且可实现的遥控距离不少于2km。

关键词： 厨余垃圾处理设备   控制系统   硬件设计   软件设计  

摘要： 随着人们生活水平的逐渐提高，餐饮业的迅速发展,使得厨余垃圾不断增加,若不及时进行厨余垃圾处理工作，不仅会占用大量土地资源，污染环境，甚至会影响人们的身体健康。近几年，我国已经在各大城市陆续普及垃圾分类，并通过人们的积极配合取得了很不错的成果，但如何对厨余垃圾进行有效处理，仍然是我国所面临的重大问题。　　本文主要对厨余垃圾处理设备结构与控制系统进行优化设计。根据减量化、资源化、无害化的原则，首先对厨余垃圾处理工艺进行分析，然后在工艺的基础上对厨余垃圾处理设备进行总体设计和仿真分析，接着对厨余垃圾处理设备控制系统软硬件进行设计，最后对样机进行了试验与分析。主要研究工作如下:　　首先对厨余垃圾进行取样、检测、分析，了解到其组分含量和营养成分含量,通过对比国内外厨余垃圾处理工艺，确定了集分拣、撕碎、挤压脱水、发酵、烘干、堆肥为一体的厨余垃圾处理工艺。在工艺确定后，针对现有设备在工作中经常出现的问题，基于SOLIDWORKS软件，对提升装置、撕碎装置、挤压脱水装置和排湿除臭装置等进行设计，基于Ansys Workbench软件，对提升液压缸、绞龙进行结构强度仿真与分析，并基于fluidsim软件，对提升机液压系统进行仿真。　　然后进行控制系统软硬件设计。系统硬件设计，先确定硬件系统整体设计方案，接着根据方案对所需元器件进行选型设计，基于元器件数量，确定系统I/O点数。根据设备控制要求，基于SOLIDWORKS Electrcial软件，对系统电气原理图和电控柜进行设计。系统软件设计，先简单介绍了软件操作流程，进行PLC软元件分配。接着总结设备操作流程，基于GX Works2软件，使用梯形图语言对各部分程序进行逐一设计，并进行程序调试，验证程序编写是否有误。基于McgsPro组态软件，设计人机交互界面。　　最后进行了样机试验与分析。总结了样机的试制流程，进行了样机机械部分与电路部分的试制。针对传统和新型提升装置，做了单人操作和双人操作提升耗时实验，实验结果表明，新型提升装置与传统相比，单人操作时间减少约9 s,双人操作减少约1.5 s,并且提升稳定性较传统更高。对样机进行了生产实验，对比传统与新型设备产出物料。实验结果表明，新型设备产出物料颗粒较传统更小，并且新型设备各装置故障率有所降低，验证了设备结构优化设计的必要性。

关键词： 静脉输液设置   测速系统   硬件设计   软件开发  

摘要： 静脉输液在临床医学中被广泛应用，以快速实现治疗效果，将治疗液体直接输送到静脉血管中。然而，输液速度对治疗效果有直接影响，不恰当的输液速度设置可能导致不良反应。因此，在静脉输液过程中需要实时监测输液速度。目前，已有光电脉冲测速和超声波测速等方式用于测量输液速度，但其精度有限。因此，本文提出了一种基于热传递原理的静脉输液速度测量技术。技术利用红外温度传感器和微处理器来检测和计算输液管中加热液体在流动过程中的温度变化，并利用互相关算法实时推算流速。这种技术具有极高的准确性和稳定性。本文对该技术进行了深入研究，主要包括以下几个方面：　　（1） 理论公式推导。根据实际应用场景，建立了静脉输液测速的物理模型，并判断了管内液体的流动状态为层流。通过推导，得出了层流状态下管内液体的速度分布，并基于液体的传热理论推导出液体在流动状态下与位置、时间和流速相关的温度分布函数。同时，从宏观角度对流速相关的温度分布进行了分析，得出测得流速与实际流速存在比例系数的结论。该比例系数与输液管的内外径大小、输液管以及液体的恒压热容和密度相。　　（2） 数值模拟与分析。使用COMSOL软件对液体在输液管内的流动进行了数值模拟。通过互相关算法计算信号延迟时间获得的流速，矫正后的流速与设定的流速之间存在极小差异。对不同输液速度进行了仿真，结果表明所得速度结果呈线性关系，说明测得流速与实际流速之比为常数，可以利用比例系数进行矫正。对不同输液管的内外径大小以及不同恒压热容和密度的液体进行了仿真，结果验证了它们与比例系数公式相吻合，因此可以根据实际情况获得比例系数，对测得的流速进行矫正。　　（3） 系统实现设计。根据理论公式和数值模拟结果，设计了一种基于热传递原理的静脉输液测速系统。该系统包括红外温度传感器、加热驱动模块、蓝牙收发模块等硬件组成部分，以及温度监控算法、互相关测速算法、上位机监控等软件组成部分。通过综合设计硬件和软件两个方面，实现了对输液速度的实时测量和记录。　　（4） 实验验证。制作了实物并搭建了实验测试平台。通过对流速计算结果的深入分析，证实了基于热传递原理进行静脉输液测速的方法的可行性。测得的流速与设定值之间的相对误差稳定在10 %以内。长时间连续测试结果表明，该系统具有高度的稳定性和可靠性。通过信噪比分析，确定了最佳的流速测量区间为1.22 mm/s至12.75 mm/s，远远超过了静脉输液的流速范围要求。在流速发生突变时，该系统仅需要一个测量周期的响应时间即可准确测量管内液体的流速。此外，为了获得更高的精度，可以延长冷却时间，但需要综合考虑，因为过长的冷却时间可能延长系统测速的时间。　　综上所述，基于热传递原理的静脉输液速度测量技术具有重要的研究价值，可以为医疗行业提供准确、可靠的输液监测手段。

关键词： 水下定位   数据采集   信号处理   嵌入式平台  

摘要： 海洋有着广阔的空间和丰富的能源,随着科技的发展和进步,人们对于水下探测的需求也越来越高。以水下无人潜航器为代表的小平台作为水下目标搜探定位系统的载体具有隐蔽性高、机动性强、安全性高的优点,因此对于小平台水下搜探定位系统的声纳设备的研制具有重要价值。与此同时,由于小平台对声纳孔径和硬件尺寸做出了限制,这对水下搜探定位平台的运算能力、传输速率和探测定位精度都提出了更高的要求。本文针对这一问题,设计了一种可以搭载于水下无人潜航器或小型舰艇的水下搜探定位信号处理硬件平台。平台基于SOM-TLZ7x H和TL6678核心板,集信号采集、数据打包、数据存储和信号处理于一体,具有高速传输和实时运算能力。本文完成了信号处理平台的硬件电路设计、调试和软件程序设计,以及软硬件测试工作,验证了平台的可行性和稳定性。首先对系统的需求和指标做出分析,并提出总体设计方案。在硬件设计中考虑到平台对于传输速度和实时处理能力的要求,采用“Zynq+DSP”的系统构成。以Zynq-7000芯片作为主控核心,其内部集成了双核ARM处理器Cortex A9和Kintex-7可编程逻辑资源,以两个TMS32C6678芯片作为信号处理模块核心,可以满足小型化、性能高和适应复杂环境的需求。再配合外围电路设计和外设接口设计,实现数据收发、网络通信、数据存储等预期功能,为软件实现提供基础。在硬件平台搭建完成后进行软件设计。在ARM端对主控程序进行设计,完成了在Linux操作系统下的指令接收以及数据接收、打包和存储。在FPGA端通过verilog语言进行采集程序设计,对时序进行控制并且对相应管脚进行约束,采用菊花链模式对32路水听器信号进行采集。同时实现FPGA与DSP间的数据通信,通过EMIF16总线进行数据传输,两块DSP进行信号处理后将处理结果通过网络在显控终端上显示。最后,通过多项性能指标测试和湖上实验,对预期功能进行验证,验证了系统的功能和性能。