课程文献中心 更多>>

关键词： 任意波形发生模块   PXIe   直接数字合成   同步   信号调理  

摘要： PXIe任意波形发生模块不仅能产生波形参数精密可调的标准波形和用户自定义任意波形,同时具备模块化仪器的灵活扩展性以及多模块同步特性,被广泛应用于各种测试、研究领域,是现代测试仪器的发展趋势之一。由于现代测试的复杂性,对任意波形发生器的采样率、存储深度、波形参数调节能力以及多通道同步特性等指标有了更高要求。本文围绕上述问题,深入分析了波形合成理论和信号调理方法,完成了800MSa/s采样率、80MHz带宽PXIe双通道任意波形发生模块硬件电路设计。主要工作如下:1.完成双通道波形合成模块硬件电路设计。根据不同波形合成方法的实现特点及不同波形的设计需求,将标准波、任意波和脉冲波分开合成。其中采用基于DDFS的分相并行存储结构实现标准波形合成,提高系统采样率至800MSa/s;利用DDWS结构合成任意波形,采用DDR3 SDRAM内存颗粒作为波形查找表,既扩展存储深度至512MB/通道,又节约了模块面积;利用实时调节脉冲信号上升/下降沿斜率的方式实现高分辨率脉冲信号的合成。采用FPGA+DDR3 SDRAM+DAC架构完成波形合成模块硬件电路设计。2.完成时钟及多通道同步电路设计。数据发送模块的数据同步及DAC转换同步是实现多通道同步的关键;分析了基于JESD204B接口的多DAC同步方法,和同步多个模块之间的采样时钟及触发信号方法,在兼顾系统时钟需求和同步需求的基础上完成时钟电路设计。其中利用锁相环合成标准波形所需的800MHz固定采样时钟,利用DAC内部NCO合成任意波所需5.6μHz～400MHz低噪声可变采样时钟。3.完成80MHz带宽、双通道信号调理模块硬件电路设计。分析了DAC输出信号的频谱特点,并设计了两级滤波器滤除DDS系统产生的镜像频率分量;利用数字精调加模拟粗调的方式实现步进为0.16d B、范围为15.5m Vpp～24Vpp的幅度调节;利用通道内原有运放搭建加减法电路实现±0.5Vpp直流偏移控制。并设计自校准电路解决AWG输出幅度和直流偏置因时间漂移和零点漂移而输出不精密的问题。系统测试结果表明,本文设计的PXIe双通道任意波形发生模块最高采样率达到了800MSa/s,存储深度达到了512MB/通道;可以实现多种标准波形及任意波形合成,可以实现DC～80MHz带宽15.5m Vpp～24Vpp幅度范围的信号输出,以及±0.5Vpp的偏移调节范围。通道间同步偏差小于100ps,模块间同步偏差小于300ps。

关键词： 无人机   链路压制   GPS欺骗   FPGA  

摘要： 随着无人机产业的飞速发展,民用小型无人机逐渐进入大众的生活,在许多行业的应用呈爆炸式增长,与此同时,无人机威胁公共安全的事件也日渐增多。减少“黑飞”无人机带来的安全隐患,采用有效手段应对无人机威胁成为当务之急。针对无人机反制系统需求,本文设计了链路压制与导航欺骗相结合的无人机反制硬件平台,主要工作有:(1)完成了无人机链路压制与导航欺骗平台的硬件方案设计。该硬件平台由链路压制子模块与导航欺骗子模块组成,其数字基带部分采用DSP+FPGA的核心处理架构,满足无人机遥控链路压制与导航欺骗干扰轻量化、高性能的功能设计需求。其中,DSP外扩以太网接口用于实现与上位机的通信,使用EMIF接口完成与FPGA的高速数据传输;FPGA外扩DDR2 SDRAM用于无人机干扰信号基带数据的大容量存储。(2)根据平台硬件设计方案,完成核心模块的电路原理图设计。包括DSP、FPGA、数模转换模块、模数转换模块以及射频模块的核心电路设计。(3)完成了无人机反制硬件平台的FPGA实现。链路压制模块实现了无人机功率谱计算、跳频信号同步和数字中频干扰信号生成,完成了ADC和DAC的模块功能配置;导航欺骗干扰模块实现时间同步和GPS数字中频信号生成。FPGA设计采用串并转换的方法,将单路高速率采集信号转换为并行数据,实现FPGA低时钟、高速并行化处理。(4)完成了无人机反制硬件平台测试与功能验证。测试结果表明,硬件平台能够正常工作。功能验证结果表明,该实验平台在信噪比高于18d B的条件下,干信比大于5d B时可实现对无人机控制链路的稳定干扰;采用导航欺骗的方法能完成对半径在300m范围内无人机的持续稳定干扰。综上,本文针对“黑飞”无人机威胁安全问题,采用链路压制与导航欺骗相结合技术手段,设计了无人机反制硬件平台,实现了对无人机的有效反制。

关键词： 泛在定位   多源融合   自适应EKF   位置聚合   硬件设计  

摘要： 近年来,随着信息科技的飞速发展,大型场馆的展览也越来越多,旅游景区的设施也越来越智能化,智能引导机器人已成为一个发展趋势。譬如,在北京冬奥会中就会亮相许多智慧游览机器人,提供导览讲解服务。如何准确获取当前引导机器人的位置,并在引导过程中连续准确定位成为研究热点。传统的室外卫星导航定位方式适用场景单一,若遇到紧急情况需要引导群众前往隧道或者室内等安全区域时,机器人由于缺乏卫星信号而无法定位;且室内环境下机器人蓝牙、视觉定位也会受到各种外界条件的影响而大大降低定位精度;同时室内外切换的连贯性也是亟待解决的问题。因此,为了能在智能机器人引导过程中连续而准确地定位机器人的位置,本文设计了一个多源融合泛在高精度定位终端,安装在智能机器人上,辅助泛在场景下的连贯定位。基于卫星及蓝牙信号特征使终端识别当前运动场景,根据场景的不同,设计不同的组合定位算法,从而使机器人在室内外运动过程中持续获得高精度定位。首先,针对不同场景难以区分的问题,本文提出了基于全连接神经网络的场景识别算法。利用卫星数量、卫星截止高度角、卫星信噪比以及蓝牙信号等特征,构造场景分类特征数据,输入全连接神经网络进行场景分类,能够有效区分出室内场景、室外场景以及室内外模糊地带场景。其次,针对室内场景下定位受环境及硬件设备影响较大的问题,本文提出基于环境自适应扩展卡尔曼滤波(EKF,Extended Kalman Filter)的蓝牙与惯性导航动态融合定位算法。该算法利用多级滤波对蓝牙 RSSI(Received Signal Strength Indicator)数据进行修正,引入波动系数消除蓝牙信标的波动性进行位置指纹定位,将蓝牙定位的结果与惯性导航结果相融合,并加入蓝牙信标路径衰减因子作为观测噪声输入扩展卡尔曼滤波器进行误差修正,实现室内的高精度稳定性定位。针对室外环境下部分场景卫星信号短时缺失的问题,融合惯性导航系统,同时加入系统安装空间误差及时间不同步误差作为观测噪声输入到扩展卡尔曼滤波器中优化状态空间模型,从而实现室外短时弱卫星信号场景的高精度定位。接着,针对机器人在不同场景之间运动难以连贯持续定位的问题,在半开放的室内外中间模糊地带中,本文提出了基于概率密度函数拟合的室内外模糊场景下位置聚合算法。融合蓝牙、惯性导航、RTK(Real Time Kinematic)三种方式,利用Gamma函数拟合三种定位技术的误差分布,并提出了时间远近加权法将其聚合成单一的位置估计,达到室内外的平滑过渡,提高了组合导航系统的稳定性。最后,基于上述的定位算法,本文设计并实现了多源融合的高精度定位终端。选用***8MMini作为核心处理器,NEO-M8T作为GNSS(GlobalNavigation Satellite System)接收机,OPENIMU300 作为惯性导航传感器,结合电源模块、通信模块、接口拓展模块设计4层PCB(Printed Circuit Board)硬件电路板,同时设计个性化蓝牙信标接收器,通过USB接口外接终端电路板,采集定位所需蓝牙信号。通过实际室内环境和室外环境测试验证终端的性能,现场测试表明,本文设计实现的终端在实验环境中能较好地实现亚米级平均定位精度,达到了泛在高精度定位的目标。

关键词： 分裂波束   探鱼声纳   硬件设计   FPGA   发射机   接收机  

摘要： 随着渔业资源评估、海洋牧场以及大型网箱鱼类养殖等技术的快速发展,分裂波束探鱼声纳逐渐成为了不可或缺的鱼类资源监测和研究工具。本文以“基于水下无线传感网络的深水网箱养殖智能化监测关键技术研究”项目为背景,开展分裂波束探鱼声纳硬件系统的设计与实现。本文首先对分裂波束探鱼声纳的国内外发展现状进行了介绍,分析了其基本工作原理,并给出了分裂波束探鱼声纳硬件系统的主要技术指标,为论文的开展提供了理论依据。其次,根据技术指标,对分裂波束探鱼声纳硬件的相关参数进行了分析计算,主要包括换能器性能、发射声源级、接收机可控增益范围等参数的计算,并据此设计了分裂波束探鱼声纳的工作流程以及系统结构方案。然后,重点对分裂波束探鱼声纳硬件系统的设计与实现展开研究,主要包括模拟电路、数字电路以及FPGA内相关逻辑的设计与实现。其中,模拟电路部分主要包括发射机、接收机以及电源转换电路;数字电路部分主要包括A/D采集电路、D/A增益控制电路、串口通信电路、以太网通信电路以及温度采集模块;FPGA内逻辑实现主要包括发射机信号源、接口逻辑控制、TVG增益控制、数据通信以及温度采集等功能。最后,对分裂波束探鱼声纳硬件系统进行了详细的测试与验证,主要包括对发射机、接收机、电源转换电路以及数字电路的模块分级测试;以及对各个模块进行组装,进行系统的联合测试,验证了系统各模块间可以稳定可靠的配合工作;最后进行了水池试验,初步验证电路性能以及系统功能。

标准号: GB/T 41142-2021

摘要： 本文件规定了核电厂基于计算机的安全重要系统硬件设计要求，包括硬件需求、设计和开发、验证和确认、鉴定、制造、安装和调试、运行、维护等相关内容。本文件适用于核电厂基于计算机的安全重要系统硬件的设计，及对预开发硬件（包括固件）的评估；也适用于可编程逻辑器件的设计过程和设计验证。本文件不适用于用于软件下载和检查的计算机硬件设施。

关键词： 短距离通信   传播性能   无线传感节点   CC1101  

摘要： 为提升城市主干道无线监测系统传输性能评估有效性,针对无线传感网络链路通信质量评估,设计出一种节点硬件电路。从不同评价因子影响角度,研究无线传感节点模拟在林荫小道上433 MHz频率下的传播特性,分别得出信号接收强度值(RSSI)、链路质量指示值(LQI)以及包接收率(PRR)与距离的关系。结果表明,拟合出的RSSI值呈对数距离损耗模型特性,η值在2.354~2.745,LQI值呈指数型曲线上升,PRR随着距离由近到远不断降低。通过传输衰减特点分析可知,在60 m处的稳定性较好,可以在此处布放节点建立传感网。传输链路性能评估的研究为实现无线传感网找到最佳理想通信路径和布放点提供了重要基础。

关键词： 公钥密码学   后量子密码学   CRYSTALS-KYBER   高层次综合   优化设计  

摘要： 公钥密码学对全球数字信息系统的安全起着至关重要的作用。然而,随着量子计算机研究的发展和Shor算法等的出现,公钥密码学的安全性受到了潜在的极大的威胁。因此,能够抵抗量子计算机攻击的密码算法开始受到密码学界的关注,美国国家标准与技术研究院(National Institute of Standards and Technology,NIST)发起了后量子密码(Post-quantum cryptography,PQC)算法标准全球征集竞赛。在参选的算法中,基于格的算法在安全性、公钥私钥尺寸和运算速度中达到了较好的权衡,因此是最有潜力的后量子加密算法体制。而CRYSTALS-KYBER作为基于格的密钥封装算法(Key encapsulation mechanism,KEM),通过了该全球征集竞赛的三轮遴选。对于后量子密码算法,算法的硬件实现效率是一个重要评价指标。因此,本文使用高层次综合工具(High-level synthesis,HLS),针对CRYSTALS-KYBER的三个主模块(密钥生成,密钥封装和密钥解封装),在不同参数集下探索了硬件设计的实现和优化空间。作为一种快速便捷的电路设计方法,HLS可以用来对不同算法的硬件实现进行高效和便捷的探索。本文利用该工具,对CRYSTALS-KYBER的软件代码进行了分析,并尝试不同的组合策略来优化HLS硬件实现结果,并最终获得了最优化的电路结构。同时,本文编写了tcl-perl协同脚本,以自动化地搜索最优优化策略,获得最优电路结构。实验结果表明,适度优化循环和时序约束可以大大提高HLS综合得到的KYBER电路性能。与已有的软件实现相比,本文具有明显的性能优势。与HLS实现工作相比,本文对Kyber-512的优化使得封装算法的性能提高了75%,解封装算法的性能提高了55.1%。与基准数据相比,密钥生成算法的性能提高了44.2%。对于CRYSTALS-KYBER的另外两个参数集(Kyber-768和Kyber-1024),本文也获得了类似的优化效果。

关键词： 肢体康复器   控制器   硬件设计   CMOS芯片  

摘要： 考虑到双腿的肌力水平不同,因而设计一种控制器能满足两路交流伺服电机和两路直流电机的控制。通过双施力器进行协同控制将会取得更加科学、高效的训练效果。该结构采用集约化的设计思想,集成度高、功能完善,且座椅、施力臂电控可调化的设计,满足不同使用者的实际需求。对硬件控制结构模块化处理,详细地介绍了所设计电路各个模块的功能和芯片选型,然后以ARM处理器CMOSLDO50为核心,对每个模块进行了电路设计,根据硬件电路布线的相关规则,完成了稳定可靠的控制器硬件设计,为顺利进行后续的研究工作奠定了基础。

关键词： 弹载计算机   硬件平台   DSP   FPGA  

摘要： 弹载计算机硬件平台是弹上信号处理、制导率解算和飞行控制等的运算平台,是系统工作的核心部件。根据国产器件发展水平和弹上运算能力、速度需求,提出了基于多核DSP+FPGA架构的全国产化器件弹载计算机硬件平台的设计。对比分析了国产和国外DSP、FPGA等核心器件的功能、性能差异和使用注意事项,阐述了处理器电路、存储器电路、FPGA控制电路和时钟、供电、复位等设计方法。经实际应用验证,硬件平台设计合理、工作稳定。

关键词： 防御控制系统   网络入侵   弹性搜索   入侵数据防御   实时监控   硬件设计   软件流程  

摘要： 目前研究的网络入侵数据防御控制系统识别时间较长,而且不能完全弹出所有的木马信息。为了解决上述问题,基于弹性搜索设计了一种新的网络入侵数据防御控制系统,从系统硬件和软件两方面进行优化设计。硬件设计的主要内容包括探测器、中央处理器和存储器,探测器寄存于系统网络和系统主机中,内置嗅觉探测器、数据预处理器、入侵规则分析器、入侵警报模块以及节点控制模块,实现对系统网络运行的实时监控。中央处理器的核心处理芯片采用STM32F103VCT6单片机,主要通信接口为SOI接口,电路非常简单且易于实现,并成功实现了在存储器中建立FLASH文件系统,使FLASH芯片能够对存储器中的文件进行读写等操作。通过采集运行数据和应用程序的日志、收集信号、选取置信度阈值、数据划分、识别数据分析结果完成软件流程。实验结果表明,基于弹性搜索的网络入侵数据防御控制系统能够有效缩短系统识别时间,并在识别网络入侵数据的过程中弹出木马信息。