基于FPGA的多通道高速串行数据采集系统设计

针对卫星导航信号抗干扰领域中进行高精度高速多通道数据采集的需要,系统采用ADI公司的16位高速串行AD转换芯片AD9653,完成模数转换,其转换精度可达16比特,转换速率最高为125MSPS。分析AD9653的高速串行数据接口特点,采用Xilinx公司的Kintex-7系列FPGA提供的片同步技术,进行位时钟自适应相位校准和数据帧调整研究,保证了高速串行数据传输的稳定性与正确性。采用内部FIFO数据缓存的方式实现多通道数据的片内同步以保证后续抗干扰算法的正确处理。研究结果表明,使用该方法进行高速串行数据采集时系统稳定可靠、正确无误。为多通道高速串行数据采集提供了一种切实可行的解决方案,对类似需求的数据采集系统具有一定的参考价值。

基于多载波调制的太赫兹通信感知一体化系统性能联合优化

单一的雷达指标和通信指标难以评价通信感知一体化(Integrated Sensing and Communication, ISAC)系统的整体性能,不同的ISAC应用场景对通信和雷达的性能需求不同。提出了ISAC联合优化方案,能够将通信指标和雷达指标联合,并使一体化波形根据不同场景做适应性改变,提高了ISAC系统整体性能。推导了雷达条件互信息(Mutual Information, MI)和通信数据信息速率(Data Information Rate, DIR),在总功率的约束下,设计并实现了雷达MI和通信DIR的联合优化方案,通过求解凸函数优化问题得到了优化的发射功率,从而优化一体化波形。通过仿真和实验验证了联合优化方案的有效性,对比了基于正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing, OFDM)信号和正交啁啾分复用(Orthogonal Chirp Division Multiplexing, OCDM)信号调制的光子太赫兹一体化系统的优化效果,得出OFDM一体化系统具有更好的优化效果,性能提升较大。

面向光芯片测试的ATE数据存储传输系统的设计

光芯片是在光纤系统中实现光电信号转换的重要器件,因此在生产制造完成后需要经过大量测试。集成电路自动测试设备(auto test equipment,ATE)是现今芯片测试中所使用的主要设备,在对光芯片测试时有自动化程度高、精度高、测试范围广、速度快等优势。由于ATE设备每次测试时需要传输大量数据,而太长的测试时间会提高测试成本,因此ATE系统对数据的交换速度要求很高。为了提高光芯片测试过程中数据传输和存储的效率,设计了一套基于嵌入式系统芯片和FPGA的高速数据存储传输系统,通过使用增强型直接存储器访问模块驱动GPMC接口以提高传输带宽,在FPGA上优化了数据的传输方式以提高DDR3 SDRAM的接口利用率。经过上板测试,单通道下读写带宽分别达到413.3 Mbit/s和984.6 Mbit/s,实现了数据在系统中高速传输与稳定存储。

X波段低相噪蓝宝石振荡器

设计了一款低相噪蓝宝石振荡器并对其进行温度控制,基于蓝宝石谐振器理论,采用有限元仿真软件完成了蓝宝石谐振器设计。蓝宝石谐振器实测中心频率为9.84 GHz,有载Q值113 000。将该蓝宝石谐振器作为选频网络与放大器、滤波器、移相器和耦合器构成低相噪蓝宝石振荡器。振荡器的输出工作频率9.84 GHz,输出功率9 dBm,偏离载波1 kHz处相位噪声为-117 dBc/Hz,偏离载波10 kHz处相位噪声为-144 dBc/Hz,偏离载波100 kHz处相位噪声为-161 dBc/Hz。该振荡器有助于提高雷达对于低慢小目标的检测能力。

面向高速移动场景的高速公路视频采集和自动化传输系统设计

针对高速移动带来的多普勒频移以及子载波干扰,设计了面向高速移动场景下的高速公路视频采集和自动化传输系统。通过数据采集层获取高速公路开关量信号以及视频信息,由数据处理层对其作降噪及增强,采用数据传输层的无线数字传输网络调用基于BEM-wiener的信道估计算法确定高速公路视频传输信道,完成视频信息的上传后,通过应用层分析,实现高速公路路况及突发异常事件的监测。通过试验,得出该系统可采集高速公路视频图像,视频图像清晰、视野宽阔、路况信息丰富;高速移动场景下高速公路视频数据包接收成功率达到0.9左右,BER指标值最小,数据传输效率高,传输时间最多不超过2.5 s,且丢包率小,最大丢包率为1.25%,具有较强的应用性。

面向电力气象数据的多源异构数据融合方法研究

输电线路覆冰是影响电网可靠性的重要因素,针对传统人工巡检提取数据的方法存在安全性较差且计算效率偏低的问题,文中对多源异构的相关电力气象数据进行了融合处理与分析,并提出了一种覆冰等级检测算法。该算法使用改进SVM对数据进行分类,以弥补计算冗余的不足,同时采用WOA算法对LS-SVM算法的参数加以优化,从而提高了算法的实时性和准确度。通过LSTM网络对分类后的数据进行特征提取,实现了对相关数据时序特征的分析。在实验测试中,所提算法的准确率、召回率及F1值等指标均优于对比算法,且准确率可达92.69%,证明其具有良好的运算性能,能够利用多源气象数据对输电线路的覆冰等级进行准确预测。

基于STM32的USB键盘研究与设计

USB协议为电脑和外设之间提供了数据传输的接口,随着计算机技术的更新迭代,成为了当下主流的解决方案,本文介绍了一种基于意法半导体公司的STM32硬件平台所设计的USB键盘。该设备作为USB Custom HID设备,实现了双向USB数据的收发,充分利用STM32的软硬件资源。测试结果表明,该键盘性能稳定,可靠性高,与操作系统适配性良好,具有一定的参考价值。

基于循环谱特性的扩展二元相移键控解调算法

介绍了扩展二元相移键控调制(Extended BPSK调制,以下简称EBPSK调制)信号模型及其二阶循环谱特性。对平稳信号匹配滤波进行拓展的基础上,提出了一种新的基于循环谱特性的EBPSK解调算法,由此给出基于该解调算法的EBPSK接收机框图,并对该解调算法性能进行了分析,最后进行了仿真验证。理论分析及仿真结果表明:基于循环谱特性的EBPSK解调算法利用噪声与EBPSK信号在循环频率域上的差别,能够有效分离在频域和时域都重叠的噪声和EBPSK信号,为EB-PSK调制的实用化提供一种有价值的参考。

Zemax与Matlab动态数据交换及其应用研究

为了将Zemax的光学系统设计和分析功能与Matlab强大的矩阵计算和数据分析功能很好地结合起来,对Matlab和Zemax的DDE(dynamic data exchange动态数据交换)通信技术进行了研究,并将其应用于计算机辅助调腔技术的数值模拟过程中。通过动态数据交换完成Matlab对Zemax的控制,实现了二者之间的数据传递,即在Matlab的控制下,实现对光学系统结构的改变,并获取输出光束的Zernike多项式系数值,从而大大方便后续数据处理工作。同理,其逆过程可以将计算得到的结果反馈到光学系统中,用于系统优化。二者的动态数据交换技术可提高研究过程中数据的可靠性和工作效率。

基于ATCA架构的可重构通信处理机设计

随着数据通信的飞速发展,各种业务需求日益剧增,基于先进电信计算机架构(ATCA)平台,选择可重构的嵌入式系统处理机就显得非常有必要。结合ATCA架构的特点,选择MPC8548E处理器作为处理机,提出了基于1000M以太网和PCI-E数据交互的通信系统模型,设计并实现了一种可重构的通信系统处理机,为基于ATCA架构的电信产品提供了灵活的应用选择。测试结果表明,该处理机无论在电气特性方面,还是在数据的处理能力方面都达到了业内相对领先的地步。

基于STM32的A/D采样软件滤波改进算法研究

在工程实践和实验中,经常要对经过A/D转换后的数据进行采集,但由于存在外界干扰和电路设计不合理等因素,将会导致数据不停的跳变,非常不稳定。为了改善这种情况,有效地去除干扰,提出一种改进的软件滤波算法。采用STM32作为高速处理器,对16个通道的A/D连续采样1 600次,每个通道采集100次,将采样到的数据通过内部的高速DMA通道传送到内存的数组中。首先对每个通道的100个数据进行冒泡排序,去掉排序后的前后各10个数据,用剩余的80个数据再取平均值。测试结果表明:这种改进的均值滤波算法,能够有效的去除跳变的干扰数据,使得处理后的数据变得稳定、可靠,提高了精度和稳定性。

基于光纤通道的高速数据传输系统主机接口设计

介绍了光纤通道协议用于数据传输的优点,提出了基于光纤通道的高速数据传输系统主机接口的设计方案,给出了接口的硬件结构和软件设计。

基于TCP/IP协议的远程图像/数据传输研究

为了解决建筑物的能耗监控问题,研发了一款具有远程图像发送功能和数据接收功能的系统。该系统基于TCP/IP协议,采用典型的客户服务器模式,运用文件流技术读取并写入数据,运用数据流技术传送和接收数据,并将数据传送到监控中心,监控中心用Access数据库存储数据。另外,通过对数据块大小与传输速率之间关系的研究,得到了一个在硬件条件允许下的最优传输方案,使传输速率达到了相对的最大。研究结果表明,该研究为能耗的监测工作奠定了基础。

一种改进的MIMO-OFDM帧同步和载波频偏估计方法

在MIMO-OFDM系统中,每个接收天线上的信号都是多个发送天线信号的叠加,再加上多径的影响,使得帧同步比一般OFDM系统更加困难,为此提出了一种改进的用于MIMO-OFDM帧同步和载波频偏估计的正交帧头结构.通过在时域直接生成同步帧头,并在频域修正其频域特性,这种正交帧头能够区分每个发送天线到接收天线的不同到达时间,是通常的时域生成的正交帧头的改进,在保证时域正交性的同时,又具有良好的频域特性,有利于数字上变频.Matlab仿真结果表明,这种改进的帧头结构在帧同步和载波频偏估计中都有很好的性能.

基于Ad Hoc的微震监测数据传输系统设计

微震监测网络具有节点间距大、分布范围广、数据量大的特点,其数据传输方式仍以有线传输为主,存在线缆铺设困难和成本高等问题。设计基于Ad Hoc的微震监测数据传输系统,利用远距离无线网络模块和Ad Hoc技术,结合AODV无线路由协议,在无需其他基础设施的情况下即可实现数据的多跳转发,从而实现整个网络的数据传输。实验结果表明,该系统布置灵活方便、成本低,同时具有传输时延短、数据传输速率高的特点。

基于广义Gabor变换的最优LOFDM系统的脉冲成形

LOFDM(LatticeOrthogonalFrequencyDivisionMultiplexing)是时频弥散信道上的一种高速数据传输技术。但当LOFDM系统的脉冲成形滤波器不具有最优的时频局域化特性时,必将引入严重的ISI和/或ICI。因此脉冲成形滤波器的设计是最优LOFDM系统设计的重要组成部分。Strohmer和Beav(2001,2003)给出了一种LOFDM脉冲成形滤波器的设计方法,但是计算量较大。为此,该文提出了一种广义Gabor变换,通过构造广义紧致Gabor原子来完成最佳LOFDM脉冲成形滤波器的设计的数值实现。理论分析和仿真试验都证明该方法比Strohmer和Beaver给出的方法更简单有效。

一种新的MPPSK调制解调器实现结构

为了简化多元位置相移键控(MPPSK)接收机的结构并提升其解调性能,给出了一种MPPSK调制器的实现结构,并提出了一种全新的基于冲击滤波多路判决的MPPSK解调器实现结构.该解调器结构先对冲击滤波器的输出信号取绝对值并进行低通滤波处理,再将得到的冲击包络通过由不同位同步信息控制的抽样判决器,将判决结果叠加,即可得到最终的符号序列.仿真结果表明,与基于锁相环的解调器结构相比,该解调器的结构更简单,解调性能更好.随着进制数的增大,MPPSK调制信号功率谱的边带线谱逐渐降低甚至消失,从而紧缩了信号功率谱,降低了邻道干扰,提高了频谱利用率.因此,在加性高斯白噪声信道条件下,该实现结构具有较强的应用优势.

EBPSK调制信号功率谱分析

调制技术对数据传输效率有重要意义。提出EBPSK调制方法,推导了其功率谱解析表达式,给出EBPSK在不同调制指数时功率谱理论值与仿真结果,验证了理论分析的正确性。同时,揭示了EBPSK已调信号功率谱随调制角变化的规律;并对功率谱、频谱效率及其与抗干扰性能关系进行了分析。

基于nRF24E1和DS18B20的无线测温系统

针对目前温度采集系统对数据无线传输、多点采集的需求,提出了基于无线收发芯片nRF24E1的短距离无线多点温度测量系统。系统以射频收发芯片nRF2401为核心,采用数字式温度传感器DS18B20精确测温,实现了短距离无线传输和多点温度数据的采集,并将数据发送至上位机,实现了温度数据的存储、显示、查询等功能。实践结果表明:该系统能够应用在多种温度测量领域,单点测温误差在±0.5℃以内,室内发射距离约30 m.

基于知识融合和聚类引导的语言模型用于MOFs合成信息分类

金属有机框架(MOFs)的合成实验步骤通常集中存储在科学文献某一段落内,从文献中提取实验步骤对推动新型金属有机框架的开发具有重要意义。现有研究存在两个问题:第一,将整篇文献视为普通文本,按句/段直接切分处理,忽略了上下文中隐藏的高级知识;第二,模型未深入挖掘数据内部的隐藏模式。针对上述问题,提出一个基于知识融合策略的高质量知识补充任务。利用科学文献编辑风格和结构化Web数据的微妙之处,将上下文关键知识汇集到段落中,进而优化其文本表征;然后提出一种基于聚类引导的自适应分类算法,采用聚类算法将文本表征划分为多个簇,同时训练不同的分类模型来适应不同的簇,从而有效地减少数据重叠的影响,提高模型召回率。实验结果表明,所提方法的性能相比主流基线模型有较大提升。