基于FPGA的LVDS+RS422远距离高速通信设计与实现

针对高速信号远距离传输时存在数据可靠性下降的问题,文中设计了一种基于FPGA的软硬件结合的长线传输方案。该系统在数据传输过程中,采用NI公司的LVDS串化器芯片SN65LV1023A和SN65LV1024B作为发送与接收芯片。驱动器和均衡器的配合使用,减少了信号衰减,同时增加了电路的驱动能力和信号传输距离。在指令传输与状态反馈的电路中采用RS422通信协议,并加入保证传输可靠性的隔离芯片,极大地简化了电路。在软件方面为提高抗干扰能力,添加了8B/10B编码、指令的三判二机制和校验字,降低了误码率,提高了传输稳定性。经验证,此设计可在90 m电缆以320 Mbit/s速率零误码传输。

基于精化预积分的GNSS/IMU/视觉多源融合定位方法

针对传统预积分算法固定地球重力值和忽略地球自转的问题,提出一种考虑地球自转和重力变化的惯性测量单元(inertial measurement unit, IMU)预积分算法。参照高精度捷联惯性导航解算的动力学模型,在IMU预积分动力学模型的姿态更新中引入地球自转角速率,速度和位置更新中引入由地球自转引起的科里奥利加速度,同时将由载体位置引起的地球重力变化及时反馈至预积分算法中,详细推导了引入地球自转和重力变化后预积分算法的具体过程,实现对传统预积分模型的精化。并将精化的预积分算法应用于基于紧耦合全球导航卫星系统(global navigation satellite system, GNSS)/IMU/视觉多源融合系统中,实测实验结果表明:利用精化的预积分模型可使系统预积分的模型误差有效减小,显著提升多源融合系统整体的定位定姿精度,其中系统定位精度提升32.41%,航向角精度提升4.23%。

城市环境下多系统PPP/INS定位测速性能分析

为了进一步提升动态环境下的组合导航定位测速的精度,对城市环境下多系统精密单点定位(PPP)/惯性导航系统(INS)定位进行测速性能分析:基于消电离层组合PPP模型构建松、紧组合PPP/INS模型,利用卡尔曼滤波实现PPP/INS定位测速算法;然后通过车载实测数据验证PPP/INS模型的定位测速精度,并分析全球定位系统(GPS)/INS松、紧组合,GPS+伽利略卫星导航系统(Galileo)/INS松、紧组合和GPS+格洛纳斯卫星导航系统(GLONASS)+Galileo/INS松、紧组合的定位、测速性能。结果表明,PPP/INS的定位精度在观测卫星数目较多的情况下可达到厘米级,测速精度可达到亚厘米级;在城市环境中采用多卫星系统组合是改善精度的一个重要途径,在观测卫星数目较多的情况下松组合与紧组合精度基本相当,全球卫星导航系统(GNSS)观测状况不佳时,紧组合与松组合模式相比精度可有明显提高;不同卫星系统下,紧组合较松组合的测速精度均能有所提高。

一种融合5G CSI和地磁的集成学习定位方法

针对深度学习算法在多传感器融合定位中容易出现的局部收敛、异质融合性能不佳等问题,本文提出了一种集成双向长短期记忆网络(BiLSTM)和注意力机制的多输入卷积神经网络(CNN)的室内定位算法。该算法首先对5G信道状态信息(CSI)和地磁数据分别进行预处理;然后各自基于独立的分支网络进行离线训练,同时提取指纹数据的空间特征和时序特征,追加注意力机制层;最后在全连接层实现了异质传感器数据的融合定位。在会议室和教学楼大厅的试验结果表明,平均定位误差分别为0.95和1.84 m,相比误差反向传播网络(BPNN)分别提高了48.9%和42.7%,定位精度和系统稳定性均大幅提升。

北斗新频点B1C/B2a精密单点定位综合性能

为对比北斗三号卫星导航系统新老信号的定位性能,利用连续两周17个MGEX测站观测数据对BDS-3新频点B1C/B2a消电离层组合精密单点定位(PPP)服务进行全面评估。结果表明,单系统BDS-3 B1C/B2a静态PPP在E、N、U三方向的精度分别为1.3 cm、0.8 cm、1.9 cm,仿动态E、N、U三方向的精度分别为2.6 cm、1.8 cm、4.2 cm;与BDS-3 B1I/B3I组合相比,静态E、N两方向精度相当,U方向提升13.6%,仿动态三方向精度相当,差值在1 mm以内。BDS-3 B1C/B2a静态PPP三维精度40 min可达cm级,仿动态PPP三维精度5 min达到dm级。双系统BDS-3 B1C/B2a+GPS L1/L2静态PPP三维精度20 min达到cm级,仿动态PPP三维精度30 min达到cm级;与双系统BDS-3 B1I/B3I+GPS L1/L2对比,两者定位精度和收敛速度基本一致。综上所述,可以证明B1C/B2a信号的定位性能优于B1I/B3I信号。

5G信道状态信息信号质量及指纹定位性能分析

5G信道状态信息(channel state information,CSI)具有丰富的特征信息,是一种理想的指纹定位信号,但信号质量易受环境干扰,对定位性能影响较大.为了分析不同因素对5G信号质量和定位性能的影响程度,本文首先阐述了5G信号特征和基于支持向量回归(support vector regression,SVR)的定位算法,分析了数据采集时终端的高度、方向、人体遮挡等因素对信号质量的影响,测试了廊厅、小办公室和中型会议室三种场景下的定位性能.结果表明:5G信号质量受周围环境影响较大,在干扰较小的情况下,基于5G CSI的位置指纹定位算法在三种场景下的定位精度分别为0.93 m、1.46 m和1.94 m,能够满足大多数室内定位应用需求.

国际地球参考框架ITRF2020的定义和实现

国际地球参考框架(ITRF)是目前理论背景最完善、构建方法最全面、实现精度最高的全球地心基准,也是世界各国在建立区域地心基准时的重要参考。给出了国际地球自转与参考系统服务组织(IERS)最新发布的ITRF2020的理论定义,重点讨论了各专业技术组织提供的数据资源和计算模型,以及IERS在数据整合时的处理策略,并对基于震后形变(PSD)模型的位置计算进行了讨论,给出了相对于ITRF2014的改进和转换参数。ITRF2020首次区分了地球的质量中心和形状中心,并考虑了PSD模型的季节性信号,提高了坐标框架精度,为地球科学研究和应用提供了统一基准,对精化和维持我国地心参考框架具有重要参考意义。

基于FPGA的高速图像采集传输系统

针对机器视觉系统需要采集图像进行实时处理的要求,设计了一种基于FPGA的高速高性能图像采集传输系统。系统由FPGA作为主控制器,采用PYTHON1300图像传感器采集图像数据,利用DDR3缓存图像数据,通过千兆以太网向上位机传输图像数据,同时接收上位机下发的配置命令以此配置传感器。系统正常工作时以90帧/s的速率采集传输分辨率为1280×1024的图像,满足机器视觉系统对实时图像采集的要求,且可靠性高。

弹地高速传输系统优化设计

针对弹地传输系统在长距离传输过程中信号会产生衰减和干扰的问题,文中提出一种软硬件相结合的弹地高速传输系统。硬件电路中加入均衡和驱动芯片补偿信号的衰减,通过阻抗匹配减少耦合的影响,提高整个传输链路的传输质量,使接收到的信号波形更完整;在软件优化方面,采用8 B/10 B编码平衡传输数据中“0”和“1”的个数,通过CRC校验验证传输数据的正确性。采用的重传机制中加入包计数,通过识别发送的指令类型以及对应的包计数,有效地判断下一步应该传输的数据包;通过计算获取指令的时间,保证系统可以响应重传;通过对硬件电路和软件逻辑的双重优化,提高传输链路和传输系统的可靠性。验证结果表明,所设计的弹地传输系统在传输LVDS串行数据时,出错位为0,误码率为0,没有丢帧现象。

宜兴市茶园土壤养分状况分析

为了掌握江苏省宜兴市茶园土壤养分状况,于2021年在全市范围内选择了6个茶园,对茶园土壤的养分现状、基本理化性状和微量元素含量状况等进行了测定分析。结果表明:宜兴市茶园土壤容重较大、土壤阳离子交换量较小;土壤pH、有机质含量、全氮含量、有效磷含量、速效钾含量均达到高产优质茶园土壤肥力标准,但是土壤pH已接近高产优质茶园土壤肥力指标的最低临界值(4.5);土壤有效镁含量、有效锌含量、有效铁含量、有效铜含量、有效硼含量、有效硫含量和Ca/Mg含量适宜,达到高产优质茶园土壤肥力标准,但是土壤有效钼含量、有效锰含量较低,未达到高产优质茶园土壤肥力标准;各项指标在不同茶园之间有一定程度的差异化,变异系数范围为12.11%~97.10%,属于中等变异。建议宜兴市根据不同茶园的土壤养分状况,因地制宜地进行土壤养分管理、坚持施用有机肥、平衡施用氮磷钾肥,以期为宜兴市茶叶优质高产提供坚实基础。

不同土壤改良措施对大棚菜地高度盐渍化土壤改良效果研究

设施菜地土壤次生盐渍化现象普遍,严重制约了设施蔬菜的可持续发展。以高度和超高度大棚次生盐渍化土壤为对象,研究不同土壤改良措施对大棚青菜产量、氮肥利用率及土壤性状的影响。在两种盐渍化程度的大棚土壤上分别开展田间试验,设置相同的6个处理:不施氮肥(0%N)、常规施氮(100%N)、施石灰氮+常规施氮(Lime+100%N)、施石灰氮+减氮20%(Lime+80%N)、施石灰氮+填闲玉米+常规施氮(Lime+corn+100%N)和施石灰氮+填闲玉米+减氮20%(Lime+corn+80%N)。结果表明:与100%N处理相比,Lime+corn+80%N处理的青菜产量在高度、超高度次生盐渍化土壤上分别增产91.8%(11.3 t/hm^(2))和62.2%(5.6 t/hm^(2)),显著提高了氮肥利用率。在高度盐渍化土壤上,与100%N处理相比,施石灰氮可使土壤电导率降低16.0%~19.7%(P<0.05),对土壤pH无显著影响;与施石灰氮处理(Lime+100%N和Lime+80%N)相比,土壤电导率在Lime+corn+100%N和Lime+corn+80%N处理下分别降低了49.4%和55.2%(P<0.05),土壤pH升高3.4%和12.6%。在超高度盐渍化土壤上,与100%N处理相比,施石灰氮处理对土壤电导率无显著影响,可使土壤p H升高14.1%~16.0%(P<0.05);与施石灰氮处理相比,土壤电导率在Lime+corn+100%N和Lime+corn+80%N处理下分别降低了43.7%和49.2%(P<0.05)。不同土壤改良措施在高度盐渍化土壤上显著提高了土壤孔隙度,降低了土壤有效磷和速效钾含量,而在超高度盐渍化土壤上影响不显著。

基于自适应惯导辅助特征匹配的视觉SLAM算法

为提高视觉同步定位与建图系统的定位、建图精度,克服传统算法中特征匹配搜索半径为固定值导致视觉里程计在高动态运动时特征误匹配率高的问题,本文提出一种搜索半径自适应的惯导辅助图像特征匹配方法。该方法首先对双目相机左右两帧图像进行特征提取与匹配,并获取地图点三维坐标,然后通过预积分惯性测量单元的量测值预测相机位姿,再根据误差传播定律计算预测位姿的协方差,最后利用预测位姿将地图点投影至图像得到对应像素坐标,从而根据像素坐标中误差确定地图点最有可能出现的区域半径。实验结果表明,该方法可有效缩小特征匹配的搜索半径,显著提高图像特征匹配的准确度,使跟踪线程位姿精度提高约38.09%,系统整体位姿精度提高约16.38%。该方法可为每个特征点提供自适应区域约束,提高特征点匹配的准确度,进而提升系统位姿估计精度,构建更高精度的稠密地图。

城市环境下多系统实时PPP/MEMS INS紧组合模型构建与性能分析

以GNSS和INS为代表的传感器提供的高精度实时位置是自动驾驶、智能交通等领域的重要基础。为提升GNSS和MEMS INS在城市环境下的实时定位性能,本文利用IGS播发的实时精密轨道和钟差改正数,构建了多系统实时PPP/MEMS INS紧组合模型,分析和评估了多系统实时PPP与PPP/MEMS INS紧组合的性能,并与事后精密产品获得的结果进行对比。试验结果表明,在GNSS短时中断期间,多系统PPP/MEMS INS紧组合可以实现连续可靠定位;水平和高程分量的定位精度分别可达0.374和0.339 m,但与事后精密产品相比仍有差距,点位定位精度相差约为0.15 m。PPP/INS紧组合的测速及定姿精度主要取决于INS,测速精度约为1 cm/s,与使用IGS事后产品得到的结果相比,无明显差异;航向角的可观测性较弱,静止期间航向角误差明显增加。

一种5G辅助地磁匹配的室内定位方法

针对地磁匹配存在误匹配、定位误差较大等情况,提出一种5G信号辅助地磁匹配的定位方法,利用5G的CSI粗定位约束地磁匹配范围,从而获得较高的定位精度。分析了5G信号和地磁匹配定位的不同特点,并利用BP神经网络对5G信号进行粗定位,再以该结果作为约束条件筛选地磁匹配区域,然后在该区域利用动态时间规整算法进行地磁匹配,实现5G辅助下的高精度地磁匹配定位。实验结果表明,基于5G的CSI的单基站定位方式的精度约为2~3 m,5G辅助地磁匹配的组合定位可有效解决地磁误匹配问题,平均误差在1 m以内,能够满足大多场景下室内定位的需求。

一种基于组合赋权法的小波去噪质量评价方法

针对传统质量评价指标在小波阈值去噪中理论依据不足的问题,提出了一种基于组合赋权法的小波去噪质量评价方法,能够为小波去噪参数的选择提供有效评价。通过分析在真值未知情况下均方根误差(RMSE)、信噪比(SNR)、平滑度等单项指标的特点,选取RMSE与平滑度作为小波去噪指标,对其进行归一化处理,采用信息熵权与变异系数的方法进行组合赋权,将归一化指标与对应权值线性组合,得到一种新的指标即为复合评价指标,其值越小,说明去噪效果越好,所选参数越优。仿真实验表明,在真值已知情况下,该评价指标具有更高的准确性,能够适用于不同的分解层数与小波基函数,具有比传统方法更好的适用性;实测数据表明,所提方法得出的小波去噪峰值域更加光滑,波形更加平稳,去噪效果更佳。

基于BP神经网络的WiFi/地磁定位方法

针对WiFi在室内定位中信号波动性较大、地磁指纹存在误匹配等问题,提出一种基于BP神经网络的WiFi/地磁融合定位方法。该方法通过Z-score标准化消除WiFi、地磁数据不同量纲级的影响,同时,选取Tanh函数替代Sigmoid函数作为BP神经网络的激活函数,改善深度学习中梯度消失、梯度爆炸等问题。离线阶段,将处理后的WiFi、地磁数据作为输入层对改进的神经网络进行学习训练,在线阶段,将训练好的BP神经网络用于智能手机的定位。实验结果表明,文中提出的定位方式较单一传感器的定位方式整体定位精度提升约为14%。

基于FPGA和B61580S3的1553B总线RT/MT功能的设计与验证

1553B总线协议因具有优越的实时性、高度的数据可靠性以及可同时挂载多个终端等优势,在国内航空航天领域的电子交互网络中得到广泛使用。文中基于B61580S3协议芯片内置的16位缓冲模式实现了MIL-STD-1553B总线功能。采用VHDL硬件描述语言为FPGA设计了总线接口控制电路,通过FPGA对协议芯片的控制以及协议芯片内部数据自动解析和强大的中断机制,实现了RT/MT功能;通过测试台上位机软件对设计的1553B总线接口的测试与验证,结果表明接口设计可靠,传输误码率低,有较高的应用价值。

武术运动员体能与动作技巧协同发展的策略探讨

文章围绕武术运动员的体能与动作技巧的协同发展进行了策略探讨,并针对当前训练中存在的问题,提出了一系列优化建议:制订科学的训练计划、创新训练方法、注重技术动作与体能训练的结合、建立完善的评估体系,旨在通过这些策略,提高武术运动员的竞技水平,推动武术运动的发展。

基于可观性分析的捷联惯导快速自对准方法

初始对准的精度和速度直接影响惯性导航系统的工作性能,针对静基座条件下初始对准滤波模型的简化问题,提出一种改进的完全可观测初始对准模型;通过分析静基座条件下初始对准模型的可观测阵,构建降阶后的完全可观测初始对准模型;仿真实验验证在理想的静基座条件下所用方法的有效性,结果表明采用降阶法使得模型大大简化,在减少计算量的同时保证了对准精度;通过实测实验比较在实际条件下2种模型的结果,降阶模型能够加快收敛速度,有效消除不可观测状态量对整个系统的影响,总体来说,是一种相对优化的静基座初始对准模型。

基于GigE Vision的高速图像采集传输系统设计

随着人们对图像质量的要求越来越高,图像数据量大幅增加,传统的数据传输接口在一定程度上难以满足图像数据快速传输的需求,因此需要传输效率更快、性能更稳定的图像采集传输系统。利用千兆以太网高速稳定的传输特性,ZYNQ-7000全可编程系统ARM+FPGA的组合架构,设计了一款基于GigE Vision的高速图像采集传输系统,实现了图像数据的格式转换、存储和传输,最后通过RGMII接口输出到上位机,并且利用GigE Vision协议的通信方式接收上位机发出的指令,根据指令内容控制摄像头工作。经测试,系统实现了上位机对摄像头的控制功能,图像数据的传输功能,传输速率达到980Mbps,满足高速数据传输的要求且稳定可靠。