Real-time Parallel Processing System Design and Implementation for Underwater Acoustic Communication Based on Multiple Processors

ADSP-TS101 is a high performance DSP with good properties of parallel processing and high speed.According to the real-time processing requirements of underwater acoustic communication algorithms,a real-time parallel processing system with multi-channel synchronous sample,which is composed of multiple ADSP-TS101s,is designed and carried out.For the hardware design,field programmable gate array(FPGA)logical control is adopted for the design of multi-channel synchronous sample module and cluster/data flow associated pin connection mode is adopted for multiprocessing parallel processing configuration respectively.And the software is optimized by two kinds of communication ways:broadcast writing way through shared bus and point-to-point way through link ports.Through the whole system installation,connective debugging,and experiments in a lake,the results show that the real-time parallel processing system has good stability and real-time processing capability and meets the technical design requirements of real-time processing.

多通道平行流扁管-紧凑式翅片相变蓄热器蓄/放热性能

工业余热浪费严重、利用率较低且实际应用过程中受到时间和空间的限制,需要高效蓄热技术和装置来解决此类问题。提出一种将多通道平行流扁管与紧凑式翅片相结合的新型相变蓄热器,以水为载热流体,月桂酸为相变材料。实验研究了载热流体注入方式、流量、入口温度对蓄热器蓄/放热性能的影响,并分析小温差下蓄热器的传热特性。结果显示,该蓄热器相变材料填充率为82.5%,紧凑式翅片的采用极大强化了相变材料侧换热过程,蓄/放热性能优良。当载热流体入口温度分别为45℃和41℃时,相变材料约在270 min和75 min完成相变,最小蓄/放热温差可达2℃,最小温差时的平均蓄热比功率为25.18 W/kg,平均取热比功率为20.23 W/kg。

基于双模式分解多通道输入的VSC-STATCOM逆变器故障诊断模型

针对传统电压源型静止同步补偿器中逆变器故障诊断存在的信号特征提取不充分,深度学习网络识别能力不足以及高噪声情况下识别率较低等问题,提出了一种基于双模式分解、多通道输入(MCI)、并行卷积神经网络(PCNN)、双向长短时记忆(BiLSTM)网络和自注意力(SA)机制组合的逆变器故障诊断方法。首先利用变分模态分解和时变滤波经验模态分解对逆变器输出的三相电流进行分解,降低原始信号复杂程度,实现不同模态分量间的规律互补;其次,利用MCI-PCNN-BiLSTM-SA组合模型对特征矩阵进行深层特征提取、学习和识别;最后,通过仿真进行验证,结果表明所提方法特征提取能力较强,在无噪声情况下平均识别率高达99.48%,在高噪声情况下平均识别率达95.59%。

基于Modelica的并联多通道系统流动不稳定性仿真研究

在核反应堆堆芯并联通道中,流动不稳定性会导致临界热流密度(CHF)明显下降或使堆芯燃料组件产生机械振荡,从而危及反应堆正常运行。为了解决该问题,在参考某高温高压汽水两相热工水力实验装置的基础上,基于NUMAP软件搭建了并联双通道系统模型进行流动不稳定性仿真研究。实验表明,当并联通道数分别为2、3、4时,通过仿真计算相同工况条件下并联多通道系统流动不稳定性边界,流动不稳定性边界计算误差不超过±5%,验证了存在多个并联加热通道时采用并联双通道结构即可获得其流动不稳定边界,证实了该软件对流动不稳定性现象的瞬态分析能力。

多通道全频点并行接收技术研究

多通道并行接收适用于对大带宽信号的采集处理,针对大带宽高速跳频通信系统射频频率切换时间短、大射频带宽采集成本高等问题,提出了一种多通道全频点并行接收系统设计思路,提出了一种基于两级变频的多通道信号下变频处理方案。所提系统对频率切换响应时间要求小,工程实现难度低。

一种并行多路薄膜铌酸锂电光调制器

【目的】为了解决现有电光调制器体积大、集成度低和带宽小等技术问题,文章提出了一种并行多路薄膜铌酸锂电光调制器的设计方法,给出了薄膜铌酸锂电光调制器设计原理并分析了微波光传输链路增益和噪声系数指标。【方法】文章通过Lumerical Interconnect光学仿真软件,给出了微波光传输链路的仿真模型,分析研究了调制器半波电压对链路增益和噪声系数指标的影响,并对40 GHz 4路集成薄膜铌酸锂电光调制器的核心指标进行了测试。【结果】文章设计的4路集成薄膜铌酸锂电光调制器的插入损耗、半波电压、3 dB带宽和产品尺寸分别为4.5 dB、3.5 V、40 GHz和30 mm×20 mm×10 mm。使用薄膜铌酸锂电光调制器的微波光传输链路噪声系数约为30 dB。【结论】文章所提4路集成薄膜铌酸锂电光调制器比传统铌酸锂电光调制器性能更为优越。

PCHE细小多通道内天然气沸腾两相流分配特性数值分析

印刷电路板式换热器具有体积小、结构紧凑、换热效率高等特点,在天然气生产工艺中应用前景极为广阔,在PCHE换热过程中,冷、热侧通道内工质往往发生沸腾相变,各子通道间普遍存在汽液两相流分配不均问题,严重降低换热效率。对此,以换热器封头和12个细小通道为建模对象,采用天然气汽液两相混合物为工质,通过Aspen Plus软件获得其物性数据,基于VOF模型追踪相界面运动位置,构建适用于预测分析PCHE内天然气两相流分配特性的三维非稳态数值模型,并开展了相关数值研究。结果表明,相比于单相液态天然气,当换热器入口混入汽相工质变为汽液两相混合物时,各子通道间工质的质量流量相对标准偏差由0.0004增加到0.036,两者相差近100倍,分配不均现象明显加剧。导致该现象的主要原因在于来流汽相工质明显倾向于进入距离换热器入口最近的若干通道,使得这些通道的汽相流量显高于其他通道,各通道汽相工质流量分配特性整体上呈现明显的“峰值分布”,但是,随着换热器入口汽相工质流速的不断增大,各通道间汽相工质的流量分配不均现象逐渐缓和,而液相工质的流量分配特性发生明显恶化。

一种新型老炼信号驱动板的设计研究

老炼试验中,存在大量的各类型芯片。在试验过程中需要一路甚至是多路控制信号,这些控制信号波形简单,且频率基本在25 MHz以内。但是由于老炼试验批量性的特点,现有设备很难满足对信号源驱动能力、输出通道数的需求。目前市面上常见的信号源通常只有两通道输出,且每路输出信号的驱动能力无法保证在老炼试验中电路的批量性工作需求,信号质量衰减严重。为解决上述问题,设计了一种可以多通道并行,具有一定的驱动能力,并且可以适当进行占空比和幅值调整的信号驱动板。

沸腾并联管束多级节流下受热不均时流量分配计算模型研究

并联管网广泛存在于动力、化工、原子能设备中,管内为单相流动的复杂管网计算已趋复杂。对于管内为两相、考虑受热不均及多级节流方式下的管网计算目前还没有合适的数学模型,已有实验研究只能进行单相下缩小设备尺寸的比例模化,与实际设备相差较远。本文基于管网计算的两个基本规则,提出数学模型,获得了各单管或管屏的水动力特性曲线方程,从而计算出各分支管的流量。编制了程序,对模型的正确性进行了考验,该模型被证明是有效的。

高速多通道CCD图像数据处理与传输系统设计

针对航天光学遥感成像系统输出通道多、输出速率高的特点,提出一种高速、多通道CCD图像数据并行处理与传输系统的设计方案。该方案以FPGA为数据处理和控制核心,采用基于FPGA区域并行处理的数据处理方法,运用FPGA内部块RAM构建高速多通道CCD图像的缓冲区,在存取控制上采取区域缓存和时分复用的策略完成对高速多通道CCD图像数据的实时处理;而对高速多通道CCD图像数据的传输采用基于Channel link高速差分串行传输技术,以高速差分串行的LVDS(Low Voltage Differential Signal)数据流替代传统的并行"TTL/COMS"信号进行传输,使系统高速传输能力大大加强,并且功耗低,抗干扰能力强。研究结果表明,该设计具有较好的稳定性、灵活性和通用性等,并已成功运用于某40通道高速CCD成像系统中,系统并行处理和传输的总数据率高达7.68Gbit/s。

基于1 bit量化的超宽带同步技术研究

为有效简化FPGA运算复杂度,降低FPGA处理时钟,在传统的滑动窗相关的基础上,结合1bit量化方法及多径能量积累的抗多径算法,提出了一种基于1bit量化的超宽带多路并行同步方法,在此基础上设计了FPGA实现方案.推导分析了1bit量化同步方法对系统性能的影响,给出了信噪比损失的量化结果.仿真结果表明,在低信噪比条件下,1bit量化方法引入2dB的信噪比损失.在高斯信道和瑞利信道下,通过针对虚警概率和漏检概率的分析及仿真,找到最优门限范围.

MPC轴流管壳式换热器的壳程局部传热性能

对一种具有并流多通道进出口结构(MPC)的轴流管壳式换热器的壳程局部传热性能进行实验研究,分别在有壳程进口段分布挡板与无分布挡板的情况下,探讨了进口段局部表面传质努塞尔数的分布、局部平均表面努塞尔数与管束位置及雷诺数的关系,分析了进口段和换热器整体的平均传质努塞尔数与雷诺数的变化关系,揭示了壳程进口段的局部表面努塞尔数的分布规律,并进行了机理分析.研究结果表明,分布挡板能够有效促进壳程流场的分布,提高换热器壳程的整体传热性能.

多管平行通道流动不稳定性类型试验研究

针对由 7根双层套管单管组成的多管平行通道流动不稳定性试验段 ,进行了流动不稳定性类型试验 ,结果表明 ,试验段的管间脉动主要表现为密度波脉动、不规则脉动和热力型脉动 3类 ,与单通道流动不稳定性、两管平行通道管间脉动 。

并流多通道管壳式换热器壳侧流场数值研究

采用多孔介质-分布阻力模型,对一种新型并流多通道进出口结构(MPC)轴流管壳式换热器壳程流场进行数值研究。在传热管长6.0 m不变,分别针对长径比L/D=2.0和L/D=1.5二种情况,研究Re和通道数N对壳侧流场的分布及阻力变化规律。结果表明:在相同的Re和L/D下,随着N的增加,壳程的流场分布不均现象得到有效的遏制,壳程压降将急剧降低,最大降幅达到50%以上;当L/D不变时,Re的变化对壳程流场分布影响极小。

并流多通道管壳式换热器壳程流场分布

对一种新型并流多通道进出口结构(MPC)轴流管壳式换热器壳程流场分布与阻力性能进行全面研究,分别研究了管排数、Reynolds数、不同挡板对壳程流场分布、阻力性能的影响,并且采用实验方法对数值模型与方法的正确性进行论证。研究结果表明,在无挡板的情况下,随着管排数的减小,壳程流场分布不均现象得到有效的遏制,压降大幅降低,最大降幅达到70%以上;挡板能够有效促进流场的二次分布,但是同时亦使阻力增大较为显著。

并流多通道进出口管壳式换热器壳程传热性能比较

对一种新型并流多通道进出口结构的壳程轴流管壳式换热器壳程局部传热性能进行实验研究,在有分布挡板与无分布挡板的情况下,分别对进口段局部努塞尔数Nu的分布、局部平均Nu的分布、以及换热器整体的传热和阻力性能进行了比较与分析。研究结果揭示了壳程进口段的局部表面Nu的分布规律,并给出了合理的机理分析。结果表明,分布挡板不但能够有效促进壳程流场和局部Nu的均匀分布,而且能够提高整体传热性能,且阻力增加较小。

并流多通道管壳式换热器壳程流场分布比较

优化壳程流场分布和减少压降对并流多通道进出口结构(MPC)轴流管壳式换热器具有非常重要的作用。分别采用商用CFD软件FLUENT 6.3和皮托管测速方法对MPC换热器壳程流场分布与阻力性能进行数值模拟与实验研究,分别研究了管排数N、Re、不同开孔率的挡板对壳程流场分布、阻力性能的变化规律。结果表明:(1)无挡板时,随着N的减小,壳程流场分布不均现象得到有效的遏制,压降大幅降低,最大降幅达到70%以上;(2)挡板能够有效促进流场的二次分布,但亦使得阻力增大较为显著;(3)比较不同挡板,挡板1的效果最优;(4)换热器压降主要在进出口段产生。

多通道并行温度采集系统

为满足热控系统多点温度实时采集的需求,对多通道温度传感器的并行采集实现方案进行了深入研究。系统主控芯片采用FPGA,温度传感器选取单总线数字温度传感器,每个总线上分布有10个温度传感器,共计10组。详细分析了单总线温度传感器位操作时序及操作耗时,并给出了多通道并行操作代码设计。通过实体例化完成10通道100个温度传感器的数据采集。分析结果表明:采用该设计方案,可在873 491μs时间内完成100个温度传感器的数据采集,满足热控系统温度数据时序采集要求。最后给出了系统硬件实现电路及实际采集结果。利用该设计框架,可在FPGA资源满足条件下扩充温度传感器通道数,方案更具灵活性。

高速多通道CCD信号并行处理系统

为解决目前很多高速CCD(Charge Coupled Device)应用系统数据输出路数多,数据率高的问题,提出一种并行处理高速多通道CCD信号的系统架构,阐述了该系统的架构组成和实现方案,并对设计要点进行了分析。该系统采用FPGA(Filed Programmble Gate Array),时分复用,LVDS(Low Voltage Differential Signal)和SCSI(Small Computer System Interface)存储等技术。研究结果表明,该设计具有较好的稳定性,灵活性和通用性等,并已成功应用于某8通道高速TDICCD(Time Delay Integration Charge Couple Device)成像系统的设计中,数据率高达1.28 Gbit/s。

平板Blumlein线多通道轨道开关

设计制作了一个有多通道连接的类似轨道的平行电极结构的开关,给出了开关的结构,对开关内的电场分布做出分析,利用Pspice软件对安装在实验装置中的开关的电压电流进行了计算。实验测得此开关在实验系统中耐压约为500 kV,导通时通过阻值为1 kΩ的水电阻负载的电流为400 A左右。实验所得电压电流波形与模拟结果基本吻合。实验证明此开关具有体积小、更适于平板传输线的结构等优点。