面向高速集成VPX架构的航天产品工艺技术验证及应用

针对高速集成VPX架构的航天产品研制需求,开展了VPX压接连接器的选用必要性分析、特点介绍、鱼眼端子结构设计和合理的PCB工艺方案设计,完成了高速集成VPX架构的工艺控制流程,开展了PCB孔径尺寸验证、连接器接触阻抗验证、连接器试验样品补充50次插拔试验、结构样机的试验验证和在轨应用验证等工作,结果表明:采用文章所述的PCB工艺方案和VPX架构的工艺控制流程,成功研制并在轨应用了某星载高速集成VPX架构数传智能处理器,充分验证了VPX压接连接器可以满足星载高可靠要求。未来,采用更高速率的VPX压接连接器,通过合理的航天产品工艺方案,研制更高速度和更高集成度的航天产品,进一步提升产品的功能性能。

基于VPX总线架构的便携式卫星测控平台研究

通过对常规卫星综合测控任务需求和便携式应用场景的分析,提出基于VPX总线架构的便携式卫星综合测控平台技术,采用标准化、通用化硬件模块和统一的可重构软件设计规范,实现多任务功能兼容。该平台可以支持测控、数传、中继等多种体制任务的任意配置和切换,支持多类型、多型号的任务扩展需求,有利于减少测控装备种类,降低测控平台系统装备成本,有效提升测控系统的经济性、灵活性和运用效能,为实现地面站与卫星/火箭机动测控提供了有力支撑。

基于VPX架构的高速数据采集系统设计研究

为解决传统并行总线嵌入系统存在的数据采集不全面、信息交换不及时等问题,实现高速数据高效化、完整化采集,本文应用VME国际贸易协会(VME international trade association,VITA)组织所提出的新一代高速串行总线标准完成对高速数据采集系统设计。首先,从系统功能制定和系统总体架构设计两个方面入手,完成系统总体设计;其次,分别设计控制器、数据接收、数据处理等多个模块,保证系统软件设计质量;最后,研究了系统设计关键技术,并对系统性能进行验证。结果表明:本文系统具有宽带传输率高、大数据交互性强、功能稳定可靠等特点,符合预期设计标准和要求。

基于VPX架构的双余度采集处理计算机设计

针对VPX架构的双余度采集处理计算机设计,文章提出了数据采集和数据处理分模块设计的策略,且数据采集与数据处理分别进行双通道热备份余度设计理念,同时,增加比较表决和健康管理模块,用于提高计算机的运行可靠性和容错能力。在热设计方面,采用导冷加风冷协同方式进行设计,可有效散除系统工作时的热量,并对热设计进行热仿真,结果表明散热方式合理可行。系统通过实际拷机及应用,采集与处理的数据稳定可靠,可作为双余度采集处理计算机设计思路的参考。

基于VPX标准的ZYNQ处理器模块的设计与实现

为满足嵌入式系统对高性能、高综合化、高可靠性的要求,提出了一种基于VPX标准的ZYNQ处理器模块设计实现方案。模块按照VITA 46标准设计,使用ZYNQ系列处理器实现高性能数据处理和通信接口集成化;使用Gigabit Ethernet、PCI Express、Serial RapidIO 3种高速串行总线实现与不同设备间的信息高速传输;使用大容量存控一体SSD实现高密度、高可靠数据存储。介绍了处理器模块总体设计方案,针对其周边资源介绍各组成功能电路,给出了模块验证情况及结论。

基于OpenVPX标准的国产以太网交换板设计

VITA组织于2007年推出了VPX和OpenVPX规范。介绍了上述规范主要内容、主要优势和生态系统。同时,随着国产芯片生态的健全,包括处理器、国产大容量交换芯片和分立器件等国产芯片和元器件的成熟,结合抗恶劣环境应用需求,提出了一款基于OpenVPX标准的国产以太网交换板的设计和各个功能单元的实现。

基于6U VPX主板的铝基均热板散热性能实验研究

针对某6U VPX高性能主板发热器件众多、总热功耗大导致的散热难题,开展了铝基均热板散热盒的工程应用实验研究。测试结果表明:常温28℃环境中,自然散热工况下铝基均热板散热盒无法满足主板散热要求,风冷散热工况下,铝基均热板散热盒上最大温差为7.2℃,CPU和DSP芯片最大结温分别为45℃和50℃;高温60℃环境中,均热板上最大温差为6.7℃,CPU和DSP芯片最大结温分别为85℃和83℃,低于允许结温105℃。由此可知,铝基均热板散热盒散热性能显著,配合风冷工况可以满足标准6U VPX高性能大功耗主板的散热需求,是解决主板散热困难的有效手段。

基于VPX架构的机动通信系统模块化集成设计

针对机动通信系统通用化、系列化、模块化的需求,本文设计了一种基于VPX架构的模块化综合集成方案,详细阐述了机动通信系统中的超短波、短波、无线宽带、光纤、被复线等设备及基础承载平台的集成设计方法。

一种空间受限大功率VPX机箱热设计与分析

为解决19英寸标准1U插箱在体积极度有限条件下的散热问题,开展了一种空间受限大功率VPX机箱热设计工作。首先,针对机箱热耗及散热要求,进行了系统风量计算、风机选型以及风道优化工作。其次,由于机箱中信号处理板热耗较大且热点分布复杂,设计了一种防风道短路、无散热死区的高性能冷板结构。最后,采用基于Icepak的CFD仿真方法验证了该方案的有效性,并模拟了高温条件下关键芯片的温度变化情况。结果表明,改进后的冷板结构避免了原结构中子板散热不良的缺点。同时,在有限空间内实现了各发热芯片的散热要求。

基于VPX和CTC7132的全国产可扩展交换板设计与实现

针对现阶段军用指控系统对网络交换性能和安全方面的要求,研发了一款基于CTC7132交换芯片和VPX体系架构的可扩展交换板;详细阐述了全国产交换板的架构,各功能模块的设计与实现,并对整板进行热设计和仿真,最后对交换板的功能、性能、环境适应性进行了测试验证;测试结果表明:交换板能适应-40~+60℃高低温苛刻环境,具备强大的网络交换能力,所有端口支持全双工线速交换,最高速率可达984 Mbps,丢包率低,具有很好的通用性和扩展性;该板卡的成功研制为自主可控交换平台的国产化器件应用验证奠定了坚实的基础。

VPX模块热设计与仿真优化研究

为解决某VPX模块高热耗、小体积、热耗集中的散热难题,引入聚合金属复合型冷焊修补材料应用于导热管与导冷壳体的装配来提高装配联接的环境适应性能。设计过程中,采用热仿真分析技术对模块散热能力进行仿真分析并进行设计优化。优化后,VPX模块内部某芯片的最高工作温度由86.5℃降为82.8℃,满足设计要求,最终指导结构工程师进行改进设计,并指导实际生产。文章可为类似模块的散热设计提供参考。

VITA48.1架构下VPX风冷插箱的研制

总结某型号VPX机箱的研制情况,通过VPX机箱的布局、构成以及热设计、力学设计等关键技术的综合规划,解决了电子产品机箱在复杂环境中的正常使用问题,达到了较高的技术指标要求。

LRM与VPX模块化架构的军事应用与对比

军用车载电子信息系统集成正在向模块化、总线化、标准化的方向发展,LRM(现场可更换模块)的设计理念受到人们的关注,而以VITA系列标准为代表的VPX架构也再次引发讨论。首先从概念定义的角度辨析LRM架构和VPX架构,然后介绍主流的LRM和VPX标准,并分析了其军事应用。最后结合2台样机对2种具体标准进行对比,提出军用发展建议。

基于VPX架构的视频采集设备的设计与实现

随着现代信号处理技术的发展,传统的前端瞄准方式不能满足新型运载火箭加注过程中无人值守操作和快速发射的应用需求。本文提出一种基于VPX总线架构的嵌入式视频信号采集设备,按照自主可控的设计理念,采用了全国产化的设计方案,采取了标准模块化的整体架构,集成了视频信号采集、综合处理和转发功能。利用将前端视频信号长距离传输至后端并在后端操控瞄准设备,替代了传统的前端近距离瞄准方式,实现了远控无人值守操作的功能。通过使用自动化设备降低了人员操作风险,实现装备现代化,技术成果满足未来火箭系统的应用需求,符合运载火箭系统“快速、经济、可靠、安全”的发展方向。

基于VPX的超宽带数字综合系统设计与实现

针对目前超宽带雷达系统的带宽及数据量较大、采样率高、结构复杂等问题,文中设计了一套数字综合系统。该系统采用VPX标准架构进行高集成度的模块化、轻小型化设计。以Windows系统的计算机板卡为中控,各模块基于FPGA进行设计,分别实现超宽带信号产生、超宽带信号采集、高速大容量存储。实验结果表明,所提设计在6U 6槽机箱中实现了两个独立通道的3.6 GHz带宽基带信号产生与视频信号采集,以及24 TB容量、存储速度达3.1 GB/s的数据存储,为超宽带雷达系统的数字化设计提供了有效的解决方案。

基于VPX架构的宽窄带融合通信基站设计

基于VPX总线架构的LTE宽带与PDT窄带融合的通信基站设计。在分析VPX架构及LTE与PDT基站特性基础上,提出了一种宽窄带融合通信系统方案,将不同制式的通信基站从硬件到系统软件进行了深度融合设计,并按照VPX架构进行了适应性设计。通过对样机的功能测试,测试结果表明实现了不同制式基站的功能,达到了目标要求,实现了宽窄带融合便携式基站设计。

一种基于VPX架构的高速数据采集系统设计

针对传统并行总线的嵌入式系统,信息交换及数据采集已不能满足高传输带宽、大数据交互的要求,提出了一种基于VPX(VITA46)架构下高速串行总线的高速数据采集系统设计方案。该系统满足VITA64标准,设计利用多片FPGA的GTX高速接口实现接口之间的连接与数据交互,采用Rapid IO、PCIE总线的双余度交互式结构,解决了传统并行总线接口类型多、结构复杂、协议转换的问题,并实现了数据的高速交互,提高了系统高可靠性。结果显示,平台大幅提高了传输带宽,其中Rapid IO总线单通道传输速率可达6.25 Gbps。此外,重点介绍了平台的基本原理设计、设计过程中采用的关键技术等。实验结果表明,该方案具有通用化、扩展性高、可靠性高等特点。实际工程验证,设计的平台能达到高传输带宽、大数据交互的要求,同时该系统的性能优越,功能稳定可靠。

一种基于VPX架构的雷达数据记录接口刀片设计

鉴于目前日益复杂的周边空情环境,地面雷达原始视频、点航迹等关键数据的记录存储对于关键空情的事后重演、分析具有关键意义。针对通用雷达数据记录仪与雷达录取终端之间稳定可靠的数据交互需求,文章设计了一种基于国产飞腾CPU的雷达数据记录接口刀片。刀片采用满足VITA46标准的OPEN VPX架构,对外接口包括40 G以太网、SRIO等高速通信接口以及千兆以太网等通用接口,为地面雷达录取终端和雷达通用数据记录仪搭建数据高速交互的桥梁。

基于VPX总线的车载通信平台设计

针对现有机动通信装备可扩展性差、集成难度高、不易于维修维护等现状,提出一种基于VPX总线的一体化车载通信平台设计思路,构建了一套支持多体制通信手段、具备通用性、扩展性和模块化特点的机动通信装备通用硬件平台,并通过数据通路试验验证了平台的有无线通信能力。

基于VPX架构的遥测采集平台设计

当今世界各航天大国都在大力发展航天测控通信技术,但现有测控设备间连接关系复杂,不利于系统小型化、低功耗设计,很难满足新型飞行器的设计需要。针对现阶段测控通信系统提出的一体化、小型化,高可靠性等要求,对VPX总线架构进行研究,并应用于遥测采集平台设计。提出了基于VPX架构的遥测采集平台设计方案,经试验验证,可满足目前测控通信系统提出的小体积、高速率以及高可靠性共存的设计需求,在航天领域具有广阔的发展前景。