基于混合基的类浮点可变点FFT处理器的ASIC实现

为了对数字信号处理领域中的核心算法快速傅里叶变换(FFT)进行加速,需要设计专门的FFT处理器。由于在数字信号处理领域经常使用不同点数的FFT,提出一种采用基2-基4混合基的点数可配置的FFT处理器实现方案。同时,为了提高运算精度且不增加硬件资源与实现复杂度,首次提出类浮点数据格式。该类浮点数据格式采用浮点数据的设计思想表示整数型数据,使得在运算过程中低位数据得到有效利用,提高了运算精度和数据的动态范围。实验结果表明,该类浮点FFT处理器比传统pipelined FFT处理器以及经典块浮点FFT处理器具有更优的PPA性能。与经典块浮点FFT进行精度比较,对于小数值输入数据二者精度一致,对于大数值输入数据,类浮点FFT处理器比块浮点FFT处理器有更高的精度,因此是实现FFT处理器的一种有效方案。

YHS3-2型浮子水位计的研究与应用

传统浮子水位计需要垂直安装,且需要建造水位自记井,要实现水位全量程监测需要较高的建设成本和较长的周期,且容易出现井内外水位不同步的问题。YHS3-2型浮子水位计是一种既可垂直安装,也可斜拉索式安装的新型水位计,无需建设自记井,在各种水位情况下都能够便捷地施工和安装,既克服了传统浮子水位计建井困难的情况,又解决了监测井内外水位不一致的问题,增强了仪器适用性。通过与正常使用的声学水位计观测比对,发现YHS32型浮子水位计监测结果误差小、精度高。

面向飞腾处理器的高精度求和与点乘算法实现和优化

在大规模和长时程数值计算中,浮点运算的舍入误差的累积效应可能导致数值结果不可信。求和与点乘是浮点数值计算中最为基础的运算,在大规模科学计算过程中被频繁调用,其数值结果精度至关重要。面向国产飞腾处理器,基于OpenBLAS,采用无误差变换技术设计了高效的汇编内核函数,实现并优化了高精度的求和与点乘算法。数值实验显示,该高精度算法的数值结果精度同原始算法在双倍工作精度下得到的数值结果精度相同,验证了本文算法的有效性;本文算法在单线程情况下运行时间分别是原始算法运行时间的1.57倍和1.76倍,在保证精度提升的同时效率没有明显的降低;在多线程情况下,同原始算法具有近乎相同的运行时间,体现了算法的高效性。理论误差分析进一步表明了本文算法的可靠性。

薄规格带材气垫式连续热处理新技术研究

利用开发的新型带材气垫式加热-淬火装置,实验研究了新型气垫式射流喷嘴喷射压力、风速、风温及带材张力等参数对漂浮高度、漂浮稳定性和换热均匀性的影响规律,借助有限元模拟及数学建模等方法开发出动态漂浮技术和层级串联淬火技术,解决了传统气垫式热处理炉、淬火装备漂浮稳定性可控性不强,换热效率不高,换热均匀性差等难题.研究表明,采用新型装置和技术实现漂浮托举力增加近1倍,换热均匀性提高近1倍,淬火后带材平直度≤25I.

中型浮动冲击平台试验爆源定位方法研究

中型浮动冲击平台海上试验受环境影响因素多、实施难度大,水下爆源爆炸作为中型浮动冲击平台的冲击载荷,试验中对爆源的高精度定位具有重要意义。该文通过对比分析水下爆源定位的各种技术,总结其特点和应用条件,并针对浮动冲击平台水下爆炸试验时爆源受海况影响情况进行研究,设计适用于浮动冲击平台海上试验爆源定位的高精度机械定位方法。计算结果表明该方案简洁、高效,定位精度高,生产布置成本低。该研究结果可为中型浮动冲击平台试验成功实施提供参考,并且也能够适用于其他水下爆炸试验的爆源定位。

挠性航天器浮动质心动力学建模

为提高挠性卫星的姿轨耦合控制精度,针对挠性卫星的姿态动力学建模问题展开研究.采用有限元与牛顿力学相结合的方法,提出一套体现卫星真实质心的浮动运动的浮动质心模型及建立在卫星浮动质心上的高精度动力学模型.利用此模型描述挠性卫星的姿态运动状态,能够准确反映出卫星的姿态运动与轨道运动之间的耦合关系以及卫星附件的挠性振动对卫星质心位置、速度的影响,进而准确估计出在挠性卫星有姿态机动的情况下各动力学要素与动态性能指标受挠性振动的影响,为提高卫星控制精度提供依据.通过仿真计算可知,应用该模型对卫星姿态机动过程进行动力学仿真所得到的结果符合实际工程约束,具有良好的可行性.

“碟形”浮子式压差液位传感器的研究

为了解决不同密度不相溶液体分层液位的高精度测量问题,提出并可以实现的一种"碟形"浮子式压差液位传感器,给出了碟形浮子压力探头结构设计的理论参数,较好地解决了在液体中的稳定测量问题。

嵌入式系统中48位高精度浮点类型的设计与实现

本文参考IEEE754标准,用无符号整型定义48位高精度浮点类型,详细给出了48位浮点类型与无符号32位整型相互转化及加减乘除的实现方法和流程图。算法已在ATMEL 89C55和PIC16F877中通过测试,并在基于SST9—三轴加速度传感器的控制处理中得到应用。

基于ADAMS的高精度光纤张力传感器仿真设计

为了满足高品质光纤环在生产过程中对光纤张力的高精度控制要求,文中首先对比分析了不同张力测量方式的优缺点,选择基于浮动式张力测量原理的测量元件来实现光纤的小张力值检测和满足控制系统对检测元件的高分辨率和高精度的测量要求;然后基于ADAMS仿真平台对张力传感器进行了建模和仿真分析,对弹簧质量、刚度和阻尼等关键参数进行了优化匹配;最后对基于仿真结果研制出来的张力传感器样机进行了测试。结果表明,该传感器满足0:001 N精度和1 Hz响应频率的测量要求,说明该仿真设计方法有效、可靠。

一种80位扩展双精度浮点三角函数运算单元的设计

三角函数求值这一运算计算过程复杂,硬件较难实现.针对这一问题,通过改进CORDIC算法,实现了兼容SPARC处理器和INTEL处理器浮点标准的80位高精度浮点三角函数的计算.在算法设计中,将函数的计算范围扩展至-π^+π,并且实现了迭代次数的可配置.最后验证了算法的正确性与完整性,分析了运算过程中迭代次数与精度的关系.结果表明,运算的精度提高到10-14.

低功耗高精度Sigma-Delta调制器的建模与设计

为提升Sigma-Delta调制器精度的同时降低其功耗,本文设计一款改进型二阶单环CIFF结构Sigma-Delta调制器,通过采用运放共享技术降低由噪声整形滤波器个数引入的额外功耗;提出浮动系数迭代思想应用于调制器在MATLAB下的建模,最终确定满足精度需求的各项参数具体值,通过引入非理想因素对所得参数仿真验证满足最低性能指标后进行晶体管级电路设计。该调制器信号带宽为8 kHz,采样频率为4 MHz。电路设计使用UMC 0.11μm CMOS工艺,核心电路版图尺寸为226.8μm×187.44μm,后端仿真结果表明,当电源电压为1.2 V时,调制器总功耗为290μW。在-40~125℃,各工艺角的有效位数(ENOB)大于等于15 bits。

船载CTD仪与自动剖面浮标观测资料质量初探

海洋科学的发展离不开精确的数据,然而各种海洋观测仪器在复杂的海洋环境中作业难免产生测量误差,导致观测数据需要进行实时(或延时)质量控制。中国Argo计划在搭载多个航次布放剖面浮标的同时,对航次中获取的船载CTD(conductivity, temperature, and depth)仪观测资料、自动剖面浮标观测资料以及实验室高精度盐度计测量数据进行了实时比对。分析结果显示,利用实验室高精度盐度计对现场观测数据尤其是船载CTD仪观测资料进行质量控制,于温盐数据(特别是深层)的实时/延时校正非常重要;如某航次未经标定的船载CTD仪所测1000dbar以深范围内海水盐度,与实验室高精度盐度计的差值达到±0.1左右,远远落后于国内海洋调查规范对盐度准确度±0.02的一级测量要求,该具体实例更加突显了船载CTD仪在航次前后送往权威部门进行检测的必要性和重要性,从而确保每个航次获取的CTD资料的质量。建议有条件的情况下,在进行深海大洋船载CTD仪观测时要进行现场实验室高精度盐度计的质量控制工作及比对试验,以提高我国深海大洋观测数据的质量。

基于FPGA的控制算法定点化设计

运动控制算法在现场可编程逻辑门阵列(Field Programmable Gate Array,FPGA)上实现过程中,当数据类型由浮点转定点时,存在无法保证高精度的问题。为此使用simulink中的定点工具(Fixed-Point Tool)对算法内部各信号数据的范围进行分析,然后人为地对Fixed-Point Tool给出的建议位宽进行修正,从而使算法在保证较高精度的同时,也解决了采用统一较长位宽在FPGA上实现时造成的资源浪费问题。与传统的人为定义数据位宽相比,使用Fixed-Point Tool设置数据位宽,在输入数据范围发生变化时,能够更加灵活、动态地调整算法内部数据位宽。

管节安装测量塔浮态标定方法研究

管节二次舾装是在深坞区,测量塔在二次舾装期间安装,标定工作需要在浮态环境下进行,文章论述一种水面浮态管节标定方法。通过在管节上表面指定位置设置RTK测量装置,确定这些RTK测量装置的安装位置在管节坐标系中的位置;进而同时采集管节RTK测量装置及测量塔测量装置的定位信息。该定位信息得出测量塔RTK测量装置在管节坐标系中的坐标,鉴于管节在水面上不停晃动,本方法采取在不同时间段,分别采集指定时长的定位信息的方式获取RTK测量装置在管节坐标系中的坐标的平均值,以使得标定成果更加精确。

一种基于FPGA的高精度浮点运算处理器系统

本文叙述了基于Spartan3型FPGA的流水线浮点处理器的设计。它是运用在设计流水线数据路径的新的控制器,这种设计提供了高水平的API和FPGA编程。控制器在处理器的设计中加上了多线程和网络,还有SIDM处理。FPGA实现高精度浮点运算是基于RUMP算法的有效实现的基础上的,RUMP算法是计算两个向量的点乘,其精度和运用包括不标准素数的单精度操作的双精度处理器。基于FPGA的处理器的性能超过了浮点DSP机。本设计提供了对FPGA的浮点系统的真实估计。

一种高性能四倍精度浮点乘加器的设计与实现

高精度、高性能浮点运算部件是高性能微处理器设计的重要部分。通过对传统双精度浮点乘加运算算法的研究,结合四倍精度浮点数据格式特点,设计并实现一种高性能的四倍精度浮点乘加器(QPFMA),该乘加器支持多种浮点运算,运算延迟为7拍,全流水结构。采用双路加法器改进算法结构,优化头零预测和规格化移位逻辑,减小运算延迟和硬件开销。通过参数化设计验证方法,实现高效的正确性验证。逻辑综合结果表明,基于65 nm工艺,该QPFMA频率可达1.2 GHz,比现有的QPFMA设计运算延迟减少3拍,频率提高约11.63%。

高精度筏架仿真建模技术研究

浮筏隔振系统是目前舰船上最主要的隔振方式之一,筏架作为浮筏隔振系统的一部分,其仿真建模精度的高低影响着整个浮筏的隔振效果呈现的准确性。针对浮筏筏架,运用仿真分析的方法,创建了其有限元仿真模型,对筏架建模的误差来源开展研究分析。结果表明,弹性模量、泊松比、单元类型及网格划分形式对建模精度产生较大的影响,而密度对建模精度的影响较小,为高精度筏架建模提出建议与方法。

0~21 GHz高精度宽带硅基数字衰减器设计

针对射频前端收发系统中衰减结构宽带性能不稳定的问题,提出具有双重电容补偿的新型开关内嵌式衰减结构。该结构基于容性校正网络,在节约核心电路面积的同时通过调节零、极点对频率响应的影响,达到拓展衰减单元工作频带的目的,以满足跨频段、宽频域射频通信收发前端的设计需求.基于HHNEC 0.18μm SiGe BiCMOS工艺,采用新型电容补偿结构设计6位步进式数字衰减电路,该衰减器通过6位数控开关实现64种衰减状态,衰减步进0.5 dB,衰减范围0~31.5 dB.仿真结果表明,在0~21 GHz工作频带内衰减误差均方根小于0.23 dB,附加相移均方根小于4.38°,插入损耗最大为−11.05 dB,最小为−4 dB,中心频率处1 dB压缩点17.3 dBm,核心电路版图面积0.86 mm×0.2 mm.

改进的浮体运动响应间接时域计算方法

针对传统间接时域法在计算浮体运动响应过程中存在的定义模糊、高频截断导致的计算精度欠佳等缺陷,本文采用对积分区间高频截断后的离散、严格控制时间步长等方法,提出了一种改进的间接时域法,并从数学上证明了改进间接时域法与频域方法计算结果的一致性。且以某驳船为例,对比了改进间接时域法和传统间接时域法的计算结果,验证了改进间接时域法具有更高的计算精度,且其不受高频截断影响,适用性更强。

基于液浮陀螺的飞行器用的高精度惯性平台设计

设计了平台应用于飞行器轨迹的背景,研究了平台结构特点,从平台系统模型的角度分析了高精度三轴惯性稳定平台的工作原理;基于飞行器轨迹平台的特点,设计了一种新型的陀螺安装方式,利用直接驱动具有高精度、高速度、机械结构简单、可靠等优点,理论分析证明了此种安装方式的可行性和优越性,推导了系统的传递函数,且就偏心距和陀螺仪漂移的影响进行了仿真分析。