基于FPGA的EMD算法实现方法的研究

针对基于FPGA的嵌入式系统在机械设备状态检测和故障监测设备中的应用需求,为提升检测设备的性能和检测设备便携性,研究了EMD信号分解方法在FPGA平台上的实现。主要研究了基于Xilinx FPGA平台实现EMD算法的方法,直接处理实时采集到的振动信号,通过FPGA模块对采集到的信号进行EMD分解,用于后续信号的分析。将EMD算法移植到FPGA平台,将减少故障检测设备对上位机设备的需求,符合故障检测设备微型化、便携式的发展方向。     

基于FPGA的便携式多路高精度采集系统设计

为满足对旋翼桨叶表面多测点灵敏气压传感器信号的高速、并行、高精度数据采集,同时具备程控增益放大、抗混叠滤波等功能,设计了一种以FPGA作为核心控制单元的便携式多路高精度前置采集系统。待测信号先由信号调理和滤波模块处理,以提升信号质量,然后经过ADC采样模块采集,最后通过SPI总线将采集数据实时传送至主控板卡分析处理,实现多路信号同步高精度采集。测试结果表明,该系统性能稳定,在干扰较大的环境下,小信号采集幅度精度达0.1%,无杂散动态范围达60 dBc。系统采用便携化设计,体积小,成本低,扩展性强,具有很好的应用价值。     

基于CPCI总线的航天器通信信号设备故障检测系统设计

针对当前航天器通信信号设备故障检测系统受到噪声影响,导致系统通信设备故障信号检测精准度低,检测时间长的问题,设计基于CPCI总线的航天器通信信号设备故障检测系统;CPCI故障模拟模块利用RS232串行线控制注入机,采用故障注入器执行故障注入CPCI总线,接收控制系统参数和指令,使用时钟分配芯片传输时钟信号,通过CPCI检测板卡模块,配合FPGA实现接口控制,完成系统硬件结构设计,利用任务间相互依赖关系,实现任务间相互检测,通过终端网工作站定期发送多路通信网相关信息,返回无疵点检测结果,采用二次相关算法,提取多通道通信故障信号详细信息,准确估算通信信号时延,排除多通道网络噪声影响造成的通信故障,完成系统软件部分设计;实验结果表明,基于CPCI总线的故障检测系统的故障信号检测时间仅为1.8 s,故障信号幅度最大为28 dB,最小为1 dB,与实际变化幅度一致,通信设备故障信号检测精准度较高,能够有效缩短通信设备故障信号检测时间。     

基于互相关算法的飞机导线故障诊断与定位系统设计

以飞机导线短路故障和断路故障为研究对象,目的在于寻求一种测试方法能够提高应用时域反射测量原理进行故障诊断与定位的精度;按照实际机场工程应用背景,设计了以便携式工控机为控制核心、以LabVIEW为驱动软件的飞机导线故障诊断与定位系统;根据信号传播特性,提出了基于互相关算法的故障定位方法,消除了系统误差的影响;计算机仿真和实物测试结果表明该系统具有测试过程方便、准确性高的优点,对提高民航机务维修质量具有促进作用。     

基于感兴趣区域的可变频CCD实时处理系统

为满足航空摄影测量需求,设计了基于感兴趣区域的可变频CCD实时处理系统。该系统主要由CCD控制模块、数据实时处理模块和显示模块组成。系统充分利用FPGA内部资源,改变了传统FPGA配合微处理器的实现方式,相关算法和时序逻辑控制均在一片FPGA内实现并通过验证,可广泛适用于任何分辨率CCD的智能实时处理。     

航空发动机高速振动智能检测监控系统设计与实现

设计了一种航空发动机高速振动智能检测监控系统,系统采用CPCI和模块化架构实现;针对航空发动机高速振动信号的特征,设计了基于DSP的信号采集与处理模块,实现同步采集多路振动信号并进行数据处理;利用FPGA和PowerPC设计信号智能检测与数据记录模块;通过多线程DSP软件实现振动数据的智能检测和监控;试验测试和验证结果表明,系统满足飞行安全实时检测监控工程应用的需求。     

用于纳米通道单分子检测的数据采集系统的设计与实现[BT)]

针对纳米通道单分子检测系统的信号特点和对数据采集的采样精度、采样速率及实时性等要求,设计并实现了基于FPGA和USB2.0接口的数据采集系统;该系统以FPGA作为控制核心,包括数据采集模块、电压输出模块和USB接口电路模块;通过USB2.0接口与计算机连接,实现数据的实时采样和参数的在线配置;此外本系统还采取了低噪声设计;经过相关试验表明,该系统引入的噪声在1 mV内,能够稳定进行数据采集,且采集信号与电压输出信号同步传输,证明该系统能够满足纳米通道单分子检测系统对数据采集的要求.     

一种智能计算单元的设计与实现

在嵌入式计算环境中，人工智能技术的应用越来越广泛，传统的人工智能技术更注重于计算力的提升，不能全面满足嵌入式环境小体积、高集成、低功耗的要求。因此提出了一种基于SoC处理器+FPGA系统架构智能计算单元的设计方法，以多核智能处理器为核心构成高性能计算单元，实现系统配置管理、图像处理及智能计算加速，FPGA用于实现与外部光电传感器的高速数据通信以及视频的预处理。详细介绍了智能计算单元的系统结构和功能电路组成与设计，并对功耗进行计算。结果表明，该智能计算单元在满足计算力的基础上兼顾体积及功耗要求，能够满足嵌入式人工智能平台需求，实现了图像降噪滤波、 ROI区域提取、图像目标检测与提取、目标特征统计及基于深度学习的目标识别功能。     

基于PCIe总线的卫星导航信号传输系统设计

为了满足高精度软件接收机对卫星导航中频信号传输系统的新要求,设计了一种基于PCIe总线的传输系统.该系统以Virtex-5 FPGA为核心控制器件,以DMA方式通过4通道PCIe接口传输导航卫星数据.详细介绍传输系统AD模块、DMA控制模块、中断模块等核心模块的FPGA实现方法.经过测试与验证,系统读写速率分别达到了800 MB/s和650 MB/s,可以满足不同层次导航软件接收机对原始导航数据的需求.     

结合FTU实现配电网故障诊断的行波定位方法

针对电力配电网系统的故障情况,提出了FTU采集单元与行波定位法相结合的配电网接地故障定位诊断方法。通过FTU采集单元对配电网线路中的故障信号进行采集,实时获取配电网系统中的不同监测节点的暂态电压和暂态电流数据,并通过A/D转换单元将采集到的原始故障波电压、电流模拟信号转换成数字信号,计算机处理系统利用行波定位方法对接收到的数字信号进行分析计算,利用EMD算法分析出信号中的模态混叠现象和端点效应,采用VMD算法对获取的故障信号分解,通过该方法大大减少配电网故障信号中的伪分量,有效地去除信号噪音,再利用行波定位公式计算配电网故障位置,得出故障信息。实验数据表示,设计的配电网故障诊断方法误差较小。     

基于SRAM型FPGA的实时容错自修复系统设计方法

为提高辐射环境中电子系统的可靠性,提出了一种基于SRAM型FPGA的实时容错自修复系统结构和设计方法。该设计方法采用粗粒度三模冗余结构和细粒度三模冗余结构对系统功能模块进行容错设计;将一种细粒度的故障检测单元嵌入到各冗余模块中对各冗余模块进行故障检测;结合动态部分重构技术可在不影响系统正常工作的前提下实现故障模块的在线修复。该设计结构于Xilinx Virtex誖-6 FPGA中进行了设计实现,实验结果表明系统故障修复时间和可靠性得到显著提高。     

光纤分布式扰动传感器信号检测系统研究

设计了一种以FPGA作为数据处理核心,基于相位敏感光时域反射计(Φ-OTDR)的光纤分布式扰动传感器信号检测系统。该系统具有数据采集、处理、存储、通信以及液晶显示功能。扰动信号检测算法采用多周期等距累加相减法。通过阈值判定实现扰动信号的判别,并可以同时显示传感光纤长度范围内不同位置的扰动。实验证明,该系统内部数字处理部分可以实现信号检测算法以及扰动阈值判定功能。     

基于可编程器件的通信检测系统接口设计

针对某型通信设备检测需求,借鉴虚拟仪器设计结构,以通用计算机和多功能检测接口组成检测系统。检测接口电路使用可编程器件提高检测接口的自动化程度,以FPGA为核心单元,通过DAC和ADC完成激励信号的生成和响应信号采集,并使用混合电路完成回波抵消实现检测接口的收发双工,解决了检测系统无法实时收发的问题。描述了检测接口的设计过程,给出了硬件设计电路和FPGA程序结构框图,详细分析了以高性能运算放大器为基础设计的差分放大电路、混合电路、信号调理电路的工作原理和实现方法,对于类似系统和电路的设计有一定的参考价值。     

基于RISC-V和MAX2830的无线通信平台设计

设计了基于RISC-V和MAX2830的无线通信系统架构。采用开源RISC-V软核作为主控单元，其指令架构精简易于集成拓展；对于数字基带单元，基于FPGA平台进行通信算法移植优化研究，设计采用了开放式自有协议结构并兼容BLE通信协议。针对射频前端收发单元，设计了基于MAX2830的射频方案实现无线信号收发电路。对系统平台进行通信测试验证，性能指标满足设计需求，接收灵敏度达-88 dBm,最大发射功率达19 dBm。该软件无线平台通过FPGA可编程逻辑实现模块化设计和动态重构通信模式，适用于多种通信场景。     

基于FPGA的电磁超声脉冲信号发生器的设计

激励信号源是电磁超声检测系统的核心模块之一,其输出信号决定了电磁超声检测仪检测的质量。按照电磁超声检测系统对激励源的要求,设计了相应的正弦脉冲激励源。该设计系统主要包括FPGA的硬件语言合成脉冲信号、D/A转换、滤波放大、功率放大和阻抗匹配等硬件电路。该系统可输出频率、初始相位、占空比可调的脉冲正弦信号,满足EMAT对激励源的要求。可为设计便携式的电磁超声检测仪提供借鉴。     

矿石厚度探测系统的研究与仿真

研究矿石厚度准确探测问题.通过探测波对不同种类的矿石进行直接反射,根据矿石的不同厚度得到不同的反射波谱波形特征.如果不同种类矿石成分混合,会造成各种反射波谱混叠,形成波形的误差形变.传统的矿石厚度探测系统通过得到的反射波谱的形状,根据不同的形状特征确定矿石的厚度.针对矿石混合造成波普形变,系统无法准确识别混叠、形变的反射波谱波形,存在探测准确率过低的问题,提出了基于混叠波谱拆分算法的矿石厚度探测系统.通过提取矿石探测波谱特征参数,对波谱特征参数进行叠加关联性计算;对混叠波谱信息进行拆分,分类实现矿石厚度探测.实验证明,混叠波谱拆分探测方式提高了矿石厚度探测的准确率.     

基于FPGA的云闪时差定位同源脉冲匹配算法实现

针对甚高频(VHF)云闪时差法雷电定位同源脉冲匹配难点,提出了用FPGA实现相关性判断的同源脉冲算法设计思路。为提升系统性能、适应云闪甚高频信号的处理需求,采用了改进的算法并用实测数据在MATLAB、FPGA上对算法进行验证,设计完成了云闪波形同源脉冲匹配算法在FPGA上的实现。系统通过了Modelsim的仿真验证并在DE2平台上完成了硬件测试。设计共消耗了3 499个逻辑单元,最高处理速度可达98.07 MHz,满足了实际应用的要求。     

基于FPGA的信号互相关运算器研究

本文采用ALTERA公司FPGA作为算法处理器件,实现了互相关算法,取得了很好的效果。本文根据相关算法的运算原理并考虑了模块与外部的交互性,在FPGA中配置设计了互相关运算模块、并串转换模块以及双口RAM等4个模块。详细介绍了各个模块的功能,并给出仿真分析图。     

基于FPGA的全桥软开关电路故障自动检修系统

传统的电路故障自动检修系统大多针对固定类型的故障进行检测,而且系统运行时的计算复杂、对硬件资源占用过高,影响了检修系统的实际使用效果。针对以上问题,设计了基于FPGA的全桥软开关电路故障自动检修系统。在传统系统的硬件部分基础上,设计FPGA控制模块和信号生成、采集模块。系统检修信号进行分频处理后,利用处理后的信号和专家系统实现对电路故障的自动检修。通过与传统系统的对比实验,验证了基于FPGA的检修系统对电路故障的覆盖率高于91%,吞吐量约为传统系统的2.55倍,能够有效降低对硬件资源的占用,具有实际使用价值。     

基于FPGA和卷积神经网络的实时心梗诊断系统

针对小型化日常心电监护系统的需求，设计了一套基于FPGA和卷积神经网络算法的心肌梗死疾病实时诊断系统。系统包含形态学滤波器、最小均方算法自适应陷波器、卷积神经网络硬件加速模块三大部分，通过在FPGA中并行化和加速处理，实现对心血管疾病的实时监护和诊断。经过上板验证，系统的相对准确率达到99.91%，片上功耗为2.39 W，处理时间为3.81 ms，可满足各项设计需求。