基于FPGA的多路同步实时数据采集方案设计与实现

介绍了一种基于FPGA的多路同步、实时数据采集新方案,着重对其硬件结构和控制逻辑进行了阐述,并从工程实践方面给出了电路的实现原则.该方案控制方式灵活可变、具有一定的扩展性和通用性,已被成功地应用于双模信息融合系统的设计中,实现了对雷达导引头的多信号实时同步采集.     

计算机视频泄漏信息采集系统的设计

为实现计算机视频泄漏信号的实时采集,设计了以DSP为核心、USB2.0为传输通道的泄漏信息采集系统.重点描述了高精度同步信号发生器的软、硬件实现方法和泄漏信号的实时传输方案,主机由采集到的数据提取泄漏视频的行、场同步参数,并通过USB接口传给DSP.提出一种抖动细调校正方法,DSP在接收到的同步参数基础上由细调算法对同步信号进行实时调整,产生精度可达7ps的视频信息同步信号;提出了一种以场为单位分块传输的实时视频图像传输方案,同步信号参数在视频图像的场消隐期间进行传输,实现了视频、参数的双向传输.实验采集了行周期为15.625kHz、场频为50Hz的CCD视频信号和行周期为48.656kHz、场频为60Hz的计算机视频泄漏信号,截获图像显示稳定,证明本系统方案切实可行.     

一种双站SAR同步方法及同步系统设计

收发单元之间的相位同步是双站合成孔径雷达的关键问题之一.高分辨率双站合成孔径雷达和双站干涉合成孔径雷达对收发单元的相位同步精度有很高的要求,本文结合理论模型和实验数据对相位同步问题进行了分析,提出了基于同步链方法的双站SAR同步系统方案,实现相位同步精度3°(1σ),并设计了实验系统,通过半物理仿真成像实验采集仿真成像数据,数据处理结果验证了同步方法的有效性.     

皮卫星多传感器同步采集系统

针对多传感器实时同步采集的任务需求,基于数字信号处理(DSP)+现场可编程门阵列(FPGA)架构设计内部集成电路(I2 C)总线与同步启动信号相结合的自定义通信协议,通过虚拟直接存储器存取(DMA)与实时中断响应系统设计,实现数据采集、数据存储以及数据下传过程同步进行的皮卫星高精度多传感器实时同步采集系统.实测结果表明:系统实现了84路传感、100 Hz采样,同步精度优于10μs,系统已应用于某型号皮卫星.     

卫星地面试验系统半物理仿真通信机制研究

以实际卫星项目的研制过程为基础,对卫星地面试验系统中的半物理仿真通信进行了研究.给出了具有数据保障和同步机制的通信方案,实现了在含有通信机制的半物理仿真环境下的卫星通信软件框架,实现了数据的中断实时收发,保证了数据正确有效传输.半物理仿真阶段,将实际的电器接口和硬件通信机制引入到模型仿真之中,采用与卫星上相同的软硬件接口,运行相同的星上协议,可以在这个阶段进行实际卫星上大部分软件的设计,保持软件系统的稳定性和可移植性.     

实时仿真系统信号复用/解复用算法设计

硬件在回路实时仿真是研究复杂机电系统过程中的一个重要环节,由于仿真通道数量有限,不能满足复杂机电系统大量信号的同步仿真需求。提出一种信号复用/解复用算法,其基本思想是信号复用算法在仿真器的FPGA中实现,将仿真信号复用重组,并在一个仿真周期内通过同组仿真输出通道分批发送;信号解复用算法在接口板卡CPLD中实现,根据解析出的同步时钟信号和寻址信号,将重组信号还原,并发送给被测控制器。仿真结果表明,提出的复用/解复用算法实现了大量的仿真信号通过少量的仿真输出通道与被测控制器同步交互,解决了实时仿真系统中仿真通道不够用的技术难题。     

基于RTW的空间机器人遥操作实时仿真系统

搭建了一套实时仿真系统以作为空间机器人遥操作的研究平台.系统以两台PC机分别模拟主从端的运行情况,主端PC连接通用力反馈游戏手柄作为主手输入设备,从端PC挂接嵌入式处理器(PC/104)用作空间机械手的实时仿真;主从端信号传输时延根据TCP/IP协议由软件模拟产生.利用Madab中的RTW/xPC Target工具箱将空间机械手模型编译为实时可执行代码,下载到嵌入式处理器(PC/104)实时执行,保证了手柄输入和空间机械手Simulink模型间的时钟同步.结合给定模型数据,完成了空问机械手实时位置跟踪实验,证明了系统搭建方案的可行性.系统对空间机器人遥操作的研究起到了很好的支撑作用.     

分布式实时仿真系统高精度时间同步技术研究

在采用PC机和Windows操作系统的局域网上用软硬件相结合的方式实现高精度、高效率的时间同步是提高分布式实时仿真系统置信度、降低系统硬件成本的关键。给出了一种局域网时间对齐（LTS）算法和一种基于PC机自身资源的时钟构造方法。LTS算法在局域网环境下比目前广泛使用的NTP(网络时间协议)算法有更好的时间对齐效果，新时钟在性能上远远优于Windows系统时钟。最后设计了一个完整的时间同步方案，该方案达到了高精度、高效率时间同步和降低硬件成本的目的。     

HLA的实时性扩展

高层体系结构（HLA）面临的一个主要问题是其实时性差。不能满足实时分布式交互仿真的需求。文章首先分析了HLA在支持实时分布式仿真方面存在的不足,然后利用硬件时钟同步技术和绝对时戳机制,对HLA的联邦成员规则、接口规范和对象模型模板进行了实时性扩展,并与其它相关的扩展方案进行了对比分析,结果表明文中提出的方案保证了扩展后实时HLA的后向兼容性和联邦成员的高可移植性,并且保持了HLA时间管理服务的透明性。最后,该文提出了相应的网络时钟同步方案和软同步算法,该时钟同步算法在局域网环境中具有很高的精度。     

实现分布式仿真系统同步的一种方法

分布式仿真系统的构建过程中,关于各仿真子节点的协调运行与同步问题是其中的重点和难点。该文介绍了面向对象的实时仿真软件开发环境Constellation和网络传输服务NDDS这两个工具,并且结合这它们的特点和相互之间的密切联系,研究出一种应用它们实现分布式仿真系统同步的方法。最后建立一个卫星姿态控制仿真系统,介绍了如何实现这种方法,并且进行以下验证：在Constellation下和在Matlab下建立的仿真系统进行比较,验证系统和集中式系统仿真结果比较,验证系统在Windows操作系统下和实时操作系统下仿真结果比较。     

航天飞行训练仿真系统主控机软件的实时机制

主控机主要管理航天飞行训练仿真系统的时钟、时序，从而提高整个系统的同步性。该文在深入分析POSIX实时扩展机制的基础上，从实时时钟的产生、网络发送、传输以及软件设计等多个方面，详细阐述了提高主控机软件实时性的具体实现策略。该软件可靠性强，已用于实际航天飞行训练仿真系统中，能很好地管理整个仿真系统的同步性和时序。     

FLOPSYNC-QACS: Quantization-aware clock synchronization for wireless sensor networks

Distributed real-time systems often rely on clock synchronization. However, the achievement of precise synchronization in Wireless Sensor Networks (WSNs) is hampered by competing design challenges, which finally causes many WSN hardware platforms to rely on low frequency clock crystal for local timebase provision. Although this solution is inexpensive and with a remarkably low energy consumption, it limits the resolution at which time can be measured. The FLOPSYNC synchronization scheme was then introduced to compensate for possible quartz crystal imperfections. The main limitation of FLOPSYNC is that it does not account for the effects of quantization. In this paper we propose a switched control variant of the base FLOPSYNC scheme to address quantization explicitly in the compensator design, providing clock synchronization in cost-sensitive WSN node platforms with a minimal additional overhead. Experimental evidence is given that the approach reaches a synchronization error of at most 1 clock tick in a real WSN.     

卫星导航信号仿真系统实时性分析与验证

卫星导航信号仿真系统是一个实时性要求很高的射频信号仿真系统,它主要模拟包含多种信息的高精度射频信号。首先介绍了卫星导航信号仿真系统,与一般的仿真系统相比,它具有三个特点;接着对影响仿真系统实时性的仿真步长、时间函数及网络数据传输等几个因素进行了分析;最后详细地对影响系统实时性的帧溢出数、时间同步精确度等四个指标进行了验证。分析与验证的结果表明:该仿真系统具有很高的实时性,能够满足系统实时仿真的要求。     

电力线载波通信定时同步算法及其FPGA实现

基于电力线载波通信G3技术标准下的物理层协议,针对电力线上噪声干扰较大,造成帧同步有虚警现象,符号定时同步尖峰幅值随信号衰减变化以及尖峰的旁瓣超过门限等缺点,提出了准确性更高、占用硬件资源相对较少的电力线载波通信帧同步与符号定时算法。通过算法仿真,表明该算法在信噪比较低时,具有门限自适应性,能够克服旁瓣的干扰,并易于硬件实现的特点。在一发一收两块现场可编程门阵列(FPGA)开发板上验证,提出新的帧同步、符号定时算法和硬件实现方案,实现了对电力线载波通信的正交频分复用（OFDM）基带系统进行实时、连续、准确的定时同步。     

基于多传感器的组合导航接口子系统

针对多传感器组合导航系统对数据通讯的同步性和实时性的要求，以单片机和DSP双CPU导航计算机构成的嵌入式导航系统为对象，开展了相应的接口子系统设计和实现研究。完成了组合导航计算机的接口电路，并以此为基础，设计了整个导航接口子系统的时序控制流程，以实现多传感器数据采集的同步性和实时性。同时给出了数据采集周期和导航解算周期的时序控制，以及双CPU之间的实时数据通讯的实现流程，最后通过实物联调验证了该方案设计的可行性。     

基于反射内存技术的大气数据激励器的研制

为满足飞控系统地面仿真试验对大气数据信号输入的实时性要求,针对实时光纤反射内存网可为仿真系统提供快速稳定的实时网络的特性,在对反射内存网的特性进行分析的基础上,研制一台大气数据激励器,给出其系统与硬件设计方案,基于LabVIEW开发出相应的测试软件,并对其功能进行试验验证,结果表明该激励器具有实时、快速等优点,能满足飞控系统地面仿真试验的要求。     

基于反射内存网络的实时测试系统设计与实现

现代测试系统中,怎样保证各个模块之间的同步以及测量的实时性是一个非常重要的课题,反射内存网络因为内在的延迟确定、延迟时间短、支持跨平台等特点在实时系统中得到了广泛的应用;一种基于反射内存网络的实时测试系统设计方案被提出,该设计利用MPC8270将通用PMC反射内存卡的数据转换为VXI总线格式数据;该设计还可以使反射内存数据转换为任意格式数据,有很强的通用性;实际测试表明,该方案设计达到了实时性要求.     

激光模拟训练系统设计

为了提高竞技体育训练的实时监测和动态评估能力,采用激光跟踪模拟训练方法进行竞技体育实时动态分析和训练系统设计,提出一种基于运动行为激光成像动态特征采集的竞技体育实时动态分析模拟系统系统设计方法。首先构建训练系统的总体结构模型,采用激光实时成像扫描仪进行体育训练三维图像采集,结合图像处理算法进行人体形态特征分析和动作矫正。然后进行系统的硬件设计,采用前级放大电路进行激光成像输出信号放大,构建CAN总线驱动电路进行激光模拟训练系统控制器与物理总线之间的接口设计。最后在嵌入式ARM中进行系统嵌入式开发设计,系统调试结果表明,采用该系统进行竞技体育人体实时动态分析,能准确反馈人体运动行为特征信息,结合专家系统进行动作矫正,指导体育训练,提高训练效果。     

无线传感器网络高精度硬件时钟同步方法

为实现无线传感器网络高精度的时间同步功能,提出一种基于Zigbee技术的硬件时钟同步方法。采用跨层思想提取接收信号强度指示值信号作为同步触发信号,设计复杂可编程逻辑器件的硬件电路时钟模块实现计时,并配合软件算法完成整个网络的时间同步,在保证低能耗和复杂度的基础上,提高时间同步精度。对同步精度进行理论研究和测试分析,结果表明,该方法可使系统节点间达到10μs级的时钟同步精度,满足多数无线传感器网络要求。     

以网络为中心的协同特征造型

在网络化同步协同设计环境中,如何实现CAD系统之间的实时数据交换和模型同步,成为协同几何造型的关键问题。文中提出了一种新的复制式协同特征造型方法,该方法将现有的特征造型技术与分布计算、网络通信技术相结合,通过简单的造型消息交换来实现增量式协同造型,可以较好地满足几何模型实时同步的需要,而且也部分地解决了异构CAD软件之间的数据交换问题;并详细地介绍了协同造型通信协议、对象引用机制、以及分布式协同造型系统。