基于CPU+FPGA的实时临空信道模拟器设计

信道建模是研究临近空间通信技术、评估系统传输特性的基础和重要方法。临近空间飞行器从低速向高速发展,信道变化频次随飞行器速度增大而愈加频繁。为实现对临空通信过程中信道衰落的实时仿真,研制基于中央处理器(Central Processing Unit,CPU)和现场可编辑门阵列(Field-Programmable Gate Array,FPGA)架构、参数1 ms更新一次的临空信道模拟器。该模拟器内置气象性损耗模型和无线信道衰落模型,CPU端通过设计状态机控制模块、优化参数计算逻辑、优化操作系统来压缩信道参数的计算时间。FPGA部分设计关键信息同步方案、基于状态机的双保障更新机制保证参数的可靠稳定传输、并行加速处理实现信息交互和增强信号处理速度。实测结果表明,上述方案有效提升了临空信道模拟器的参数计算速度和信号处理速度,可实现信道参数随收发机运动1 ms更新一次。     

不同仰角条件下的临近空间静止信道建模与仿真

在临近空间通信系统中,降雨、大气、闪烁等都会引起空地链路信道质量的恶化。通过分析Ka波段临近空间通信信道的电波传播特性,建立了Ka波段临近空间静止通信信道模型。分析了空地链路中仰角变化时,降雨对信号衰落的影响,估算了不同仰角下的相关参数值,并对不同仰角下Ka波段临近空间静止信道性能进行仿真,验证了模型的正确性,为临近空间链路分析及后续研究工作提供了平台。     

临近空间Ka波段低速飞行器通信信道建模

近年来临近空间通信平台已经成为研究的热点。针对临近空间低速飞行器构建了一种在Ka波段的信道模型。在Ka波段信道传输中,两类衰减是主要的影响因素,一类是多径衰减,一类是降雨衰减,通过统计分析的理论分别为这两类衰减建立了统计模型,多径衰落采用莱斯分布的统计建模,而采用传输信号的统计乘性干扰模型表征雨衰。通过MATLAB仿结果分析,证明建模的正确性和合理性,从而为临近空间技术提供了一种新的较为完备的理论参考模型。     

临近空间移动通信信道模型研究

分析临近空间移动信道的传输特性,包括多径衰落、阴影效应、多普勒效应3个方面。基于GWSSUS模型提出临近空间通信信道模型,根据途中飞行状态分别建立远距、近距和过顶3种情况的模型。对各飞行状态进行误码率特性进行仿真,结果表明,该模型能较为真实地反映临近空间通信信道的特性。     

数字基带信道模拟器的设计与实现

在通信新技术和新设备的研究过程中,需要进行大量通信试验,而在实际环境中开展试验需要耗费大量的时间和经费,因此利用信道模拟器代替实际信道在实验室范围内开展相关试验是一种较好的解决办法.设计了一种数字基带信道模拟器,能够实现延时、误码以及纠错编解码功能.阐述了FPGA内延时处理、高斯误码、通用误码、"RS+交织的纠错编解码...     

基于RBF神经网络的临近空间气温预测模型

针对大气系统,特别是大气温度系统的复杂非线性动力学系统特性,对现有的临近空间(Near Space)的温度资料进行分析,并利用RBF神经网络建立了临近空间温度场预测模型。根据北纬10度到北纬50度、海拔20 km到80 km之间的临近空间的气温观测数据,利用遗传算法寻优RBF神经网络的隐层节点中心值,最后通过RBF神经网络预测临近空间的大气气温。仿真结果和实际的温度数据对比分析表明,使用该方法建模取得了比较好的效果。     

基于遗传算法的临近空间飞艇多学科优化设计

临近空间飞艇设计中,确定系统总体参数、给出优化的艇体外形十分关键,针对传统设计方法,为改进其中串行设计的不足,提出了并行多学科优化设计方法;并基于遗传算法开展了飞艇外形优化设计方法研究,结合气动、结构、强度进行了一体化优化。仿真结果表明利用遗传算法开展飞艇多学科优化是可行的,另外在进行设计时,不能仅将减阻作为研究重点,还应全面考虑结构重量、强度等其它因素。     

基于SOS模型和查表法的平坦Rice信道模拟器

平坦Rice信道是一种应用范围广泛的移动衰落信道.精度和运行速度间的矛盾是SOS模型难以解决的固有矛盾.基于SOS模型和查表法,设计了一种平坦Rice衰落信道模拟器.理论和仿真分析结果表明,该模拟器同时具备高精度和高速度的良好特性,有较强的实用价值.     

临近空间衰落信道建模及其性能分析

为实现对临近空间通信信道的有效描述,提出一种临近空间信道几何模型,通过估算多径信道的参数,建立相应的信道仿真模型。在正交相移键控调制方案下,对信道的相位特性和误码性能进行仿真分析,结果表明,该模型与实际情况相符。当传输速率过大时,信道性能恶化,需要做进一步均衡处理。     

基于CVI+FPGA的声纳目标回波模拟器研制

在对声纳目标回波模拟器的数学模型、目标回波模型和混响模型研究的基础上，研制了一种基于CVI+FPGA的声纳目标回波模拟器，该模拟器能够产生主/被动声纳测试、定检所需的主/被动声纳回波信号。目标回波信号包括主动声纳、目标发射噪声、海杂波等信号，并以声信号的形式输出。通过性能测试及与实际声纳系统联试，证明该模拟器达到了设计功能和性能指标要求，介绍了声纳目标回波模拟器的数学模型、系统硬件和软件的实现方法。     

虚拟试验中临近空间大气环境仿真技术研究

临近空间作为空天过渡区域,对火箭等各种飞行器的安全和准确入轨有重大影响。为了完善临近空间的虚拟试验验证平台,提出一种基于美国TIMED卫星的SABER探测数据和参考大气模式的虚拟试验环境资源构建方法。该方法使用Matlab读取和预处理SABER探测数据,利用SABER探测数据的压强和密度参数计算大气风场,通过三维离散点插值算法构造符合分辨率要求的大气环境模型,根据SEDRIS规范格式化大气环境数据,生成临近空间虚拟环境资源。测试结果表明,该方法生成的临近空间虚拟大气环境资源能够为虚拟试验验证平台提供相应的环境支撑。     

A Novel Matlab-Based Underwater Acoustic Channel Simulator

An accurate modeling of the UAC （underwater acoustic channel） can facilitate the development of an efficient architecture for an UAM （underwater acoustic modem）. The performance comparison of different architectures can be performed rapidly and at a low cost in a simulation environment, compared to testing the modems in sea water. This article presents the development and utilization of an underwater acoustic channel simulator. The simulator can be used by a communications engineer in characterizing the time variability of the physical channel＇s parameters or by a hardware engineer in designing an underwater acoustic modem. This tool is programmed in Matlab and is based on the algorithms Bounce and Bellhop. The input parameters of these algorithms must be saved in text files after a specific template and are cumbersome to process manually. To streamline the modeling of an UAC and the simulation of various communication algorithms the simulator automatically creates the input files based on key parameters entered by the user, hiding the algorithmic dependent ones and allows a quick visualization of the simulation results with a few routines specially created. The use of this simulator is emphasized with results obtained from the design of a low-power UAM for long-term monitoring activities.     

基于差分进化的临近空间探测资源调度

针对临近空间预警探测平台的协同资源调度问题,根据临近空间探测资源与探测任务的特点,考虑多种实际约束条件,构建临近空间探测资源的优化调度模型。根据该模型规模大、求解复杂的情况,提出一种基于种群灾变的自适应差分进化算法求解模型。仿真实验结果表明,该算法相比传统算法收敛速度更快、寻优能力更强。     

基于FPGA的大气紊流模拟器设计

为了克服在利用软件模拟大气紊流的过程中所遇到的软件兼容性差和数据传输不方便等缺点,采用FPGA技术,设计了大气紊流模拟器。模拟器以大气紊流Dryden模型为理论基础,将Box-Muller算法与LFSR方法结合,利用Quartus II软件设计了Gauss白噪声生成模块,并利用Dsp builder设计的成形滤波器将Gauss白噪声滤波,从而产生大气紊流信号。通过串口将大气紊流信号实时进行传输。通过使用模拟器进行多次模拟实验,利用Labview和Matlab软件接收模拟器模拟数据并进行分析,发现产生的大气紊流信号符合Dryden模型的相关函数特性,可以模拟各种状态的大气紊流环境,符合设计要求。该模拟器具有使用方便、实时性较高等特点,可以用于单个飞行器飞行环境模拟,具有很高的实用价值。     

基于ARM和FPGA的多通道信号模拟系统设计

信号模拟系统在设备测试、数据处理等领域都有重要的意义;为了解决设备测试对多通道同步信号的需求,提出了一种基于ARM和FPGA的多通道信号模拟系统设计方法,主要介绍了以FPGA为核心的模拟输出控制模块,其中采用ARM进行多任务管理,用FPGA实现时序转换和控制,FPGA的控制逻辑采用VHDL和原理图相结合的方法设计,使用FPGA提高了系统性能并简化了外围电路设计,最后给出了模拟系统的实验结果,整个设计系统可模拟输出多路0.01Hz~40MHz的任意信号,说明了这种设计方案的有效性。     

体系结构模拟器在处理器设计过程中的作用

随着摩尔定律趋于终结,处理器性能的提升越来越依赖于处理器微体系结构的优化改良,而处理器微体系结构的优化改良离不开体系结构模拟器的辅助,因此体系结构模拟器在现代和未来的高性能处理器设计中的作用越来越重要.具体地,体系结构模拟器可以辅助进行处理器微结构探索、芯片逻辑验证、硅后验证环境搭建、系统软件开发等工作.首先,介绍了开源模拟器与处理器设计的关系,并指出开源模拟器在辅助进行处理器设计方面的不足,同时对处理器厂商使用模拟器辅助进行处理器设计的方法和经验进行了分析总结.其次,对用于处理器微结构优化和改进的性能模拟器的校准方法进行了总结,然后对模拟器的纵向和横向优化方法进行了总结.最后,对新型异构模拟器进行了总结,并对未来模拟器的发展和基于模拟器进行处理器设计的方法进行了总结和展望.