FPGA在卫星地面测试设备中的应用

本文介绍FPGA技术的特点和HDL设计方法，讨论FPGA在卫星地面测试设备研制中的应用，并介绍一种基于FPGA技术的数据采集处理系统设计及其在卫星地面测试中的应用。利用FPGA技术能大大提高卫星地面测试设备的研制效率。     

卫星图像模拟源系统控制器设计

卫星图像模拟源是在星载图像压缩系统研发过程中,通过模拟多路CCD相机向卫星图像压缩系统提供多路图像数据的测试设备;该设备基于FPGA研发,需要对海量图像数据进行存取,使用SDRAM作为数据存储是一种非常有效的方法,然而采用传统的FP-GA芯片内部集成的SDRAM控制器无法满足该设备大容量、高速率存储的要求;基于此,提出了基于MicroBlaze和VHDL联合编程实现SDRAM控制电路的方法,该方法实现了SDRAM的高速读写,能完全满足卫星图像模拟源系统的需求。     

基于UVM的远程控制FPGA一体化闭环仿真验证平台

远程控制FPGA是卫星执行地面指令和转发地面数据的核心部分,必须对其进行全面验证,避免存在设计隐患。本文以远程控制FPGA为被测件,使用目前最先进性的通用验证方法学UVM建立了一体化闭环仿真验证平台。该验证平台具有带约束收敛的测试向量随机生成和自动检查输出结果正确性功能,实现了功能覆盖率检测,能有效提高远程控制FPGA验证的效率和质量,较好的满足了验证需求。     

基于CPCI的测控测试设备的设计与实现

针对传统的地面测控测试设备结构复杂、可移植性差、难以满足当前测试要求的现状,提出了基于CPCI总线设计的卫星PCM测控测试设备。设备采用"通用前板+专用背板"板卡设计方法,提高通用性,降低成本;使用FPGA代替传统分立元件,提高设计效率和可靠性。为便于调试,硬件功能尽量简化,只完成数据发送接收操作,遥测帧同步、遥控指令解析等工作由软件实现。     

通用自动化测试设备的接口设计

面向工业测试领域中不同类型和特征的被测试与激励信号,采用通用自动化测试设备,通过更换不同的信号板卡,能满足测试与激励的多样性.针对PXI通用自动化测试平台,采用FPGA构建的测试板卡,既能实现和PXI总线的通用接口,也能完成本地总线的控制和数据采集,形成一个通用的PXI板卡设计模板.最后,基于该思想完成的离散量板卡和通信板卡设计,表明该通用设计方法具有可移植性强、硬件复用容易等特点,进而极大地降低了设计强度和难度.     

卫星姿轨控半物理仿真测试系统

为了保证卫星发射前的地面姿轨控半物理试验的顺利进行,研制了姿轨控分系统半物理仿真地面测试系统。为了满足相关类似卫星型号的通用化测试,本套仿真测试系统采用通用模块化的设计架构,同时采用现今主流的PXI总线测试技术（配合VPC转接电路板）。使用标准通用cPCI总线板卡以及部分自制FPGA可编程cPCI总线板卡实现各测试模块的功能。这种架构不仅能实现功能模块化,便于后续的功能扩展及维修,同时具有可靠性高、搭建时间快、可维护性强的优点,且体积小,稳定性强,能适应不同测试对象的测试环境条件,适合长途运输。本文介绍了系统的总体设计结构,重点介绍了模拟总体电源、动力学仿真机、电信号源、程序加载以及外围设备等硬件系统功能,以及相关配套软件的基本功能。测试系统经过与卫星的星地联试,功能性及使用性均得到了验证,测试结论符合设计之初功能性及通用化的构想。     

一种卫星半实物模拟训练等效器的设计与实现

由于在实装上进行卫星地面测试的日常训练可能会造成设备的严重损耗,不能用真实卫星作为日常训练对象。通过分析大量卫星的供配电特性,设计半实物供配电设备模拟器,用其代替真实部件引入闭环回路,实现卫星内部供配电分系统的实物等效。以计算机为核心实现数据采集及数据处理系统,并可实时接收遥控指令、模拟生成遥测数据,配合地面测试系统响应测试流程。硬件实物仿真设计了数据采集、信号产生等硬件板卡,实现配电等效、指令等效、测量等效的功能。模拟器整体设计以PXI总线为接口,满足了系统的模块化及通用化设计,可方便实现其他模拟器的组合及扩展。经过现场运行表明及用户实际测试表明,该设备可完全替代卫星供配电分系统实现卫星电气性能模拟,有效配合地面测试人员的日常训练。     

基于FPGA的RapidIO总线接口设计与实现技术

为了适应新的数字信号处理技术的发展,采用FPGA实现技术设计了串行RapidIO高速串行传输接口,实现了DSP与FPGA之间、FPGA与FPGA之间的高速数据传输,详细介绍了本地端点设备访问和远端设备访问的时序设计过程。对RapidIO总线的性能指标进行了测试,试验表明,在1lane、全双工模式下,数据传输速率可达243MB/S,突破了以前DSP的外部接口总线的传输速度瓶颈。     

基于USB的卫星通用化地面测试软件的设计

针对当前卫星地面测试设备研制任务剧增、研制需求周期短、密度大、技术更新快的问题,将软件工程中的组件技术引入卫星测试软件领域,提出利用测试功能组件构建通用化测试软件的设计思路;首先,对现有卫星型号的地面测试任务做共性研究;然后,分析研究现有卫星数传分系统和测控分系统单机地面测试涵盖的所有测试功能,描述通用化测试软件的研制需求;以通用化和模块化的设计思路进行软件概要设计;通过分析软件组成、设计流程图、搭建软件界面等步骤进行软件详细设计;最后,软件实现;提出的基于USB接口的卫星通用化地面测试软件,通过某型号功放级地面测试和某型号Ka应答机地面测试,经验证,通用性强,覆盖功能全面,能较好地满足多个分系统单机设备的测试要求。     

频率可调带宽可选的VLBI多相数字基带转换器

VLBI数据采集终端是VLBI台站的重要设备,近年来随着数字硬件设备例如ADC、DSP、FPGA的快速发展,数字基带转化器代替模拟基带转换器成为现实。现有采用多相滤波器实现DBBC的方法不可避免存在盲区,且频率、带宽均不可调。提出一种通用的基于多相结构的宽带数字下变频方法,将多速率信号处理和并行处理方法应用在其中,成功实现了VLBI多个通道的单边带数字基带转换,且能实现中频中心频率可调、带宽可选。硬件测试结果表明VLBI数字基带转换器频率设置正确,带宽选择正确,且数字基带转换器带通特性好于模拟基带转换器。     

卫星定位信号实时处理实验平台的设计与实现

本文设计了卫星定位信号实时处理实验平台.该平台接收卫星定位信号,经射频电路变换为数字中频信号后分为两路输出：一路与FPGA开发板相接,用于数字卫星定位接收机的研制;另一路通过并行口EPP协议送至主机,用于软件卫星定位接收机的开发.该平台提供了卫星信号处理基础算法库和基础软核库,可有效支持卫星定位接收机的软硬件开发.目前已经基于该实验平台完成了数字GPS接收机原型的设计和软件GPS接收机原型的开发.平台的兼容性很好,只需更换射频电路,即可用于新一代卫星定位接收机的研究开发.应用用效果表明,使用该平台可显著提高开发效率和质量.     

基于LabVIEW的发动机硬件在环虚拟信号发生器

针对发动机ECU在环仿真过程中ECU与发动机模型信号的正确匹配,提出了基于LabVIEWFPGA产生脉冲信号的方法。在说明整个硬件在环仿真方案的基础上,详细介绍了利用LabVIEWFPGA模块产生多路脉冲信号的软件编程。实验结果表明,该信号发生器能够模拟转速传感器产生精度高,相位准确,实时性强,频率范围广的脉冲信号。     

基于FPGA的DTMF信号的产生与检测

文章以现场可编程门阵列(FPGA)为控制核心,设计并实现了双音多频信号(DTMF)的产生与检测,DTMF信号的产生是在FPGA内部将两个不同频率的正弦波形合成一个双频数字信号,通过D/A转换器变为模拟信号输出。DTMF信号的检测以Goertzel算法为核心,计算出8个频点的幅值,通过比较大小判断出相应的电话号码。经过工程测试,该设计能够达到DTMF信号的产生与检测要求,结果表明,将DTMF编解码算法集成于FPGA系统中,使DTMF信号系统变得简单灵活,充分发挥了FPGA的优势。     

基于微波暗室GNSS抗干扰接收机的测试方法

GNSS抗干扰接收机的性能测试方法研究,对提高卫星导航系统在实际应用环境下的安全性与可靠性具有重要意义。本文提出了一种基于微波暗室改进的GNSS抗干扰接收机的测试方法,该方法通过扩大模拟信号的视场角范围,实现了卫星信号的多路输出、干扰信号的动态模拟。和传统的卫星信号单路输出、干扰信号静态模拟的测试方法相比,本文提出的测试方法能够逼近室外真实的测试环境,提高了抗干扰接收机性能测试的准确性。最后通过数字仿真,分析了干扰源与信号源的夹角关系及信号模拟误差对抗干扰接收机测试带来的影响。     

基于FPGA的固体测速系统的设计与应用

针对目前工业生产过程中的固体流速测量问题,提出了一种基于 FPGA的固体流速测量系统。该系统以相关测速算法为理论基础,通过发射载波信号到测试管道,并采集管道内两个不同位置的流速信号,对这两路信号进互相关运算,寻找峰值点,从而间接求得固体流速。该系统包括一套基于 FPGA的硬件系统和一套基于 C++的上位机软件系统。经过测试验证,本系统实现了固体流速的精确测量,性能稳定,达到了设计目标要求。     

最优正交信号分解的FPGA实现

获取回波信号的同相分量和正交分量对于声纳系统的数字波束形成器非常重要.本文提出了一种采用最大误差最小化准则来优化数字希尔伯特（Hilbert）变换滤波器的方法,用以获取幅度和相位严格平衡的正交信号,并在此基础上给出了基于现场可编程门阵列（FPGA）的分布式DA算法的硬件实现结构.实验结果表明这种方法稳定可靠,达到系统实时要求.     

基于FPGA+DSP的雷达信号处理模块的设计

针对现代机载雷达信号处理系统的通用性、灵活性要求,提出了一种基于DSP+FPGA的雷达信号处理系统的设计方法。以机载PD雷达信号处理系统为例,给出了测试结果,完成的系统具有高可靠性和实时性。     

基于FPGA+DSP的雷达回波发生器设计

雷达回波发生器利用现代仿真技术生成蕴含雷达目标和环境信息的模拟雷达信号,用来对雷达系统进行性能测试和评。根据通用性、灵活性要求,提出了一种基于DSP+FPGA的雷达回波发生器的设计方法;简要介绍了设计思想,详细阐述了系统的硬件组成和软件设计,并给出了测试结果并总结了该雷达回波发生器的一些优点。     

基于多频扫描的硅微谐振压力传感器测试方法

为了对硅微谐振压力传感器进行快速、高精度的开环特性测试,提出了一种基于多频扫描的频率特性测试方法.通过数字电路将多个不同频率的扫频信号叠加作为驱动信号,以实现在整个测试频带范围内高效且高精度的频率特性测试.搭建了以现场可编程门阵列(FPGA)为核心的多频扫描测试系统,采用4个正弦扫频信号叠加进行测试,结果表明:多频扫描测试与稳态扫描测试精度基本一致,但测试效率提高了4倍.多频扫描测试方法在保证测试精度的前提下,显著提高了测试效率,能够更好地满足高Q值传感器及其在批量生产过程中的测试需求.