航天电子技术分析范文

导语：想要提升您的写作水平，创作出令人难忘的文章？我们精心为您整理的13篇航天电子技术分析范例，将为您的写作提供有力的支持和灵感！

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1 电子信息技术的应用特点分析

 

1.1 在航空航天领域的应用特点

 

在我国航空航天事业发展中，电子信息技术发挥着重要的助推作用，其应用范围主要体现在高精尖技术研发层面。航空航天领域是我国科教兴国战略的重要领域，当前在该领域中开辟了专门的电子信息工程技术类项目，其项目包括与航空领域相关的软件开发、信息处理、高端微波遥感技术等。电子信息技术还被应用到航天电子系统研发中，如我国研发的东风-14洲际弹道导弹应用了先进的电子信息技术;我国北斗卫星导向系统也应用了电子信息技术，大幅度提升了系统运行的高精准度，使其覆盖范围扩大至整个亚太地区。为了持续推动我国航空航天事业的发展，使其相关技术达到世界领先水平，必须要加大该领域中电子信息技术的研发力度，拓展其应用深度与广度。

 

1.2 在工程建设中的应用特点

 

在工程建设中，电子信息技术的应用主要体现在搭建网络通信平台方面，如在工程造价控制领域中，可以利用网络信息传输平台及时获取有关工程造价的相关资料信息，并利用管理信息系统、办公自动化技术等强化造价监控，提高工程造价控制的及时性。工程量计算是工程预算、决算的重点，而运用工程量计算软件可节省人工计算的时间，避免出现计算差错。尤其在公路工程建设中，电子信息技术可以对种类繁杂、数量庞大的信息进行梳理，不断更新相关数据，促使公路工程建设有序开展，提高工程管理的现代化水平。

 

1.3 在城市安防领域中的应用特点

 

城市安防是保证社会安定的重要举措，电子信息技术作为城市安防的必要技术支撑，大幅度提高了城市安防的信息化、现代化水平。如，在城市安防中运用视频监控电子信息技术，可对监控范围进行固定和移动监控。尤其对于移动视频监控技术而言，可有效应对取电问题，扩大视频控制点的覆盖率，减少监控盲区;又如，在城市安防中运用电子报警技术，可实现固定目标报警和移动报警两种模式。对于固定目标报警而言，由探测器发出探测信号传输到报警管理中心，安保人员根据信息制定应急预案，对不良破坏行为进行有效控制。对于移动目标报警而言，融入了无线通信技术、GIS地理信息技术、定位处理技术等，可与医疗、公安、火警系统进行互联，以便对报警信息作出快速应对。这种报警技术已经被广泛应用于贵重物品运输、运钞车等监控领域。

 

1.4 在农业领域中的应用特点

 

农业机械是农业生产的重要物质基础，当前电子信息技术被广泛应用到农业机械中，促使农业机械向智能化、网络化的方向研发。如，在一些大型拖拉机的内部系统应用电子控制单元，使内部系统具备信息处理能力，并且利用标准设计接口与其他系统进行网络互联，通过局域网络对拖拉机的操作进行控制。电子信息技术在农业机械上的应用，迫切需要实现标准化、通用化。在农业机械驾驶室内安装通用型智能显示终端系统，利用光纤电缆组建数据通信网络，形成串行总线结构，将所有电子控制单元实现与总线标准接口挂接，从而促使信息在不同系统中的交换，准确传达控制命令。此外，这种标准接口还能够保障农业机械之间的信息交换，对加强农业机械管理、使用以及技术控制有着重要意义。

 

2 电子信息技术未来的发展趋势

 

2.1 光电子技术

 

光电子技术是由电子技术与光子技术相结合而产生的技术，主要应用于电子输入设备，如打印机、摄像机、平板电脑等设备，以CCD器件为主，其图像传感器的信息获取或输出方式如图1所示。

 

从光电子技术的发展趋势上来看，激光技术的应用拥有着广阔的发展空间，尤其在医疗、军事领域，激光器发挥着巨大的应用优势，能够保证应用的安全性，减少意外发生几率。此外，光电子技术中的光显示在家用电器中得到了推广应用，为提高家用电器智能化控制水平提供了技术支撑。

 

2.2 集成化与高效化

 

电子信息技术向集成化、高效化的方向发展。如，利用纳米技术制造电子产品，使其集成电路更加细化，促进了集成电路技术的发展与应用。当前，32nm、45nm、65nm的纳米级技术成为了较为常见的技术，加之ARM、FPGA等在电子产品中的应用，进一步提升了电子产品的集成性，这也成为电子信息技术研发的主要方向;又如，在光纤传输技术的支撑下，数据传输速度成倍数增长，加之CDMA数字通信技术的成熟、GPRS在通信领域的应用以及宽带接入技术的改进，进一步扩大了通信技术的覆盖范围，使得通信技术产品成为了人们生活中必要可少的物质条件。

 

3 结论

 

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一切从球开始

在世界范围内，有许多私营航天科技公司成功的先例：2014年，Facebook与 Titan Aerospace 进行了一笔达 6000 万美元的交易。Facebook 购买了多架该公司生产的近地面太空无人机，用于自己旗下的太空网络信号转播项目，届时，全球都会被免费的无线网络覆盖。而在民营航天成功先例中，最著名的恐怕就是 SpaceX 公司。

和美国不同，中国航天事业主要由国家掌控和运作，但这并不意味着私营航天在中国无从谈起。

去年5月，“中国制造2025”规划，在新常态的语境下，国家把目光再次聚焦到工业实体。有分析认为，仅卫星应用这一领域的产值就将在2020年达到5000亿元，“十三五”末我国航天工业的整体产值将能达到8000亿元至10000亿元的水平。

据行业人士测算，商业航天领域每投入1美元，可获得7至14美元的回报。经过多年发展，商业航天已成为世界航天产业发展的主要动力。

“坐火箭20万美元游太空”“推出太空专车、太空顺风车、太空班车等发射服务计划”……事实上，曾经颇显神秘的中国航天业，已悄然开启商业化的大幕。虽然让公众兴奋的太空游还略显遥远，但作为交通工具的火箭其实已开始“专车”服务（指发射卫星等）。

位于一间普通写字楼的中国火箭有限公司（以下简称中国火箭公司）没有过多国企做派和军工的神秘，也还没有互联网企业足够的简明高效，但这家企业已经站上中国航天商业化的时代“风口”。

作为商业航天发展的基础运输平台，火箭正通过创新运营模式、打造专属列车、提供定制服务等创新举措，努力在商业航天市场的激烈竞争中抢得先机。布局并不止于目前披露的商业发射服务、亚轨道飞行体验、空间资源利用三大业务板块，“对标SpaceX只是近期目标。”

百度CEO李彦宏曾在2014年的全国政协委员会上递交提案，建议国家相关主管部门鼓励民营企业开展火箭、卫星等的研制、生产和发射业务，促进航天技术在其他领域的应用，带动其他相关产业的发展。

航天领域的民间机会

2015年12月22日上午九点，美国太空探索公司SpaceX成功将其自主研制的Falcon 9 FT火箭发射升空，成为首个成功进入太空的民间企业。这被视为私人航天时代即将到来的标志。

在中国，航天领域长期为国有力量主导。即便是国有机构，要制造完整的火箭也非一家所能。火箭的不同结构，在传统的航天系统中有着严格的分工。

但在民营航天爱好者的眼中，只要技术操作与基本工艺到位，使用民用级别的原材料进行航天器制造，并非不可能。

2013年，大三学生胡振宇与科创广州项目组成员一起，到内蒙古发射了一枚火箭。

胡振宇曾在中科院空间所实习了1个多月，而这家机构是航天四院的主要客户之一。他听到的最大抱怨是“太贵了”，“贵到以至于中科院自己都想做探空火箭，忍无可忍了”。几年后，他创办了翎客航天，计划把价格拉低至200万元，同时提供更好的性能。其中的关键是缩短供应商链条，减少分包成本，避免层层倒手、加价，以确保毛利润率。

按照胡振宇的规划，他创建的翎客航天将是国内首家提供探空火箭发射服务的私人企业。与公众更加熟悉的“”等运载火箭相比，他的探空火箭体型更小，通常长度不超过10米，箭体直径不超过300毫米，有效载荷数十公斤。它的作用是将搭载的仪器送到几十至几百公里的高空，进行几分钟的科学观测，相对简单的结构和功能，让民间科研力量有望参与其中，甚至成为市场的主要玩家。

2015年7月，中国民间航天组织中规模最大的 “科创航天局”主席罗澍等人做的卫星研制方案得到了投资人的认可。投资人认为，没有民间及商业化的航天就没有人类航天的飞跃。现在人类处于技术空前平民化的阶段，所以会出现几个年轻人在短短几年间通过互联网改变数亿人的生活，“沿着平民化路线看看有没有突破口。”

民间的商业航天行为，最终落点还是“商业”，在国家大力推动军民融合、“航天+互联网”的信息产业变革，以及全球新一轮的工业革命的大背景下，越来越多的企业将通过航天的“商业化”道路，寻求新的投资机会。

中国航天的山东元素

在神舟十一号任务中与天宫二号空间实验室成功实现自动交会对接后，513所承担了多项保障工作。

513所即山东航天电子技术研究所，隶属于中国航天科技集团公司第五研究院，始建于1966年。1986年由山西太谷搬迁至山东烟台。是目前山东省唯一一家从事航天高科技研究的科研事业单位。513所先后参与了我国从神舟一号到神舟十一号、天宫一号、天宫二号等所有载人航天工程型号的研制，均圆满完成任务。

10月19日3时31分，神舟十一号载人飞船与天宫二号空间实验室成功实现自动交会对接。6时32分，航天员景海鹏、陈冬先后进入天宫二号空间实验室。据了解，2名航天员将按照飞行手册、操作指南和地面指令进行工作和生活，按计划开展有关科学实验。完成组合体飞行后，神舟十一号撤离天宫二号，并于1天内返回至着陆场，天宫二号转入独立运行模式。

据报道，在航天员空间实验的过程中，513所研制的多项产品将发挥至关重要的作用。其中，513所研发的氧分压调理电路、二氧化碳分压传感器、舱内气体采样装置将净化空气，确保太空没有“雾霾”；液路断接器和封气装置是载人飞船的安全卫士；失重生理效应实验装置、骨丢失对抗仪、无创心功能监测仪为航天员提供了完善的健康保障体系；无线语音系统将实现航天员与地面的天地通话。

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The Engineering of Aerospace Propulsion

2012，519p

Hardcover

ISBN9781447124849

大部分航空、航天动力推进领域的书籍主要致力于燃气涡轮发动机，往往很少覆盖如螺旋桨、直升机旋翼或火箭发动机推进系统及设备。本书采取一个更广泛的观察视角，旨在为航空、航天动力推进工程技术提供一个更广阔的知识背景，这本书并不只是介绍一个单独的系统，而是对多个系统进行观察和比较，将航空航天推进领域在科学研究和工程中的每一步进展呈现给读者。

这本书记录了从早期比较简单的推进系统到今日飞速发展的航空航天推进工程系统，读者可从本书中学习并了解到在航空航天动力推进工程学中更为深入的数学知识、物理原理和历史发展。本书共14章，分为两个部分，包含两个通用类别：飞机推进系统和火箭推进系统。第1-8章介绍飞机推进系统，第9-14章介绍火箭推进系统。本书选择的内容非常明确并具有代表性，书中关于航空航天动力学及工程的一些相关材料是非常全面而详细的，包括固体和混合火箭发动机内弹道等内容，并进行了详尽的分析说明。本书并未着重介绍某个单一的动力推进系统，而是提供了更广泛的参考背景，比较了被大部分教材忽略的其他飞行推进系统的相同点和不同点。这本书的主题内容覆盖范围较广，提供了更多直观的内容给读者，包括一系列相关的图表和照片，比如具体的推进器的性能图表。这些文字和材料为本科生和研究生提供了很好的支持，有利于学生和专业技术人员进行相关项目的工作。

这本书主要来源于作者在瑞尔森大学（Ryerson University）任教的教学笔记。作者教授本科生和研究生的航空航天工程课程多年，包含飞行力学、飞机性能和气动力学等相关内容。在1993年进入瑞尔森大学之前，作者曾在加拿大的大学和航空航天研究部门工作数年，目前作者是AIAA（American Institute of Aeronautics and Astronautics）固体火箭技术委员会的国际成员，并在北美和欧洲的动力飞行会议上发表了多篇重要学术论文。

本书适合用作相关专业大学课程的教材或者专业技术人员的参考用书。

徐旻，博士，工程师

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为了实现培养学生实验能力、实践能力和创新能力的目标，我校电气工程与自动化国家级实验示范中心经过多年的发展和建设，不断积累经验，提出了“三层次、六类别”实践教学体系1,培养学生实践能力“以基本实验技能为基础，以独立设计能力为中心，以研究创新能力为目标”。实验教学由基本型、提高型和研究创新型实验组成。第一层次为基本型实验，由各课程的实验课或单独设立的实验课组成，每门实验课包含若干基本和选做实验。第二层次为提高型实验，包含课程设计、实习及综合设计实验。第三层次为研究创新型，学生根据自己的爱好进入实验中心的各开放实验室、创新实验室、学生科研实践基地，研究自己拟定的课题和学生创新基金项目，或参加教师的科研项目。在三个层次中，基本型教学实验约占55%,提高型实验占35%,研究创新型实验占10%。

根据“三层次、六类别”实践教学总体建设思路，电气工程与自动化中心建立并完善了实验教学体系。

1.1 基本型实验

基本型实验与课堂理论教学同步进行，基本型实验教学注重实验基础技能培养，主要包括基础性原理知识与验证性实验。

以“电力电子技术”基本型实验为例，坚持外购与自制相结合，自主研制并生产实验设备，改善实验条件，充分体现我校电力电子技术专业教学特色和先进性。实验设备的基础平台选用方圆公司的通用平台，实验挂箱为我校自主开发，这些挂箱观测点多、实验内容丰富，既可以进行器件实验、又可以进行电路实验;既可以进行电路开环实验、也可以进行电路闭环工作特性的测试。通过自行研制、开发、生产实验教学仪器，一方面可满足实验教学的需要，及时更新实验内容，同时也为学生的第二课堂提供了丰富的课题。在自制仪器的研制过程中，我们积极吸收优秀本科生参加，让他们在教师指导下直接参与收集资料、方案论证、电路设计及制作调试的全过程，实验教学成效反馈证明了这种方式非常有利于锻炼和培养学生的科研能力和协作精神。

1.2 提高型实验

在基本型实验的基础上，给学生提供了更高层次的综合性、开放性实验。提高型实验教学注重独立设计能力的培养，打破了传统实验教学思维方式，按照课程群的类别设置综合设计型实验。包括电力电子与电力传动开放性实验、电机开放性实验、飞行控制实验、过程控制实验等。提高型实验注重学生的研究创新能力培养。实验室实行开放式教学，学生可以申请实验器材，自行设计实验，进行研究型实验。

以电力电子与电力传动开放实验室为例，采用积木式结构的实验平台，可以开放至底层元件级别，灵活性好，可扩展能力强。学生既可以选用基本模块单元完成一些基本型实验项目，也可以自行设计电路。本实验可以不针对具体课程，综合应用“电力电子技术’、“电机学’、“自动控制原理’、“现代调速技术”、“开关电源技术”等课程的知识。结合教师科研课题和学科发展前沿“二次开发”部分核心部件，可将最新的科研成果及时转化为教学实验。从而增加了学生自己动手的机会，培养他们独立分析思考问题的能力。电机学课程设计是学生在完成电机学课程和课程实验的基础上开展的综合设计工作，学生完成电机参数计算、绕组设计分析、定子、转子设计分析等工作，主要培养学生的设计和分析能力。电机学实习是紧跟在电机学课程设计之后，学生设计好电机后，动手进行电机的加工和装配、测试工作。主要内容有拆解电机、拆解绕组、清理电机、绕制线圈、嵌装绕组、端部整形及绑扎、绕组绝缘强度测试、电机装配、电机运行、电机参数测试、合格电机验收，以及到企业参观。该课程设计可以有效促进教学与生产相结合，加强学生工程技术能力的训练和培养。

1.3 研究创新型实验

以航空航天应用、新能源发电等为核心，建立创新实验研究平台，提供学生创新实践的环境。利用创新实验室的条件，开展多种形式的科技创新制作活动，包括：创新实验室的开放项目；学生在学习过程中自己提出的创新项目；从教师的科研课题中分解出来的小课题;校大学生科技创新基金等。

航空航天应用是我校电气类学科研究的重要应用，为了让学生了解先进航空电气技术、提高实践创新能力，学校建有航空电源航空科技重点实验室和航空航天电源工程中心。该实验室由航空主电源发电系统、二次电能变换装置、配电系统及负载管理系统等实验创新平台构成。新能源发电技术是目前电力电子技术发展和研究热点之为了让学生了解学科前沿技术、提高学生的创新能力，学校投入大量资金建设了新能源发电技术创新实验室。该实验室由小型风力发电实验平台、太阳能发电实验平台和燃料电池发电实验平台构成。基于上述平台，学生可以进行创新性的发电机、电力电子功率变换等研究。

部分优秀学生通过参与老师的科研工作，通过对-个项目的“设计、加工、实验、分析”的全过程实践，可以系统学到专业知识和科研方法，提高科研工作能力、培养创新精神、积累创新方法。

通过“三层次、六类别”实践教学体系的细化，形成了电机、电力电子、自动控制3个实验教学课程群，共103个实验项目。包括：电机学（23个）、特种电机（4个）、电机与控制元件（18个）、电器原理及应用（4个）、电气测试技术（8个）、现代调速技术（8个）、电工学（2个）、电力电子技术（7个）、航空航天供电系统（4个）、自动控制原理（6个）、现代控制理论（7个）、控制系统工程（8个）、控制系统设计和实践（4个）。因篇幅限制，文中未列出实验中心详细的实验条目。

2.建立多层次实验教学队伍

针对示范中心多层次实践教学的需要，实验中心进一步加强了实践教学队伍建设。

基本型实验主要由年青教师和专职实验员联合授课，实验员侧重于具体操作的演示和讲解，年青老师侧重于实验结果分析和引申讨论，从而弥补了实验员单独指导的不足。

提高型实验由相关课程的资深教师负责，由实验老师配合，加强实验过程中的指导，通过手把手教学生，给予必要的过程辅导，解答学生疑惑以及对实验过程中出现的现象进行深入讨论，启发学生进行探究性实验，并掌握从现象中进一步挖掘更深层次的研究性问题的方法。

创新型实验主要由教授和部分副教授指导，通过创新论坛、创新示范区，以及每周创新研讨例会等形式加强对学生的指导，启发学生创新思维。

通过多层次实践教学师资队伍的建设，避免了过去的实验员单一带学生做实验的弊端，极大的提高了实践教学效果，培养了大量富有创新精神的高质量人才，在全国电子竞赛、数模竞赛、挑战杯、以及全球IEEE未来能源竞赛中多次获奖。

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新加坡南洋理工学院是一所世界公认的、一流的职业技术综合性学院。新加坡经发局领导下的跨国合作技术培训中心、跨国合作科技学院及跨国科技伙伴，在1992年经过整合成立了南洋理工学院。这种特有的历史背景影响并造就了这所学校，使其在办学策略和人才培养方面具有鲜明的特色。下面以电子、通讯和计算机专业为例，分析其课程体系的特点以及给我们的启示。电子、通讯和计算机专业的定位

该专业定位于日新月异的电子技术领域宽泛的职业。学生在校期间学习工业上所需关键技术的重要知识和技能，有机会学到航空航天电子、嵌入式系统、IC设计、无线宽带、HDTV技术、纳米技术、生物医学和生命科学等重要技术。学校提供机会进行技能训练，包括产品创造、系统集成和创造性思维、组织管理能力以及外语表达能力等训练。

毕业生通过系统学习和训练，提高了自身的素质，能胜任如航空航天、电子、国防、远程信息服务和媒体等工业部门技术人员、工程师、管理者的工作。这个专业也获得了一些国内外高等学府的承认。这些国内外大学还提供机会，吸收这些毕业生进入本学校，并使其以最短的时间获得学士、硕士甚至博士学位。

宽而厚的基础，体现了“高起点”打造人才

从电子、通讯和计算机专业课程体系的设置来看，明显注重夯实基础。第一、二学年的基础课涵盖了工程数学及电子、通讯和计算机领域的基础课。这些课程是相对固定的经典模块，包括强电和弱电、模电和数电、数据与网络、基本的工具(工程制图、电子绘图、电子设计自动化、编程技术)以及若干课程项目。这些基础课的学习为学生在电子、通讯和计算机领域的发展打下了坚实的基础(参见右表)。

第一学年的课程及学时安排，共15门必修课，累计840个学时，其中有两门课为人文素质教育课程：交流技巧(45学时)、创造与创新(30学时)。此外，要从外语、商业和科技创业中选修两门课。第二学年课程分布及学时安排与第一学年大体相近。

多专业方向，体现了“用未来的科技培养今天的人才”

专业在第三年分为多个方向，这些方向是根据相应专业领域的发展来决定的，有些方向甚至是高精尖端的科学技术。学生通过两年的基础学习和训练，可以结合学习成绩并根据自己的兴趣和发展方向，选择相应的专业方向进行学习。在电子、通讯和计算机专业中，具有航空航天电子、无线通讯、嵌入式系统设计、远程信息服务、晶片制造技术、自动化设计等六个专业方向。这些专业方向是该领域的先进技术及其应用。各专业方向的行业背景、服务面向各有侧重，具体如下：

航空航天电子服务面向大气中心、MRO、设计、制造和飞行服务；无线通讯针对产品设计员、生产和测试员等岗位；嵌入式系统设计面向手机、便携式播放机、医疗设备以及自动化系统，由于对嵌入式系统持续增长的应用创造了对软件和硬件专家的大量需求，因此主要岗位是智能产品和系统的研究开发；远程信息服务专业的岗位是远程教育、航天、安全、保健、智能传输系统、精密制造自动化、安防、决策与供应链管理及许多其他方面；晶片制造技术为从事晶片制造部门的职业做准备，包括半导体晶片制造、集成电路及分离电子元件；自动化设计专业培养有关自动化系统、机器和设备的电子和计算机技术人员，覆盖了机器人、智能控制、计算机成像和视频自动化的关键技术。

特色课程设置，一切为了学生的成长和发展

除了体现时展和前沿技术的专业课程，南洋理工学院还设置了一些有特色的课程，重在培养学生的社会能力。

交流技巧：主要针对学生在学术上和社会上所必需的口头表达技巧和写作技巧，帮助学生建立正面的自我意识和专业形象，掌握沟通策略以及做决策和解决问题的能力，培养学生的冲突管理和协商技巧。

创造与创新：帮学生建立对创造和创新的理解，培养学生的创造性和创新性思考的能力。把思想融入商业理念中，以示范意义突出的创新实例去激励学生进行创造性思维，从而具备商业性创新及科技创业的意识。

团队协作及沟通技巧：帮助学生理解并获得在工作中所需的沟通技巧。学生得到相应的求职技巧，包括撰写简历、求职信和面试技巧等；培养学生的商业写作技巧，包括会议记录、备忘录和商业洽谈预约。学生将获得对不同组织、合作文化、商业聚会等的认识，从而更容易融入未来的工作环境中。

科技创业项目：这个项目以团队的形式，给学生提供在技术和商业领域应用所需的知识和技能，以及实现创新的机会。重点在于产品原型开发、创新思想的评测、方法和方案、技术评估和商业计划书。

企业实习：构成课程实践的一个整体，通过与企业接触，在真实的工作环境中使学生获得实际的工作感受。培养学生积极的工作态度、团队协作及沟通技巧。

全日制项目：使学生把课堂上学到的知识和技能应用到实践中，形成真实的创新性方案。定制特别的项目，既符合工业需求，又适合学生实践。学生被组织成项目组，当他们面临一系列的目标时要发挥团队精神。在项目开发的资深员工的组织和领导下，学生要一起工作。除了获得项目开发的途径、硬件和软件的技巧，还给学生树立终身学习的理念，为承受足够的工作压力做准备。

南洋理工学院课程设置的启示

市场导向的专业定位是课程体系设置的前提。职业技术学院人才培养的定位要依据国家的发展，又要高于经济发展的现状，因为人才的培养需要一个过程，既要动态地适应社会经济的发展，又要适度引领社会经济的发展。这就要合理地设置专业、动态地调整或新增专业。社会需要什么科技、未来需要什么科技，就设置什么专业。

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中图分类号： TN97?34 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2016）21?0044?03

Design of PD radar countermeasure simulation system based on SystemVue

WU Ruowu， XU Xiong， HAN Hui， ZENG Yonghu， WANG Liandong

（State Key Laboratory of Complex Electromagnetic Environment Effects on Electronics and Information System， Luoyang 471003， China）

Abstract： To deeply analyze the experiment phenomenon of PD radar countermeasure， and acquire the response characteristic of PD radar signal processing link under different confrontation conditions， a set PD radar countermeasure simulation system composed of echo signal generation module， interference signal generation module， antenna characteristic simulation module， clutter characteristic simulation module， receiver module， A/D conversion module， MTD processing module and CFAR detection module was constructed by means of system simulation software SystemVue and Matlab for collaborative modeling and simulation. The system provides an efficient， flexible and intuitive simulation mode. The results of pulse interference signal simulation test show that the system has the ability to study the link response characteristic under different confrontation conditions， and provides a powerful support for the assessment of PD radar countermeasure test.

Keywords： pulsed Doppler radar； electromagnetic pulse interference； SystemVue； countermeasure test

0 引 言

脉冲多普勒雷达[1?3]因其具有高速度分辨率、抑制杂波能力强等特点，已经被越来越广泛地应用在机载预警雷达、机载和地面火力控制雷达、弹载制导雷达等方面，脉冲多普勒雷达的使用极大地提高了军事装备的作战性能。与此同时，伴随着脉冲多普勒雷达的广泛使用以及电子对抗技术的发展，针对脉冲多普勒体制的对抗干扰技术也在不断发展，此时提高脉冲多普勒雷达在特定干扰对抗和多电磁环境要素[4?6]影响条件下的抗干扰能力成为制约军事装备作战能力提高的关键因素。

为了提高脉冲多普勒雷达的抗干扰能力，建立了一个脉冲多普勒雷达信号处理仿真系统。研究在干扰条件下对其信号处理链路的影响，分析其对各处理环节影响的特性，为进行相关电子抗干扰技术提供帮助。SystemVue[7?9]是一款专为电子系统级设计的EDA产品，它可以进行真正的射频链路仿真，支持射频系统链路与数字信号处理单元协同仿真，其作为专用的ESL设计和信号处理算法开发平台，可以替代通用的数字、模拟和数学仿真环境。本文结合实际的电磁脉冲干扰试验的仿真需求，选取SystemVue设计软件构建了一套电磁脉冲特性分析用的脉冲多普勒雷达仿真系统。

1 模型设计

1.1 模型构建

一个采用二级变频超外差体制的典型PD雷达系统结构图如图1所示，其主要组成包含变频滤波模块、功率放大器、收发开关、天线、零中频正交解调器以及相应的视频信号处理系统。上述PD雷达系统加上实际目标、干扰以及信号传播特性，构成了PD雷达特性分析系统的物理模型。

本文设计PD雷达特性分析系统是在图1所示物理模型的基础上进行数学行为级模型的建立，根据设计需要，把行为级模型分为干扰信号、目标回波型号、接收处理三个基本单元，同时为了满足特性分析的需要在各单元关键信号节点处加入了测试分析节点。整个特性分析仿真模型如图2所示。

系统主要针对多普勒带宽内受到速度、距离欺骗干扰和受到高能电磁脉冲压制的情况下，接收机各信息链路节点的特性变化情况。如图2所示，电磁脉冲信号经过发射机、天线、杂波和目标信息模块后进入到接收处理模块。速度和距离干扰部分的仿真模型图如图3所示。信号生成模块可结合实际需求从系统库或者存储的波形文件中调用。与实际仿真的PD雷达模型相对应，发射机选取了两级上变频到射频的结构。经天线模块出来的射频信号调制速度信息和杂波信息后进入到接收机部分。目标回波信号和干扰信号经接收机两级下变频，在视频进行模数转换后再进入到多普勒滤波器组，之后再进行CFAR和视频积累处理。

1.2 仿真参数设置

SystemVue仿真环境是建立在数据流计算的基础上的，数据流分析引擎是数据流仿真的核心，任意一个SystemVue仿真系统执行之前，都需要根据数据流特点为其配备相应的分析引擎，系统的数据流分析设置图如图4所示。它包含数据分析开始和结束时间设置，系统采样率、采样点数以及频率分辨率等内容。

2 模型功能测试

在建立了PD雷达特性分析系统仿真模型之后，需要对其功能进行验证。本文通过验证系统建立的频谱测试节点和数据测试节点输出实现验证过程。设定电磁脉冲信号重频为10 kHz，脉宽为500 ns，干扰信号的重频为5 kHz，脉宽为500 ns，观测接收机中频输出的频谱。无干扰和有干扰情况接收机中频检测到的频谱图如图5和图6所示。

多普勒滤波器组和CFAR数据处理后的输出是整个PD雷达系统的核心内容。未做杂波处理的条件下，目标多普勒频率为8 000 Hz，距离为1 600时的距离?多普勒速度图和CFAR检测输出图，如图7所示。

加入干扰的情况下多普勒滤波器组处理输出，如图8所示。

3 结 语

本文针对实际PD雷达电磁脉冲干扰试验仿真分析需求，利用SystemVue搭建了一套用于PD雷达电磁脉冲特性分析的仿真系统，该系统由信号和干扰、射频发射接收、天线、杂波及目标和干扰回波生成、MTD处理和显示、CFAR检测等模块组成。通过对搭建系统各关键输出节点的测试，系统具备了典型PD雷达系统仿真模拟的能力，可进行不同对抗条件下的PD雷达电磁脉冲干扰特性分析实验。

参考文献

[1] 张弓.PD雷达信号处理若干关键技术研究[D].南京：南京航空航天大学，2002.

[2] 张明友，汪学刚.雷达系统[M].北京：电子工业出版社，2011.

[3] 丁鹭飞，耿富录，陈建春.雷达原理[M].4版.北京：电子工业出版社，2013.

[4] 何立萍.战场电磁环境及其对导弹武器装备的威胁[J].航天电子对抗，2009（1）：1?3.

[5] 张军，付强，肖怀铁.脉冲多普勒雷达对运动目标回波信号的检测[J].国防科学技术大学学报，2001，23（5）：54?58.

[6] 聂，汪连栋，曾勇虎，等.电子信息系统复杂电磁环境效应[M].北京：国防工业出版社，2013.

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【关键词】

电子工程技术；社会需求

1.引言

随着经济全球化的快速发展，互联网越来越成为我们工作学习中不可或缺的工具。处于新一代的数字化时代中，电子信息工程技术对我国经济增长和居民生活质量的提高起着至关重要的作用。电子信息工程技术的应用如手机、智能家电、互联网络、无线通电、航空航天、智能机器人等等均与国民生活息息相关。我国对于电子工程类专业人才的需求量日益增大，由此，越来越多的高中毕业生进入大学时选择了电子信息工程专业，理工科高校大学生面临毕业时也更多地选择去国外留学，学习国外更先进的电子工程技术。面对如此强烈的电子工程类专业的学习热潮，我们有必要对该专业的职业特点及社会需求做一个分析，方便指导该专业毕业生明确就业方向，作出正确的职业规划。

2.电子工程技术的概述

电子工程类专业，究其字面意思，即电子和信息工程，它囊括了电子信息工程，通信工程，应用电子技术，微电子技术，光电子技术等方面。本专业主要应用计算机等现代化技术控制和处理各种电子信息，培养能熟练应用电子技术和信息系统的基础知识，设计、制造、应用和开发电子设备和信息系统的高科技新型技术人才。本专业要求学生有较强的数学和物理基础，着重培养学生对于电学方面的知识，要学习许多电子技术、信号与系统、计算机控制原理、通讯原理等基本课程。引导学生动手设计连接一些电路并结合计算机进行实验，要求学生具有较强的使用工具和动手操作能力，具有不断发现问题、探索创新的能力。

3.电子工程技术的社会需求方向

该专业所学知识应用广泛，囊括网络软件开发、电话通讯、信息安全维护、物联网等多个领域。随着社会信息化的不断深入，科技时代的不断发展，电子信息工程技术拥有向智能化、移动化、小型化、集成化的发展趋势。它突破了各个传统或者朝阳行业的界限，形成了无数条新型的产业链，如电子商务、通讯、数码科技等。如今各大行业都需要电子工程类专业人才。由于该专业具有实用性强，社会需求面广，就业岗位多，薪水较高的特点，毕业生较容易找到适合自己的工作；其发展空间大，与其他许多新兴学科行业关系日益密切，是目前我国高技术高科技的主要驱动力，对于提升我国的综合国力具有重要作用。电子工程技术的社会需求方向：

3.1信息处理方面：用于各个行业的信息处理、管理、分析等工作，为医疗健康、新闻传媒、交通运输等涉及巨大信息处理工作的领域服务。比如将电子工程应用于医学领域，研发出CT扫描、MRI、ECT、PET-CT等一系列大型医疗设备，研发生物芯片、电子病历、便携式医疗电子检测仪、远程诊疗系统等促进了医院现代化和国际化发展。音频视频的编码和解码、雷达信号的合成、车牌人脸指纹识别等等方面也均涉及到电子工程技术的应用，一些新型技术如卫星技术、数字技术、网络技术和光传输技术给各个行业的发展带来了革命性的变化。

3.2电子系统方面：可用于导航、通讯等各种电子信息系统方面的研究和开发，比如工程设计、施工、基站机房的调试，路由器、交换机的开发。例如在国防军事领域，目前，许多国家获得情报优势的主要手段是机载、星载、舰载和陆基传感器，将武器系统与通信网络技术综合是实施军队转型和联合作战必要条件。

3.3空间电子技术方面：可用于空间科学联合航天电子信息系统工作。

3.4电力系统方面：可用于国家电网相关工作，如电厂和变电站的设计、线路的调试，电器设备的研发、技术支持、项目管理等。

3.5电磁场和微波技术方面：用于天线、电磁场的应用系统研究、设计管理。

3.6电子消费品方面：用于硬件和软件开发，集成电路、数据通信的设计与研发等。

3.7其他非电子行业：汽车、化学、采矿、冶金、机械制造等行业同样需要涉及电子工程技术。

3.8本专业同学还可以继续深造，成为高校教师，从事科研工作。本专业未来发展的重点是：新型通讯业务产业、软件开发产业、电子信息产品制造业、集成电路开发产业。本专业目前最为短缺的信息技术支持人才有：技术故障排除、设备和顾客服务、硬件和软件安装及配置更新、系统操作监视和维修等技术支持人才。

4.电子工程技术的社会需求现状及前景

中国的IT行业虽已经起步几十年，但仍旧属于朝阳产业，备受学生和家长的关注，近几年一直都是报考的热门专业。目前，涉及电子工程类专业的发展方向多，社会需求量广，薪酬高，无论是国内还是国外社会需求都非常可观。但是由于近年来高校扩招，毕业生数量大，同样存在不小的就业竞争压力。总观近几年来本专业的市场供求关系，普遍还是保持相对稳定，本专业毕业生在全国各地均有比较广阔的市场，但主要集中在北京、上海、广州、深圳、浙江、江苏、大连等比较发达的沿海城市。对于这些IT行业发达的城市，社会需求虽大，但是大多公司或企业都要求应聘者有出色的专业技能和工作经验，就业竞争非常激烈，毕业生需要具有过硬的专业知识和基本素质才有可能被录用。

5.结语

通过对电子工程类专业的近几年的社会需求情况分析，我们可以看到本专业前景仍旧相当可观，但是就业竞争也越来越大，对专业性人才的要求也越来越高。俗话说打铁还需自身硬，本专业学生应当尽早确定自己的职业发展方向，扎实地学好本专业的基本理论与专业知识，不断提升实践动手能力；应届毕业生应当理性分析电子工程技术的社会需求，清醒地判断出最合适自己的发展方向，积极参与社会实践创新活动，培养团队协作精神和自主学习能力、提升个人综合素质，及时关注专业动态，提前做好就业准备。各大高校应当以社会需求为导向，加强实践创新型人才的培养，组织培训学生参加各种科技讲座和竞赛，指导学生完成符合社会需要的实际性工程设计，激发学生学习实践的热情和兴趣，提高学生的核心就业竞争力，为社会培养出新一代高科技人才。

作者：戚思远 李绪文 单位：武汉纺织大学电子与电气工程学院

参考文献

[1]王艳春,马驰,题原,等.提升电子信息工程专业学生就业竞争力的研究[J].高师理科学刊，2016,36(2):81-83

[2]肖钒,贺阳.电子信息工程专业的现状及发展前景分析[J].通讯世界,2016(17):234-234

[3]张春鹏.电子信息工程专业前景及职业发展情况分析[J].河南科技,2013(32):58-58

[4]魏小玲.电子工程类专业学生就业前景分析[J].中国电子商务,2014(20):144-144

[5]杨宏威,王静.电子工程师的摇篮——应用性极强的电子信息工程专业及就业方向[J].考试与招生,2012(5):42-43

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1、EDA技术概念及现状介绍

EDA是电子设计自动化（Electronic Design Automation）的缩写，在20世纪90年代初从计算机辅助设计（CAD）、计算机辅助制造（CAM）、计算机辅助测试（CAT）和计算机辅助工程（CAE）的概念发展而来的。EDA技术就是以计算机为工具，设计者在EDA软件平台上，用硬件描述语言HDL完成设计文件，然后由计算机自动地完成逻辑编译、化简、分割、综合、优化、布局、布线和仿真，直至对于特定目标芯片的适配编译、逻辑映射和编程下载等工作。是计算机信息技术、微电子技术、电路理论、信息分析与信号处理的结晶。

现在对EDA的概念或范畴用得很宽。包括在机械、通信、电子、航空航天、矿产、化工、医学、生物、军事等各个领域，都有EDA的应用。EDA在教学、科研、产品设计与制造等各方面发挥着重要的作用。在教学方面，现在几乎所有理工科类的高校都有开设了EDA课程。主要是让学生了解EDA的基本概念和基本原理、掌握用HDL语言编写规范、掌握逻辑综合的理论和算法、使用EDA工具进行电子电路课程的实验验证并从事简单系统的设计。一般学习电路仿真工具（如multiSIM、PSPICE）和PLD开发工具（如Altera/Xilinx的器件结构及开发系统）。科研方面主要利用电路仿真工具（multiSIM或PSPICE）进行电路设计与仿真；利用虚拟仪器进行产品测试；将CPLD/FPGA器件实际应用到仪器设备中；从事PCB设计和ASIC设计等。在产品设计与制造方面，包括计算机仿真，产品开发中的EDA工具应用、系统级模拟及测试环境的仿真，生产流水线的EDA技术应用、产品测试等各个环节。EDA软件的功能日益强大，原来功能比较单一的软件，现在增加了很多新用途。如AutoCAD软件可用于机械及建筑设计，也扩展到建筑装璜及各类效果图、汽车和飞机的模型、电影特技等领域。

2、EDA技术的特点

EDA技术之所成为今天电子信息工程中的重要技术，具有“自顶向下(Top―Down)”的设计程序，这就确保设计方案整体的合理化；由于EDA采用高级语言描述，有语言公开可利用、描述范围广、可以系统编程和现场编程等特点；自动化程度高所以可以进行各级的仿真、纠错和调试工作。这些特点促使EDA技术得到广泛的应用。

3、EDA技术的作用

EDA技术中的温度分析和统计分析功能可以分析各种温度条件下的电路特性，便于确定最佳元件参数、最佳电路结构以及适当的系统稳定裕度，真正做到电路特性的优化设计。

由于受到测试手段和仪器精度限制，测试的时候会出现很多问题,DEA技术方便得全功能测试解决了数据测试和特性分析的问题。

4、EDA常用软件

EDA软件发展很快，目前被我国广泛应用的有：multiSIM7（原EWB的最新版本）、PSPICE、OrCAD、PCAD、Protel、Viewlogic、Mentor、Graphics、Synopsys、LSIIogic、Cadence、MicroSim等等。下面简单介绍一下PCB设计软件、IC设计软件、PLD设计工具及其它EDA软件。

4.1 PCB设计软件

PCB（Printed-Circuit Board）设计软件更是种类繁多，如Protel、OrCAD、Viewlogic、PowerPCB、Cadence PSD、MentorGraphices的Expedition PCB、Zuken CadStart、Winboard/Windraft/Ivex-SPICE、PCB Studio、TANGO、PCBWizard（与LiveWire配套的PCB制作软件包）、ultiBOARD7（与multiSIM2001配套的PCB制作软件包）等等。

4.2 IC设计软件

IC设计工具也很多，ASIC设计领域有名的软件供应商主要有Cadence、Mentor Graphics和Synopsys。中国华大公司也提供ASIC设计软件（熊猫2000）。

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中图分类号：C35文献标识码： A

1、EDA技术的含义及应用现状

所谓EDA技术，就是电子设计自动化（Electronic Design Automation）的缩写，在20世纪90年代初从计算机辅助设计（CAD）、计算机辅助制造（CAM）、计算机辅助测试（CAT）和计算机辅助工程（CAE）的概念发展而来的。EDA 技术就是以计算机为工具，设计者在 E-DA 软件平台上，用硬件描述语言HDL完成设计文件，然后由计算机自动地完成逻辑编译、化简、分割、综合、优化、布局、布线和仿真，直至对于特定目标芯片的适配编译、逻辑映射和编程下载等工作。是计算机信息技术、微电子技术、电路理论、信息分析与信号处理的结晶，也是现代电子工程的最重要的应用技术。

自从该技术研发至今，已经得到了广泛的应用，现在对EDA的概念或范畴用得更加宽。包括在机械、通信、电子、航空航天、矿产、化工、医学、生物、军事等各个领域，都有EDA的应用，这种技术的应用不仅得到了良好的效果反馈，也为所在的领域的发展起到了极大的促进作用。同时，EDA在教学、科研、产品设计与制造等各方面发挥着重要的作用，因其包含的技术的先进性，致使其相关的产品的研发有很大的技术研究价值。在技术教学方面，现在几乎所有理工科类的高校都有开设了EDA课程，成为了理工科的学生，尤其是电子类专业的学生必修的科目，也是学生们了解目前的科研方向和市场动向的一个有效的途径。主要的目的是让学生了解EDA的基本概念和基本原理、掌握用HDL语言编写规范、掌握逻辑综合的理论和算法、使用 EDA 工具进行电子电路课程的实验验证并从事简单系统的设计。一般学习电路仿真工具（如multiSIM、PSPICE）和PLD开发工具（如 Altera/Xilinx 的器件结构及开发系统）。科研方面主要利用电路仿真工具（multiSIM或PSPICE）进行电路设计与仿真，可以在仪器和工具的设计阶段有效的解决各种电路的假设与试验，大大的提高了设计人员的工作效率；利用虚拟仪器进行产品测试，作为流水线的一个重要环节的产品测试，对于该技术的应用也有着非常重要的意义；将CPLD/FPGA器件实际应用到仪器设备中；从事PCB设计和ASIC设计等。在产品设计与制造方面，包括计算机仿真，产品开发中的EDA工具应用、系统级模拟及测试环境的仿真，生产流水线的EDA技术应用、产品测试等各个环节可以大大的提高流水线的作业效率，节省了人工。EDA软件经过多年的发展，其功能也日益强大，原来功能比较单一的软件，现在增加了很多新用途，极大的丰富了软件的作用。如 AutoCAD软件可用于机械及建筑设计，也扩展到建筑装璜及各类效果图、汽车和飞机的模型、电影特技等领域，随着未来该技术的发展，其应用的范围必将越来越广泛。

2、EDA技术的特点

EDA技术之所成为今天电子信息工程中的重要技术，具有“自顶向下(Top―Down)”的设计程序，这种设计程序的最大特点就是改变了以往的软件程序的设计思维，也就确保设计方案整体的合理化；由于EDA采用高级语言描述，有语言公开可利用、描述范围广、可以系统编程和现场编程等特点；该软件的自动化程度高，所以可以进行各级的仿真、纠错和调试工作，大大的提高了工作效率和准确度。这些特点也EDA技术得到广泛的应用的重要原因。

3、电子工程设计中EDA技术的应用

近年来，EDA技术得到了深入地发展与完善，同时EAD技术的应用领域也变得更广，如医药、通信、生物、化工、航空航天、电子工程、军事等。其中电气工程设计领域EDA技术的应用尤其突出，即利用EDA技术所提供的虚拟仪器测试产品，把FPGA/CPLD器件应用到ASIC/PCB设计和仪器设备设计等。基于此，下文主要就电子工程设计中EDA技术的应用展开讨论。

（1）电路设计的仿真分析

待确定了电子工程设计方案后，有必要利用结构模拟和系统仿真等方法就此设计方案的科学性、合理性和可行性予以研究分析。如果利用EDA技术对电子工程设计方案予以仿真分析，则首先应该明确此系统相关环节的传递函数，再利用数学模型就确定的传递函数予以仿真分析。研究证实，此系统仿真技术完全可应用到非电子工程专业系统设计领域，同时可用来验证相关新构思和新理论的合理性。待完成了仿真分析后，应该就各系统电路结构予以模拟分析，以此判断电路结构性能指标的可实现性和设计的正确性。总体而言，此种量化形式的分析防范可为我国电子工程设计水平的提高提供可能。

（2）电路特性的优化设计

众所周知，电子产品元器件的容差较其他同类产品佳，且直接控制好元器件工作的环境温度便可确保电路运行的稳定性和安全性。然而，传统的电子工程设计方案却难以实现对元器件容差、工作的环境温度的系统性分析，由此便大大限制了电子工程设计方案的质量，同时也无法确保元器件容差最佳和工作的环境温度最优。基于此，本文引入的EDA技术便可有效攻克此类问题，即利用EDA技术做提供的统计分析功能和温度分析功能，可确保元器件容差最佳和工作的环境温度最优，究其原因为：统计分析功能和温度分析功能可准确确定元器件的最佳参数和电路结构，同时可提高元器件自身性能与工作环境温度间的协调性和一致性。由此可见，EDA技术可为电子工程设计方案的优化和电子产品使用质量的提高提供可能。

4、EDA常用软件

EDA软件发展很快，目前被我国广泛应用的有：multiSIM7 （原EWB的最新版本）、PSPICE、OrCAD、PCAD、Protel、Viewlogic、Men-tor、Graphics、Synopsys、LSIIogic、Cadence、Mi-croSim 等等。但是很多软件的应用技术具有专门性的特点，使得其应用范围大大的受限，所以下面简单介绍一下PCB设计软件、IC 设计软件、PLD设计工具及其它EDA软件的常见种类。

（1） PCB设计软件

PCB（Printed-Circuit Board）设计软件是最早的基于 EDA 技术的软件之一，经过多年的发展更是种类繁多，常见的如 Protel、OrCAD、Viewlogic、PowerPCB、Cadence PSD、MentorGrap-hices 的 Expedition PCB、Zuken CadStart、Win-board/Windraft/Ivex-SPICE、PCB Studio、TANGO、PCBWizard（与LiveWire配套的PCB制作软件包）、ultiBOARD7（与 multiSIM2001配套的PCB制作软件包）等等。

（2）IC设计软件

IC设计工具也很多，ASIC设计领域有名的软件供应商主要有 Cadence、Mentor Graphics和Synopsys。中国华大公司也提供 ASIC设计软件（熊猫2000）。

（3）PLD设计工具

PLD（Programmable Logic Device）是一种由用户根据需要而自行构造逻辑功能的数字集成电路。从目前的市场应用情况来看，目前主要有两大类型：CPLD（Complex PLD）和FPGA(FieldProgrammable Gate Array)。它们的基本设计方法主要借助于EDA软件，在该技术的基础上用原理图、状态机、布尔表达式、硬件描述语言等方法，生成相应的目标文件，最后用编程器或下载电缆，由目标器件实现，可以根据用户的需要设计出各种个性化的使用工具。Altera、Xilinx和Lattice这三家公司是PLD众多生产厂家中比较有代表性的。

综上所述，EDA技术的出现是电子设计领域中的一次革命，21世纪是信息技术和电子技术的时代，也是EDA技术的高速发展阶段。EDA技术作为电子产品开发研制的动力，大大的促进了我国的电子产品行业的发展，也是未来的电子技术的发展的方向，因为实践中我们可以看到采用EDA技术制作的电子产品具有容量大、实时性好、体积小、可靠性高的优点，所以被广大的生产企业广泛的应用。虽然我国对于这项技术的引用较晚，发展也处于起步阶段，但是其在我国的发展前景是乐观的。变现为电子设计工程人员掌握这一技术，不仅是提高效率的需要，更是开发高附加值电子产品的需要，任何的生产厂商搜力图寻找一种体积更加小，性能更加好的电子技术，EDA技术和其衍生的各种软件无疑符合了这一要求，也是其强大的生命力的根源所在。随着80C时代的到来，EDA技术在移动通信系统、卫星系统等对重量、体积及速度敏感的领域将具有重要的实用价值，不久的将来会应用于我国的各项通讯技术和空间技术领域。并且根据最新的统计结果显示，我国和印度正在成为EDA技术设计方面发展最快的两个市场，相信在不久的将来，我国的科技工作者和设计团队会赶上世界先进水平，将这一优秀的电子设汁技术更好的应用到社会发展的各个领域，研发出更多的自主产品和应用软件，为祖国建设提供更好的技术支持。

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Abstract：This paper introduces the development status of reconfigurable electronic systems technology，after analyzing on ADV212，a JPEG2000 standard codec ASIC，proposed a design scheme of an reconfigurable image data compression system，it combines the flexibility of FPGA devices and the efficiency of ASIC，it used FPGA resources on system reconfiguration.Tests and experimental results show that the reconfigurable image compression system with higher peak signal to noise ratio（PSNR），it is able to meet a communication system’s requirement on real time and data integrity of image compression.

Key words：reconfigurable;electronic systems;data compression;ADV212;FPGA

1.引言

随着多媒体应用不断发展，图像的传输与处理技术在高速光通信领域的应用越来越普遍。基于发光二极管的海量图像数据通信受到传输时间和信道带宽等因素制约，为突破这类瓶颈更好实现图像等大数据的及时传输处理，图像数据压缩近年来技术研究十分活跃。图像数据运用与通信已是无处不在，对多媒体数据处理、传输的性能要求也较高，使得运用专用集成电路（ASIC）和专用指令处理器（ASIP）进行图像压缩成为业界的主流选择[1]，但专用硬件对图像数据压缩等处理过程实时性追求必然导致其使用灵活性受到限制。采用纯软件和嵌入式处理器实现数据压缩信息处理虽然灵活，但压缩处理速度较慢，也不易实现通用的数据压缩信息处理机[2]。随着应用需求扩展和微电子技术进步，一种可重构的电子系统应用已经逐步成熟，它兼顾了硬件的高速性和软件的灵活性，是发光二极管数据通信等领域研发的重要组成部分。本文结合图像数据压缩信号处理单元的技术需求和可重构电子系统的研究现状，提出一种以单片编解码芯片ADV212为核心系统架构，结合FPGA器件的灵活性和专用编解码芯片的高效性，设计实现一种具有功能可重构的、适应JPEG2000协议的数据压缩信息处理系统。

2.可重构电子系统技术研究现状

美国超级计算机研究中心已推出了基于XC3090和XC4010 FPGA阵列的两代SPLASH系统，SPLASH-2已广泛应用于模板匹配、图像处理等领域。Lockheed Sanders公司设计的CHAMP（Configurable Hardware Algorithm Mappable Preprocessor），是一种基于XC4013 FPGA的可配置硬件算法映射系统，用于空间滤波、光谱滤波和背景归一化，已经在新型导弹预警系统中使用。美国Brigham Young大学的一个研究小组把FPGA和DSP结合在一起，构成面向高性能的嵌入式数字信号处理的可重构处理器，是一种面向应用的解决方案，构成DSP-RL（可重构逻辑）结构的处理器。其基本思想是在数字信号处理器中嵌入一块可重构逻辑阵列，常规控制和简单计算由DSP完成，计算量大的任务由可重构阵列完成。英国牛津大学的程序研究小组利用Xilinx4000系列的FPGA对可重构计算进行了卓有成效的研究。他们将FPGA、设计自动化和适应性计算融为一体，提出了一种基于FPGA的可重构处理器思想[3]。美国加州大学伯克利分校的BRASS研究小组开发了将一个MIPS微处理器和细粒度FPGA组合在一起的系统，称为Garp。XPP（eXtreme Processing Platform）结构是PACT公司提出的一种粗粒度实时动态可重构的数据处理技术，其中心思想是用配置流来替代指令流。目前国内对可重构计算进行多方面的研究。西北工业大学航空微电子中心，在国内较早进行了单芯片可重构计算系统的概念验证原型，在一个芯片中集成微处理器核、可编程资源和嵌入式的存储器系统。哈尔滨工业大学在线程计算方面的可重构做过研究[3]。华为公司在程控处理方面提出过自己的专用可重构处理机。

可重构计算的编译技术处于起步阶段，传统的计算系统就是将软件代码下载到RAM中，这样提供了极大的灵活性，同样使用可重构件也是基于RAM的配置代码加载，它不能从软件编译得到，需要有相应的协同编译技术。协同编译包括自动的软件/配置代码划分，决定分割和调度计算的顺序以及哪部门电路需要被改变。在此方面已经有一些研究成果，但还需开发更先进的工具来充分利用新硬件技术的优势。对于2020年及其后的硬件结构，可演化性将成为其一个关键特征[3]。在固定功能的硬件和可演化硬件（Evolvable Hardware，EH）之后，下一代将是可以自我配置和演化的硬件。可演化硬件或可演化方法代表一个新的研究领域，也是FPGA的一个新的应用领域，其动态可重构电路的配置是由演化进程决定的，演化的方法如遗传算法被用来产生及进化出一系列FPGA的配置，最终产生具有所需功能的设计，由此可能产生超出现有模型、技术综合或设计者能力的具有新型功能的电路。它可以看成是控制论和仿生学的复苏，主要推动技术就是现在出现的可重构硬件技术。当今在日本、韩国和美国都出现了越来越多的与可演化硬件相关的研究。

随着社会、经济和信息技术的进步，海量的图像或视频信息数据处理与运用已经延伸到各个领域，另一方面发光二极管数据通信带宽等因素的限制日益突出，图像数据压缩就成为了通信信息处理中重要的技术分支。正因为数据传输处理应用无处不在，图像压缩的技术要求也是多种多样，运用可重构电子系统相关技术实现一种面向多用途的图像数据压缩信息处理，对于实现数据通信处理平台的通用化系列化意义重大。鉴于当前图像数据压缩技术和可重构电子系统发展现状，用可编程逻辑实现全部图像编解码算法不管在开销和效率上均不太具备可行性，而另一方面类似ADV212这种基于JEPG2000协议的图像编解码专用芯片（ASIC）技术在技术成熟度、运算效率和成本等各方面是目前FPGA器件加载的编解码软核所不能比拟的[2]，所以面向多用途的图像数据压缩信息处理系统设计实现上兼顾FPGA的灵活性和专用ASIC的高效性是必然的选择。

3.基于ADV212图像数据压缩系统实现

3.1 可重构的图像数据压缩电子系统架构

本文提出的设计方案采用“FPGA+ADV212” 的架构，用硬件电路实现通信系统中图像数据压缩，该可重构电子系统的结构框图如图1所示。核心的图像编解码运算由ASIC芯片ADV212来实现，充分发挥该ASIC的实时性和成熟性，为适应不同的应用需求，运用FPGA器件的灵活性达成电子系统的可重构，FPGA逻辑主要实现对ADV212芯片的配置、整个系统的数据流控制以及系统时序逻辑适配，还配置了电源转换管理模块、高速存储模块、输入输出接口模块、USB控制模块以及显控模块等。该方法具有开发周期短、实时性好、功能扩展和算法升级方便等优点，较好地贯彻了系统可重构的设计思想。

图1 图像数据压缩系统结构框图

3.2 ADV212结构及工作原理

ADV212是AD公司推出的一款单片JPEG2000编解码芯片，是业界具有实时压缩和解压缩标准视频、高清视频的专用芯片，适用于多种视频和静止图像格式。ADV212的内部功能框图如图2所示[4]，该芯片主要由像素接口、小波变换引擎、熵编解码器、嵌入式处理器、存储器系统和内部DMA引擎等组成。输入图像和像素数据输入像素接口，采样值则经过隔行扫描传输到小波变换引擎中。在小波引擎中，每个图块或帧将通过5/3或9/7滤波器分解成许多子带。生成的小波系数写入内部寄存器中。熵编解码器将图像数据编码为符合JPEG2000标准的数据。内部DMA引擎提供存储器之间的高带宽传输及各模块和存储器之间的高性能传输。提供的RISC处理器具有每一个程序和数据存储器、中断控制器、标准总线接口及定时器计数器所对应的ROM和RAM。

图2 ADV212内部功能框图

图3 HIPI模式工作下的ADV212配置流程

3.3 ADV212芯片的初始化配置流程及关键寄存器说明

在本系统中，通过FPGA内嵌NIOSII软核实现对JPEG2000压缩芯片ADV212的初始化，初始化的过程包括直接寄存器的配置、间接寄存器的配置以及固件的加载，其中，配置所需的ADV212 RISC固件存储在NIOS II外部存储总线的FLASH芯片上。对于本系统中压缩芯片设置为HIPI模式，其初始化的具体流程如图3所示[5]。系统上电后，先进行上电复位（BOOT=0x008A），然后配置内部锁相环（PLL），至少等待20us锁相环配置成功后，设置No-Boot Host模式（BOOT=0x008A），配置主机接口访问方式（BMODE=0x000A，这里主要设置主机控制数据宽度和DMA数据宽度）和间接寄存器的访问方式（MMODE=0x000A，这里主要设置数据存取位数和间接地址步长大小），然后NIOS II软核将存储在片外FLASH中大小为32KB的固件读出并且写入ADV212中0x57F00～0x57FF0存储空间上，软复位（BOOT=0x008D），重新设置BUSMODE和MMODE，再设置编码参数如图像格式、精度、小波变换级数、小波类型、编码块的大小、压缩比、量化步长、输出码流格式等[4]，配置间接寄存器（行列计数器、F0_START、F1_START、V0_START、V1_START、V0_END、V1_END、PIXEL_START、PIXEL_END、PMODE2、VMODE、DMA等），配置完这些寄存器后使能中断，查询固件是否正确加载（SWFLAG=0XFF82），如果固件被正确加载，清标志（EIRQFLAG=0xFFFF）后可进行编码，否则继续查询。

一些重要寄存器的说明如下：

1）PMODE1：配置VDATA或者HDATA总线上的像素格式及精度;

2）XTOT：设置每行的扫描样本数，对于灰度图像，它等于图像宽度;对于YCbCr图像，它等于图像宽度的2倍;对于VDATA工作模式的HVF形式，它至少要有16个行消隐，既要多加16;

3）YTOT：设置每帧的行数，一般等于图像的高度，对于VDATA工作模式的HVF形式，它至少要有6个行消隐，既要多加6;

4）EDMOD0和EDMOD1：设置DMA模式;

5）PMODE2：设置H、V、H以及VCLK的有效沿;

6）VMODE：设置ADV202的视频接口操作模式;

7）FFTHRP、FFTHRC、FFTHRA：设置FIFO门限值;

8）其它F0_START、F1_START、V0_START、V1_START、V0_END、V1_END、PIXEL_START、PIXEL_END参照用户手册[6]。

3.4 运用NIOSⅡ软核实现系统重构

NIOSⅡ是Altera公司开发的32位嵌入在FPGA芯片中的RISC软核处理器，其指令执行速度可达200DMIPS，时钟频率可达200MHz，并利用内部Avalon总线与FPG内各逻辑电路单元、片外各类接口相连，可利用SOPC Builder工具自动生成嵌入式片上系统[7]。Altera公司提供NIOSⅡ IDE软件集成开发环境，应用C语言编程，可实现外设接口控制编程、信号处理算法编程等。硬件调试可采用QuatusⅡ提供的SignalTapⅡ逻辑分析仪，便于调试分析多组时序信号。运用NIOSⅡ进行软硬件协同设计的方法，可快速组建功能复杂的嵌入式系统[8]，本设计正是在FPGA上运用NIOSⅡ实现电子系统的可重构。

如图4所示为基于ADV212的图像数据压缩信息处理样机的NIOSⅡ系统配置模块，这是达成可重构设计的NIOSⅡ部分的核心，在FPGA芯片上实现的SOPC硬件架构包括FPGA、存储器和外设接口三部分。

图4 NIOSⅡ系统配置模块

图像数据压缩系统调度控制流程全部是运行在FPGA芯片内部的，核心是NIOSⅡ嵌入式CPU模块，与一般的嵌入式系统开发不同，当SOPC设计需要新的外设模块时，不需要在PCB上加入相应的外设芯片，在FPGA芯片内部加入相应的外设模块，并通过在片上的Avalon总线与NIOSⅡ CPU相连即可。存储器部分的设计有作为代码运行和变量交换的空间的片上RAM;有用于将程序固化EPCS;还有FLASH控制器，控制NIOSⅡ CPU对Flash的读写，Flash中事先写入了ADV212的配置数据。另外还有ADV212控制器用于控制NIOSⅡ CPU对ADV212寄存器的读写，从而配置ADV212;SYSID是一个简单的只读设备，它作为SOPC Builder工具提供唯一的标识符;Avalon三态总线桥用来连接NIOSⅡ CPU与SDRAM、Flash。SOPC Builder工具提供了各种通用的外设控制逻辑IP核，其运行稳定可靠，可在很大程度上直接调用而不用关心其具体实现[9]，在图像压缩信息处理机系统重构过程中，重点关注核心算法和关键配置的实现即可，使得数据通信与处理系统产品的研发周期大幅缩短。

图5 原始图像（左）与压缩解压图像（右）对比

4.测试试验结果

为了验证该可重构图像压缩信息处理系统设计的实际效果，将一副512*512大小的灰度图输入到系统可重构图像数据压缩信息处理样机进行测试验证，如图5左侧所示为原始图像，按10：1的压缩比，不可逆的5级定点97小波变换将此图像压缩成JPEG2格式，然后利用开源软件kakadu.exe进行解压[10]，图5右侧为解压后的图像显示，用肉眼几乎很难分辨图像压缩前后的差异，这里用数学统计的方法来计算图像的峰值信噪比和实时性等图像压缩信息处理的评价指标，定量说明这种系统可重构的图像压缩信息处理系统的使用效果。

图像压缩信息处理系统的信息处理质量评价，一般用到以下两种公式[11]。

均方差：

（1）

峰值信噪比：

（2）

其中，和分别表示原始图像和重构图像坐标为（i，j）处的像素幅值。表示原始图像中可能取的最大值。由公式（1）和公式（2）计算可知，经样机对测试图像（512*512，coffee）进行处理的压缩比为10：1，压缩后重构图像和原始图像的峰值信噪比计算得到PSNR结果为37.8354。

实时性评价主要通过软件跟踪测试，将原始图像coffee输入到ADV212的HDATA数据总线上[12]，从输入开始计时，到从HDATA数据总线读出压缩后的图像信息，时间小于0.1ms，能满足某通信系统对于数据压缩实时性的要求。

5.结论

运用NIOSⅡ的软/硬件统一编程模型，完成了基于ADV212芯片的可重构图像数据压缩信息处理系统实现，一方面充分运用了该型专用ASIC芯片的技术成熟度和运算实时性，另一方合理运用了可重构电子系统相关技术的研究成果。提出了基于ASIC的系统可重构的图像数据压缩信息处理解决方案，系统架构和接口简洁，系统重构和配置算法升级方便，体现了某发光二极管通信系统信息传输处理单元模块化、通用化、可重构等设计思想。

设计方案较好地解决了图像压缩运算实时性要求和当前可编程器件及开发高质量软核验证过程漫长的矛盾。经测试考核，样机能够满足某发光二极管通信系统对于图像信息处理的性能指标要求，为图像数据压缩处理单元的通用化、重构升级与二次开发奠定了基础。

参考文献

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[12]冈萨雷斯著.数字图像处理[M].电子工业出版社，2007.

基金资助：上海市科委科技攻关项目（项目编号：12dz1143100）。

作者简介：

篇11

中图分类号：TM33 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2012）11-0029-03

1、引言

无刷直流电机是电力电子技术、传感器技术和永磁材料技术结合的产物，高性能永磁体的采用简化了电机结构，提高了电机的功率密度，电子换向线路取代机械换向线路提高了电机的可靠性和易维护程度，同时电机的转速升高不再受机械换向的影响[1]。是国内外公认的新一代航空、航天电机的重要发展方向，其驱动和控制技术的研究被广泛研究[2]。

余度技术是提高系统可靠性和安全性的一种手段，在故障出现时仍能完成系统任务[3]。这在航空航天、井下矿用等工作环境中，不能或者很难维修的情况下，双余度无刷直流电机对于提高工作的可靠性就起到很大的作用[4]。

本文依据双余度无刷直流电机的特点，设计了一种双余度无刷直流电机的控制系统。该系统有效的解决了两套余度同时工作的问题，测试结果表明，该系统具有良好的控制性能和动态性能。

2、控制系统结构

控制器的核心为DSP芯片，它完成霍尔信号边沿跳变的捕获，换向逻辑的计算，功率管脉宽调制信号的输出，电压电流传感器输出模拟信号的AD转换。上位机与主控芯片DSP之间通过RS232总线进行通信，实现系统的监测和控制指令的传输。系统结构框图如图1所示。

3、系统硬件设计

3.1　主控芯片

本控制系统的核心部件是DSP　TMS320F28335，具有高性能外设的32位浮点型微处理器。它集成了浮点单元简化了开发过程并将控制应用的速度平均提高50%。28335是目前广泛使用的2812的换代产品[5]。

3.2　系统电源设计

系统要求一路270V直流供电，需要对控制系统各部分进行电源转换。除3.3V转1.9V的电源芯片外，其它芯片都为DC/DC模块。270V转24V电路原理图如图2所示。

3.3　DSP电源和时钟

图3为DSP电源电路原理图。

电源包括内核电源、IO引脚电源和FLASH电源。采用TPS76801Q将3.3V转换成1.9V。外部晶振产生30M的时钟，接入外部时钟输入引脚XCLKIN。引脚X1接地。

3.4　I/O电路

输入信号包括按钮开关、霍尔信号，输出信号为PWM和故障指示信号。IO电路如图4所示。

S1、S2、S3为开关信号，分别控制A余度启停、B余度启停和正反转信号。为复位信号。输出PWM1～PWM6控制电机A余度，PWM7～PWM12控制电机B余度。ECAP1～ECAP3为A余度霍尔位置信号，ECAP4～ECAP6为B余度霍尔位置信号。D1～D7为系统指示灯，可用于指示系统的运行情况。

3.5　驱动电路

驱动电路采用三相桥专用的集成驱动芯片IR2130。门极驱动供电压为10～20V。A余度的驱动电路的原理图如图5所示。

3.6　电流检测电路

为了能够使用电流分析法进行电机故障识别，需要设计高精度的电流检测电路电流检测电路如图6所示，分别为相电流检测和线电流检测电路。

3.7A/D转换电路

DSP的AD模块为12位，可以对模拟信号快速进行多路AD转换。进行AD转换的信号有模拟的转速给定信号，母线电压信号和线电流、相电流信号。AD转换的原理图如图7所示。

4、系统软件设计

主程序声明和初始化系统变量，声明中断服务程序和需要调用的子函数。主程序程序流程图如图8所示。

声明变量和函数，并将中断服务程序与中断向量表联系，使能中断，初始化外设模块。系统初始化完成后，主程序查询标志位的改变，执行相应的操作。标志位的改变通过按键输入、SCI接收数据以及程序自身的运行实现。

5、实验结果

对由TMS320F28335　DSP芯片构成的双余度无刷直流电动机控制系统进行了试验，试验对象为一台双余度无刷直流电动机，额定转速2000　r/min，额定电压270V，4对极。

其空载双余度开环电流如图9所示。

在带0.4N/m的负载时，其电流波形如图10所示。

两个余度的空载和负载电流波形显示，两余度的电流形状和幅值一致性好。

6、结论

采用TMS320F28335　DSP芯片设计了双余度永磁无刷直流电动机控制系统，该系统控制电路结构简单，易于调试和工程实现。实验证明该系统实时性好，响应快，具有良好的控制性能及动态特性。同时该系统还具有体积小、重量轻，可靠性高等优点，非常适合于防爆、防腐、航空、航天等可靠性要求高的特殊场合。

参考文献

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[2] 夏长亮.无刷直流电机控制系统[M].北京市：科学出版社，2009.

篇12

【关键词】DSP 航空 电子通信系统 设计研究

通信系统让作为航空事业发展的必要基础设施，其质量的高低对于航空工作质量以及航空领域的长期发展都具有较强的影响力。而随着航空事业的发展，也间接使得其对科学技术水平要求更高。因此，电子通信系统必要做出对应的调整，才能有效地推动航空事业的整体发展。DSP即数字信号技术，是随着科学发展所产生的一种新型技术，其对于信号的接受以及处理，有着较好的效果。当前，已经逐步出现在人们的生产与生活之中。基于DSP所创建的航空电子通信系统，能够有效地保障其信号的可靠性与稳定性，同时，还会为信号提供一个新的通道，使得其整体性能得到保障。然而，由于我国航空事业发展有限，新型技术的使用还不能达到对应的熟练度。目前，DSP应用下，创建航空电子通信系统还不能对其的整体设计以及后续效果加以保障。故而，需要针对该条件下的电子通信系统加以研究，并且就其各个设计方面进行调整，希望能够使得其达到对应的使用效果，推动航空事业的持续发展。

1 DSP的内涵

DSP，英文全称为Digital Singnal Processing ，即数字信号处理，是面向电子信息学科的专业基础课程。简单来说，数字信号处理也就是使用数值计算的方式来对信号进行加工的理论与技术。在日常使用中，是将其作为一项实际存在的基础，将事物的运动变化，都转化为对应的数字，使用计算的方式，从中提取对应的消息，并对这些信息加以运用，实现人类生产发展中的某个运用活动。目前，已经有对应的处理芯片，也就是数字信号处理器，一般来说，这是集成计算机所特有的一种芯片，相对较小。其实际运用，也就是该芯片的工作过程。相对传统的信号传输来说，该种技术的信号获取与分析能力更强，稳定性较高，能够在较短的时间内，对信息进行准确的处理。因此，目前很多领域都将其运用于自身的通信系统之中。航空电子通信系统对于信号的稳定性与可靠性要求更高，尤其是在当前社会发展的背景下，人们对于航空领域的认知不断深化，对其应用也相对扩展。保证航空领域发展的稳定性与应用的安全性，成为当前航空领域的主要目标。自然，对其电子通信系统的要求也达到了一个相对的高度。航空电子通信系统要求提高，DSP技术的信号处理优势不断突出，这就使得航空电子通信对其运用的重视提高，对应的通信系统建设，成为当前的主要方向。

2 航空电子通信系统的总体设计

基于DSP的航空电子通信系统，一般来说，其主要结构为：软件、硬件、调试。

2.1 软件也就是整个系统的核心部分

其对系统中的所有程序都会产生一个控制作用，通常来说，软件发出命令后，硬件就会按照其之前的设定，去执行这个命令，从而使得整个系统运行正常化。在实际的运行中，硬件本身没有生命，而软件则是赋予其生命的重要内容。可以说，软件是硬件适应外部环境的重要保障。

2.2 硬件是整个系统的物理基础

在可科学技术不断先进化的今天，人们越来越追求软件所能够赋予硬件的内容。然而，在软件不断的发展下，硬件必须要具有一定的发展，才能使得两者契合。从某种程度上来说，软件是硬件的的核心，而硬件则是软件的必要基础。如果没有硬件或者硬件的性能缺乏，那么将无法满足系统运行的必然要求。而如果是航空电子通信系统中的硬件仍旧没有进行更新，其软件的发展也不过是空谈。可以说，软件必须要配合对应的硬件，才能实现其操作效果，达到对应的性能高度。

2.3 系统调试部分是保证软件与硬件可靠运行的重要保障

对于DSP技术的使用来说，其主要针对系统架构设计中应该具备的简单、灵活等特征，从而在软件、硬件都没有瑕疵的基础上，来使得其信号的处理更加有效化。然而，DSP技术本身就是近年出现的一种新型技术，将其运用在航空电子信息系统上，也当是属于一个整体的进步，还没有对应的经验。因此，对于DSP背景下，所设计出来的航空电子通信系统，其性能的好坏，运行的实际，都没有人可以加以保障。系统调试的存在，就是为了针对其中的不足，来进行必然的调整，从而使得其更加符合运行的原理，保证航空电子系统运行的稳定性与可靠性。

3 基于DSP的航空电子通信系统的硬件设计

硬件作为电子通信系统运作的基础，其设计的合理性直接影响软件的性能实现。尤其是在科学技术不断发展的今天，各种硬件的精致性与准确性不断深化，从而使得其实用性更强。而在DSP的引导下，航空电子通信系统硬件的要求也就更高。笔者认为，其硬件的设计需要注意如下几个部分：

3.1 控制模块设计

控制模块是整个DSP航空电子通信系统的核心，一般来说，是由DSP芯片与周围功能单元所组成。DSP芯片一般是选用的低功耗、功能性能较好的TMS320系列的TMS320LF2407A，并且配合周围的功能单元，从而实现控制机载总线数据通信、存储以及处理的子系统。 其基本结构如图1。

从图1可以看出，其整个是以中心向四周扩散的模式存在。也就是说，其控制模版联合了周围的功能单元。而且，直接对周围功能单元进行负责。一旦其发出任何指令，周围的功能单元都会在第一时间来对其进行实现。并且，在实现之后，会存在一个反馈，让中心能够对其进行准确的状况了解，实现其控制功能。

3.2 上位机与下位机的通信模块设计

在该处，可以使用RAM技术，从而使得双CPU之间的通信得到保障。一般来说，普通的系统中只会存在一个CPU，从而对系统进行总控制。然而，航空电子通信系统的复杂性较强，其面临的问题较多。在实践中，其可能会存在天空、地面两者的沟通。因此，其必须要保证CPU的运行。而为了使得其运行更加符合自身的状况，双CPU成为其主要的控制模式。采用对应的技术，从而使得两个CPU的信息可以共享，实现数据的交换，从而使得其访问的便捷性更强，在信息的提取上，也可以更加准确。

3.3 ARINC429总线通信模块设计

通信模块的存在，是为了保证各个部分的信息能够得到准确的传输。一般来说，ARINC429总线通信模块主要由两个部分组成，即接收器与发送器。接收器负责信息的采集与过滤，而发送器则负责将其信息加以传递，从而使得其信息的运用更加便捷化。在电子通信的过程中，其应该表述为：将接收数据串并转化，从而完成其数据发送的并串转换，在某些状况下，也可以及时的对其通信加以阻隔，从而使得通信质量得以保证。可以说，总线通信模块实际上是对通信质量的保障，也是对通信传输度的控制模块。

3.4 LON WORKS数据通信模块设计

在LON WORKS通信模块的设计中，一般选择FT3150智能收发器为主要控制器，从而完成各个采集模块数据采集的同步，并且，还添加了传送采集数据等多种功能。为了保证该模块功能，实现应用的广泛性，当前还对该模块与PC机的串行接口加以延伸，这样就可以使得LON WORKS模块中所采集到的数据，可直接发送到上位机。在传统的电子通信系统中，其获取到的信息一般都是需要经过处理，然后经特殊的通道传送。在这个传输的过程中，可能会使得信息丢失或者不不准确。这就给传输带来了较大的困难。而其直接传输的渠道存在，就可以有效地保证传输质量。其基本结构图如图2。

4 基于DSP的航空电子通信系统软件设计

4.1 设计要求

在硬件设计完成之后，为了使得硬件能够发挥其作用，必须要对其软件加以设计。在这个设计的过程中，必须要保证系统软件具有一定的实时性、可靠性与可维护性等基本特点。

4.1.1 基于DSP的航空电子通信系统需要具有良好的时效性

也就是说，系统的处理器需要在较短的时间内，完成一系列的软件处理工作。例如，在其接收到对应信号后，快速对信号进行分析与处理，并且做出逻辑判断，然后输出对应的控制信号，完成正确的动作。在这个过程中，如果存在延误，则可能会使得整个系统的进度受到影响，影响系统的性能实现。

4.1.2 基于DSP的航空电子通信系统需要具备一定的可靠性

这主要是针对系统发生故障而言，一般来说，系统故障会产生一定的问题，在这种状况下，必须要采取一定的措施，来对其进行紧急处理。

4.1.3 基于DSP的航空电子通信系统必须要具备可维护性

一般来说，可维护性也就是说，在其设备软件和硬件存在某种问题时，能够通过简单调控等，达到对应的效果，或者存在故障，能够以维护的方式使之恢复到之前的状况。本身航空电子通信设备都是相对精密的设备，其结构与功能决定了是否能够达到对应的效果。在该种状况下，很难一次性的就能使得整个系统协调化。因此，必须要采取一定的措施，使得整个系统运作效果更好。某些设备的可维护能力较低，其在维护的同时，就会使得设备的性能受到影响，进而降低了使用质量。因此，必须要求设备的可维护性。

4.2 软件的模块划分

在软件设计中，需要将其模块化，从而保证每个模块的设计合理性与适用性，才能间接的保证系统整体软件的有效性。通常来说，软件设计主要包涵：上位机软件设计与下位机软件设计。上位机软件设计主要是为了实现各种相关数据的有效管理，并且实现系统的智能纠错。而下位机软件设计则是执行软件，保证系统指令实施的确切性。而上位机的模块又包涵了四个：系统的初始化模块、通讯模块、控制模块和数据处理模块。

5 基于DSP的航空电子通信系统的调试方案设计

无论是经过多少人或者有多么精密的设备作为基础，其设计出来的系统都会存在一定的瑕疵。而调试的存在，则为系统的运行提供了一定的保障。由于DSP系统本身相对复杂，而适用于电子通信系统后，两者的复杂性有所切合，就会使得整个系统的复杂程度更甚。在系统调试时，需要以系统的基本要求为主，确保调试的全面性。一般 来说，系统调试主要包括8个方面：电路板裸板检测、焊接装配器件、通电前检测、电源输出检查、时钟电路测试、DSP 工作状态检查、RAM 读写测试以及上位机与下位机联机测试。每一个方面调试工作都需要落实，才能够保证系统整个性能的良好。同时，在调试之前，需要对软件硬件等进行多次确认，需要保证其不会影响调试的效果。

调试并不是单纯的包涵调控的内容，对于系统的维护也是有所包涵的。一般来说，系统调试是指系统正式投入使用之前，所需要进行的试行，并在整个试行过程中，去发现系统的不足，并且，对其进行一定的调整。而维护则是在系统运行中，对其进行定期或者不定期的检测与休整。在笔者看来维护也应该是调试的一个部分。也就是使用后调试。在使用过程中，人们对于系统的了解程度不断加强。而对于系统也会存在一定的新构思。因此，在维护的同时对其进行一定的调试，也十分必要。通常来说，维护也指定期维护与临时维护。定期维护是在规定的时间中，对系统进行检测与调整。而临时维护则是需要在发生故障的背景下进行。另外，调试并不是单纯的指整个系统。也可以是系统中的某个部分。因此，调试方案的设计需要具有针对性。

6 结束语

DSP是社会不断发展下，所出现的一种新型信号处理技术。社会各界对于其的使用都具有一定的尝试性，航空领域也是一样。传统的航空领域信号传输质量难以得到保障，其传输处理效率缺乏，从而使得该领域的发展受到了严重的制约。面对该种状况，必须要对其通信系统进行必要的创新，使之符合社会发展的需求。然而，由于技术本身相对运用难度较大，使用经验缺乏。实践中，航空电子通信系统运用DSP技术加以创建，必然会存在一定的问题。这就需要人们加强对其的研究，从软件、硬件两个方面的设计着手，保证其设计出来的适应度与精密度较强。另外，为了保障其正式投入使用后的效果。还需要在使用之前，进行对应的系统调试。在反复调试中发现问题，解决问题。除此之外，维护也具有一定的必要性。本文从多个方面论述了基于DSP的航空电子通信系统设计时，需要注意的问题，从而对系统兼容性与通用性的保证，提供了一定的可能性。并且，还赋予了一定的扩展能力，希望能够为我国航空事业的发展提供参考。

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篇13

数字化技术随着信息技术的发展而飞速发展，同时，也对电力电子技术的发展起到了巨大的推动作用。随着电力电子技术和数字控制技术的发展，越来越多的数字控制开关变换器投入使用。但是，在高频PWM变换器中还存在一些需要解决的问题。

随着数字信号处理技术的日益完善和成熟，它显示出了越来越多的优点，诸如便于计算机的处理和控制；避免模拟信号的传递畸变和失真；减少杂散信号的干扰；便于自诊断，容错等技术的植入等。在计算机进入电力电子技术领域的初期，只是完成诸如监控、显示等辅助功能，实现系统级的控制。但是，随着数字化技术的发展，计算机已经被应用于控制电路。专用于PWM变换器的数字控制器由于其功耗低，对模拟电路部分参数变化不敏感，可以方便地和数字系统相连接，并且可以方便地实现完善成熟的控制方案，而越来越受欢迎。此方面的应用包括电压调节模块（VRM）的微处理器，音频放大器，便携式电子装备等等。

    数字控制的电力电子装置以数字控制器代替模拟硬件电路进行PWM控制，通过开关的快速切换实现电量的变换。以占空比量化为基础的数字功率变换器的数字控制，相对于传统的模拟控制有很多优点。数字滤波器是用来进行动态调节的，若设定其采样频率等于功率变换器的采样频率，量化占空比数字控制器可以工作在任何开关频率，而不须再补偿。通过对权系数的修改，可以方便地改变动态调节特性。同时，基本的数字控制器可以很容易地实现诸如输出电流限幅和软启动等特殊功能。

本文基于对数字控制发展历程的总结，归纳了数字控制的优点。通过对全桥隔离型的双向DC/DC变换器工作原理的分析，从简化硬件电路的角度出发，将控制功能全部集中起来由软件实现，试验中电压可调性和稳压输出都得到满足。同时，也由软件实现电路的双向运行，对蓄电池可以进行恒流充电。试验所采用的数字控制器是TMS320LF2407，整个控制系统为所开发的通用电力电子装置的数字控制平台。

1 数字控制双向DC/DC变换器基本结构

及其工作原理

随着科技和生产的发展，对双向DC/DC变换器的需求逐渐增多，主要包括直流不间断电源系统、航天电源系统、电动汽车、直流功率放大器及蓄电池储能等应用场合。

    数字脉宽调制（DPWM）双向DC/DC变换器的基本结构如图1所示。本文采用全桥隔离型双向DC/DC变换器作为实验装置的主电路结构。

控制器由模数转换器（ADC），DPWM控制模块和离散调节控制模块组成。其中ADC模块把可调量（典型的是采样输出电压Vout）离散量化，DPWM把控制信息转化为PWM脉宽信号，离散控制中心执行对反馈量的计算调制。

下面对双向DC/DC主电路的工作原理进行简单分析，其主电路如图2所示。

1.1 原边对副边放电

满调制时S1～S4驱动波形如图3所示，图中的波形没有考虑死区，即认为开关管为理想器件。图3（a）中PWM1和PWM4同相，没有移相，此时副边输出电压最高，如果不计损耗，那么副边的输出电压为nVin，这是满调制时的输出，此时副边通过主开关反并二极管来整流，即为不控整流。原边的开关作用相当于把输入信号调制为交流的方波信号，副边二极管则把该信号解调为直流电压输出，此时不存在脉宽的空缺，同时封锁副边脉冲。变压器原边输入信号vab如图3（b）所示，由于S1及S4和S2及S3的脉宽均为T/2(T为开关周期)，vab正半波和负半波经历时间均为T/2(即π），vab经过副边整流之后可得到最大的输出电压。

移相控制时门极脉冲如图3(c)所示，S4门极脉冲比S1门极脉冲滞后一个角度θ，vab如图3（d）所示。因此，可以通过控制滞后角度θ的大小来控制输出电压。在数字控制器中可以用软件设定滞后角度θ来控制输出电压，即可以通过移相控制使输出电压可调。

1.2 副边对原边充电

此时，如图3所示，只要把S5～S8的驱动信号与S1～S4的驱动信号互换，vab则由vcd替换即可，同样存在满调制和移相控制两种情况。但是，通常情况下充电要求恒流充电，因此，也可以通过移相控制来满足此要求。原副边的工作过程刚好与放电时相反。此处不再赘述。

2 双向DC/DC数字化控制的软件实现

双向DC/DC变换器，可以实现能量的双向传输。通常正向放电要求输出电压可调，而反向充电过程通常要求充电电流恒定不变。通过对S3和S2的移相控制可以实现副边输出电压的可调要求，同样，副边对原边进行充电时，可以通过移相控制使得充电电流恒定。

    主程序流程图和ADC的中断服务程序流程图分别如图4和图5所示，在软件进行移相控制实现输出电压可调的同时，软件实现电压环的调节，使输出稳压。由于TMS320LF2407内部带有ADC模块，因此，输出电压值通过电压LEM采样反馈给DSP的ADC模块，在AD中断程序里读取采样值，然后进行数字滤波和数字PI调节，使输出稳压。

一般充电要求是恒流充电，所以，充电时反馈用电流环,对原边的充电电流进行PI调节，实现恒流充电。本实验中原边供电电源为蓄电池，由于其电压为12V，真正要实现电流反向，使原边的二极管导通，考虑到变压器原副边的变比为1：2，副边电压必须超过24V时才能实现电流反向，故必须得对副边电压采样。对副边电压的采样，不仅实现了PI调节，同时也用来控制双向工作方式的切换。在双向DC/DC的负载端电压上升到一定程度时可以使能量倒流，对原边进行充电，使副边多余的能量能够反馈给原边。

    电压采样和电流采样是实现输出电压可调及稳压和充电电流恒定的关键，在DSP的中断服务程序中对采样值进行数字滤波和PI调节。程序根据给定输出电压参考值和充电电流参考值进行PI调节，当原边输入电压变动时，副边输出电压稳定在给定值；而当副边负载电压有波动时也可以根据给定电流参考来调节相移大小，控制原边充电电流值。数字式PI调节采用的是增量式PI控制，其系统框图如图6所示。由于DSP具有强大的计算能力以及EV(EventManager)模块，则PWM信号可以方便地得到，因此，硬件部分可以大大简化，控制电路部分可以全部省略而由软件来代替，即软件实现PI计算控制以及PWM信号的产生。但是，考虑到DSP的安全性问题，必须有光耦隔离。

3 实验结果

根据上述主电路工作原理分析,为证实数字化控制方法的有效性，制作了一台实验样机，开关频率为50kHz。对于图2所示的主电路结构，所选用元器件参数如下：S1～S8选用IRF840，Vin为蓄电池（12V，4A·h/20h，充电使用）；C1为100μF，C2为100μF；IRF840前级用TLP250驱动，控制器用TMS320LF2407A，光耦采用6N137；电压采样LEM为电流型的LV25?P，原边额定电流10mA，副边对应电流25mA，此输入和输出对应精度为±0.9％；电流采样LEM为HDC?040G系列霍尔电流传感器，其输出电压2.5V±1V，精度为±1％。

    图7（a）所示为副边输出10V时的实验波形，当输入电压分别为10V，40V，50V时，S2和S4的驱动波形分别如图7（b），（c），(d)所示，可见当输出电压给定时，而输入电压可变，可以通过前文所提到的增量式数字PI控制实现移相控制，使输出稳压得以实现。图8为副边输出20V时的输出电压波形和各主开关的驱动波形。

图9所示为由原?对副边进行放电到副边对原边进行充电工作模式切换的实验波形。其中图9（a）所示为原边对副边放电时的原边电池输出电流采样电阻电压值；图9（b）所示为副边对原边进行充电时原边输入电流采样电阻两端的电压值；