高速数据采集及回波实时传输装置研制

摘要

飞行试验是飞行器研制过程中的重要环节,飞行试验过程中采集记录的飞行器状态信号是评估飞行器性能指标的重要参考依据。随着飞行器功能的日趋复杂,对数据采集装置提出了高速数据采集、实时信号处理以及实时数据传输等要求,这对飞行器的数据采集装置设计提出了极大的挑战。
　　本文首先对高速数据采集及回波实时传输装置需要完成的测试任务进行了详尽的分析,根据被测信号的形式与处理方式的不同对装置进行了功能的划分,通过模块化的设计方法实现了装置整体方案的设计。设计中采用3片型号为ADS62P48的双通道高速ADC实现了6路回波信号的采集,每路采样率为50MSa/s。对采集到的回波信号在FPGA内部进行实时数字脉冲压缩处理,并对FPGA实现数字脉冲压缩算法的结果与理论仿真结果进行了对比和分析,证明了FPGA实现数字脉冲压缩算法的正确性。采用基于XILINXFPGA嵌入式系统设计实现了千兆以太网数据传输接口的开发,利用TreckIncorporated公司的Treck协议栈实现了TCP/IP协议,并在此基础上添加了用户自定义应用程序,完成了高速数据采集及回波实时传输装置对数据传输速度的任务要求。
　　系统测试结果表明,高速数据采集及回波实时传输装置能够完成任务要求的各项技术指标,工作可靠、性能稳定,能够胜任飞行器的外场飞行试验的测试任务。

目录

封面

中文摘要

英文摘要

目录

第1章 绪 论

1.1课题来源和研究的目的及意义

1.2关键技术的发展现状分析

1.2.1 数据采集系统的发展现状

1.2.2 实时数字信号处理技术的发展状况

1.2.3 数据传输接口技术的发展现状

1.3主要研究内容及论文结构

第2章 高速数据采集及回波实时传输装置方案设计

2.1回波信号的采集、处理及存储要求

2.2系统的硬件组成及工作原理

2.2.1 系统的硬件组成

2.2.2 系统的工作原理

2.3系统软件整体方案设计

2.3.1 软件开发平台的选择

2.3.2 系统软件组成

2.4本章小结

第3章 高速数据采集及数字脉冲压缩算法的实现

3.1回波信号采集卡的硬件电路设计

3.1.1 模数转换器 ADC的选择

3.1.2 ADC模拟通道设计

3.1.3 回波信号采样一致性控制方法

3.1.4 FPGA实现数字脉冲压缩算法的必要性

3.1.5 核心控制器 FPGA的选择

3.2线性调频信号的数字脉冲压缩

3.2.1 线性调频信号

3.2.2 线性调频信号的脉冲压缩原理

3.2.3 线性调频信号脉冲压缩算法的 Matlab仿真

3.3数字脉冲压缩算法的硬件实现

3.3.1 FFT运算模块与 IFFT运算模块的实现

3.3.2 匹配滤波器的构造

3.3.3 复数乘法运算模块的实现

3.3.4 线性调频信号的数字脉冲实现结果

3.4本章小结

第4章 千兆以太网通讯接口的实现

4.1通讯卡的硬件电路设计

4.1.1 DDR2 SDRAM内存电路设计

4.1.2 千兆以太网物理层接口电路设计

4.1.3 核心控制器 FPGA的选择

4.2 XILINX FPGA的千兆以太网开发固件解决方案

4.2.1 DDR2 SDRAM内存控制器的实现

4.2.2 媒体访问控制器的实现

4.3千兆以太网的嵌入式系统开发

4.3.1 XILINX FPGA嵌入式系统开发流程

4.3.2 通讯卡与回波信号采集卡的通讯设计

4.3.3 TCP/IP协议栈的实现

4.3.4 千兆以太网通讯的嵌入式软件设计

4.4本章小结

第5章 高速数据采集及回波实时传输装置测试

5.1回波信号通道采样一致性测试

5.1.1 回波信号通道一致性测量方法

5.1.2 单通道内I和Q信号采样一致性测试

5.1.3 通道间I和Q信号采样一致性测试

5.2千兆以太网通讯性能测试

5.2.1 LwIP协议栈与 Treck协议栈数据传输速度对比

5.2.2 千兆以太网数据传输速度测试

5.3本章小结

结论

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文

声明

致谢