电子信号

电子信号（精选十篇）

电子信号 篇1

随着国家对煤炭产量和安全生产管理力度的加大,作为矿井煤炭运输安全计量设备,矿用电子胶带秤成为煤矿产量监测系统中不可或缺的组成部分, 成为矿用计量产品领域关注的焦点[1,2]。矿用电子胶带秤一般安装在煤矿井下带式输送机上,其运行环境较差,振动、煤尘、噪声、环境湿度、大容量电动机启/停产生的电场和磁场干扰等都对电子胶带秤的计量精度产生影响[3]。在实际应用中,称重传感器和速度传感器安装在带式输送机上,而称重仪表通常安放在监控室里,二者之间相距几十到几百米距离,而称重传感器输出的毫伏级微弱信号极易受到干扰。研究抗干扰能力强、信号采集精度高、处理速度快、适合远距离传输的电子胶带秤信号采集系统,对保证电 子胶带秤 的计量精 度具有重 要意义[4]。

传统矿用电子胶带秤的称重和速度信号采集及处理主要由胶带秤显示仪表中的单片机完成,同时单片机还要完成仪表的人机交互、远程通信以及胶带机电动机控制等功能,影响了信号采样速率和数据处理能力。本文提出一种基于FPGA的矿用电子胶带秤信号采集系统方案,即将传感器输出的称重和速度信号经过保护、滤波、A/D转换、隔离变换、FPGA采集和数字滤波处理后,通过RS485总线实时上传到电子胶带秤称重仪表,再由称重仪表实现计量运算、数据显示、统计和保存等,取得了良好的效果。

1系统组成

矿用电子胶带秤信号采集系统由FPGA、称重信号调理和A/D转换电路、速度信号调理电路、 RS485通信电路等组成,如图1所示。FPGA芯片选用Cyclone III EP3C16Q240C8,其具有15 408个逻辑单元和516 096个存储位,完全满足系统设计要求。考虑到胶带秤在矿井中使用,需满足防爆要求, 因此系统由本质安全型电源供电[5]。

2系统硬件设计

2.1称重信号调理和A/D转换电路

称重信号调理电路主要包括保护和信号滤波电路、A/D转换电路。由于称重传感器输出的电压信号为0 ~ 20 m V微弱信号,且矿用电子胶带秤运行环境比较恶劣,所以在称重信号A/D转换电路前增加了保护和信号滤波电路,如图2所示。称重传感器输出的差分信号经过自恢复保险电阻R29,R30对前后级电路进行隔离和过流保护,低压TVS管T1— T3对后级电路进行过压保护。L1,R9,R10,C15组成低通差分滤波器,C14,C16构成共模滤波器。为了进一步提高电路的共模抑制比,增加了全差分运算放大调理电路,运算放大器选用精度高、低温度漂移、 输出噪声小的AD8476。

A / D转换电路如图3所示。采用24位 Σ - Δ 型A / D转换芯片AD7193,其具有转 换精度高、内部具有可编程增益放大器、低噪声增益可直接输入小信号等特点[6]。为了保证A/D转换的精度,采用外部低噪声基准电压。选用ADR425基准电压芯片,其具有低噪声、高精度和出色的长期稳定性,输出电压为5 V。由于FPGA的I/O接口为3. 3 V逻辑电平,A/D转换电路提供5 V逻辑电平,因此采用ADUM1411对SPI总线接口进行隔离和电平转换。

2.2速度信号调理电路

速度信号调理电路如图4所示。速度传感器输出的脉冲信号先经过R64和T18组成的保护电路,再通过6N137进行信号隔离和电平转换。为了更精确地测量速度信号,隔离后的信号经由CD4098组成的整形变换电路转换为宽度、幅度都相等的矩形脉冲信号,再由FPGA对信号进行采样处理。

2.3RS485通信电路

称重信号和速度信号经过FPGA采集处理后,通过RS485总线上传 到电子胶 带秤称重 仪表。 RS485通信电路如图5所示。 选用ADM2483为RS485总线驱动、隔离和电平转换芯片,其内部集成了3路数字隔离通道和1个低功耗RS485收发器, 隔离电压为2. 5 k V。为了提高传输抗干扰性,在RS485总线上增加了过流、过压和共模差模保护电路。

3系统软件设计

系统软件在Quartus II编译环境,采用Verilog HDL硬件语言描述设计[7]。FPGA内部逻辑主要包括锁相环、分频器、A/D转换控制、数字滤波器、频率测量和速度计算、FIFO寄存器、串口控制7个程序模块,如图6中虚线框内所示。

3.1信号采集流程

信号采集流程如图7所示。首先对AD7193进行初始化,通过RS485总线接收命令控制AD7193启动信号采样,同时使能频率测量和速度计算程序模块; 称重信号经A/D转换后,经过FIR数字滤波, 进入串口控制程序模块,串口控制程序模块从FIFO寄存器读取速度信息,2组数据通过RS485总线上传至胶带秤称重仪表进行处理。

3.2AD转换控制程序模块

AD转换控制程序模块完成A / D转换初始化及A / D数据读控制。A / D初始化对A / D内部的模式寄存器和配置寄存器进行操作,配置寄存器设置AD7193为单极性差分输入模式、可编程增益为128并选择外部基准电压; 模式寄存器设置AD7193为连续转换模式、利用外部4. 92 MHz时钟源、内部滤波器类型为SINC4并设定A/D转换输出速率。A/ D数据读控制主要设置内部通信寄存器为A / D转换结果连续读模式,设定SPI总线时序,完成对A/D转换结果数据的读取。

3.3频率测量和速度计算程序模块

速度传感器输出的脉冲信号经过隔离整形变为矩形脉冲信号,通过FPGA对该信号进行频率测量计算并转换为胶带速度。设计中速度传感器输出脉冲频率范围为0 ~ 2 k Hz,为了精准测量低频速度脉冲信号,采用等精度测频原理对信号进行数据采集, 以保证在速度脉冲信号范围内具有较高的精度[8]。

4系统测试

基于某公司研发的循环胶带机对该系统进行性能测试。循环胶带机周长为21. 8 m,在胶带机上安装ICS -14A型秤架,秤架的托辊间距为1. 2 m,有效称量段长度为4. 8 m,配置4只250 kg称重传感器。 使用变频器控制胶带机带速为2 m/s,分别施加0% ,20% ,40% ,60% ,80% ,100% 的额定负荷,进行3 min累计量动态计量测试,结果见表1。可看出系统计量精度达 ± 0. 25% 。

5结语

高频电子信号第四章习题解答 篇2

4-1 为什么低频功率放大器不能工作于丙类？而高频功率放大器则可工作于丙类？ 分析：本题主要考察两种放大器的信号带宽、导通角和负载等工作参数和工作原理。解

谐振功率放大器通常用来放大窄带高频小信号（信号的通带宽度只有其中心频率的1%或更小），其工作状态 通常选为丙类工作状态（C<90）,电流为余弦脉冲，为了不失真的放大信号，它的负载必须是谐振回路。而低频功率放大器的负载为无调谐负载，如电阻、变压器等，通常为甲类或乙类工作状态。因此，低频功率放大器不能工作在丙类，而高频公率放大器则可以工作于丙类。

4-2 提高放大器的功率与效率，应从哪几方面入手？

PPo分析：根据公式co，可以得到各参数之间的关系，具体过程如下

PPoPc解

功率放大器的原理是利用输入到基极的信号来控制集电极的直流电源所供给的直流功率，使之转变为交流信号功率输出去。这种转换不可能是百分之百的，因为直流电源所供给的，因为直流电源所供给的功率除了转变为交流输出功率外，还有一部分功率以热能的形势消耗在集电极上，成为集电极耗散功率。

为了说明晶体管放大器的转换能力，采用集电极效率c，其定义为 cPoPo PPoPc 由上式可以得出以下两结论: ① 设法尽量降低集电极耗散功率P则集电极耗散功率c自然会提高。这样，在给定Pc，时，晶体管的交流输出功率Po就会增大； ② 由上式可得

cPo1Pc c如果维持晶体管的集电极耗散功率P那么，提高集电极效率c，将使c不超过规定值，交流输出功率Po大幅增加。可见，提到效率对输出功率有极大的影响。当然，这时输入直流功率也要相应得提高，才能在Pc不变的情况下，增加输出功率。因此，要设法尽量降低集电极耗散功率Pc，来提高交流输出功率Po。

4-3 丙类放大器为什么一定要用调谐回路作为集电极负载？回路为什么一定要调到谐振状态？回路失谐将产生什么结果？

解 谐振功率放大器通常用来放大窄带高频信号（信号的通带宽度只有其中心频率的1%或更小），其工作状态 通常选为丙类工作状态（C<90）,为了不失真的放大信号，它的负载必须是谐振回路。丙类工作状态的集电极电流脉冲是尖顶余弦脉冲。这适用于欠压或临界状态。尖顶余弦脉冲 含有 基波、二次、三次、……、n次谐波，为了获得基波分量（即基波频率的正弦波），就要在输出端抑制其他谐波分量，因此一定要调到基波谐振状态。如果回路失谐，就会使输出含有其他谐波分量，就会产生波形失真。如果激励信号过大，回路失谐还会造成管子烧坏。

4-4 功放管最大允许耗散功率为20W，试计算当效率分别为80%、70%和50%时的集电极最大允许输出功率。

c分析：本题主要考察关系式Po1c解

由耗散功率和效率的关系

c Po1Pc cPc 可得

c=80% 时,Pcmax0.820w80w

10.80.7c=70% 时,Pcmax20w46.67w

10.70.5c=50% 时,Pcmax20w20w

10.5可见，集电极最大允许输出功率随效率的提高而提高，这体现了提高效率对提高输出功率具有的重要意义。

4-5 某一晶体管谐振功率放大器，设已知VCC=24V，Ic0=250mA，Po=5W，电压利用系数=1。试求P=、、R0、IC1、电流导通角。

分析：本题的要求是为了熟悉参数间的关系和计算公式。本题的难点是求出Icm1。解题过程如下 解 PIc0Vcc0.25246W

PCPP0651W

P0/P(5/6)100%83.3%

1v 2v()2/1.67

查余弦脉冲系数表知：θ=78º，cosθ=0.208，α1（θ）=0.466，α0（θ）=0.279，IcmIc0/0()300/0.2791075mA

RP=2PO8.7 2Icm

4-6 晶体管放大器工作于临界状态，Rp=200，VCC=30V，ic0=90mA，=90，试求Po与。解

查表得 ：

0900.319 1900.5； iCmax=IC00.28A090 Icm1=iCmax1900.14A1Po=Icm12Rp=1.96W2PoPoC1.96/2.772.6%PVccIc04-7 根据负载特性曲线，估算当集电极负载偏离最佳Rp时，Po如何变化：(1)增加一倍时，Po如何变化？(2)减小一半时，Po如何变化？

分析：掌握负载特性曲线，主要考察恒流源和恒压源两种特殊情况下的负载特性 解

VCIc1Ic0PoPc0欠压临界过压Rp0欠压临界过压RpP=c

（1）当RP增加一倍时，功率放大器进入过压区，VC基本不变，而

24222RP=R1=Vcm2POVCC2PO144,所以PO近似下降一半。

222（2）当RP减小一般时，功率放大器进入欠压区，Icm1 基本不变，而PO=IcmRP/2，所以PO近似下降一半。

4-8 调谐功率放大器原来正常工作于临界状态，如果集电极回路稍有失调，集电极损耗功率Pc将如何变化？

分析：此题主要考察谐振功率放大器的负载特性 解

当放大器正常工作在临界状态时与集电极回路稍失调时，负载电阻减小。由负载特性曲线可知功放将工作在欠压状态，集电极功率Pc将增大。

4-9 调谐功率放大器原来正常工作于临界状态，若负载回路旁并一电阻，放大器的工作状态会怎样变化？若其他条件不变，放大器的输出功率会怎样变化？ 分析：本题主要考察负载特性曲线的掌握情况 解

根据负载特性曲线可知，调谐功率放大器原来正常工作于临界状态，若负载回路旁并一电阻，相当于集电极负载RP减小，功率放大器将由临界状态进入欠压状态。若其他条件不变放大器的输出功率会降低。4-10 由于某种原因，调谐功率放大器的工作状态由临界变到欠压状态，试问有多少方法能使放大器的工作调回原来的临界状态？ 解

若由于某种原因，调谐功率放大器的工作状态由临界变到欠压状态，则可以分别从调谐功率放大器的负载特性和各级电压VCC、VBB、Vbm对工作状态的影响入手，将放大器的工作状态调回到原来的临界状态。可采取以下调节措施：

①调谐功率放大器的工作状态由临界变到欠压状态，相当于集电极负载RP减小，因此应提高RP；

②调谐功率放大器的工作状态由临界变到欠压状态，相当于VCC变大，因此减小VCC ③调谐功率放大器的工作状态由临界变到欠压状态，相当于VBB绝对值变大，因此应减小VBB绝对值

④调谐功率放大器的工作状态由临界变到欠压状态，相当于Vbm减小，因此，应减小Vbm。4-11 有一输出功率为2W的晶体管高频功率放大器，采用图4-16(a)所示的型阻抗变换网络。负载电阻RL=23，VCC=4.8V，f=150MHz。设QL=2，试求，L1、C1、C2之值。解：

根据π型匹配网络的计算公式可知

2Vcm2

R1144

2P022 Xc1R1144144 QL10故得 C111221pF 6XC125010144又 XL1R22(1QL)R21R120016.95

200(1102)1144故得 C2111240pF 6XC2250102.56又 Xc2QLR1R212.56 2QL1QLXC2XL1故得 L116.950.054H

250106

4-12 在调谐某一晶体管谐振功率放大器时，发现输出功率与集电极效率正常，但所需激励功率过大。如何解决这一问题？假设为固定偏压。解

在调谐某一晶体管谐振功率放大器时，发现输出功率与集电极效率正常，但所需激励功率过大，这是由于Vbm太大，如果减小Vbm，调谐功率放大器的工作状态将由临界变到欠压状态，输出功率与集电极效率都将小降。为了避免这种这种情况发生，可调节电路中其他参数，由于本题是固定偏压故只有提高RP，减小Vbm才能解决此问题。4-13 对固定工作在某频率的高频谐振功率放大器，若放大器前面某级出现自激，则功放管可能会损坏。为什么？ 解 对工作在某一固定频率的高频谐振放大器，若放大器的前面某级出现自激，则会产生非工作频率的较高幅值的信号，此信号到达到达高频谐振功率放大器时，会使谐振功率放大器谐振回路失谐。并联谐振回路谐振时是靠电感、电容的导纳相互抵消得到一个较高的纯电阻阻抗，其中单独的电感或电容的阻抗都很低，这样，当电容少许偏离谐振时的取值就可能使集电极负载阻抗明显降低并使集电极电流与电压之间出现相位差，这两者都会显著加大集电极功耗。功放管的功耗过大将引起功放管的过热损坏。

4-14 一调谐功率放大器工作于临界状态，已知VCC=24V，临界线的斜率为0.6A/V，管子导通角为90，输出功率Po=2W，试计算P=、Pc、c、Rp的大小。解

依题意可得

iCmax=gCEmin=gcr(VCC-Vcm1)因 c=90，查表得 0900.319 1900.5

Icm1=iCmax190

11iCmax2W Po=Icm1Vcm=1(c)iCmaxVCC-22gcr解此方程，得

Vcm=23.94V

224144

RP=R1=Vcm22POVCC22PO22Vcm123.941

VCC24g1()g1()c1.57/277.5%

22PO2PW2.58W

C0.775 4-15 某谐振功率放大器工作于临界状态，功率管用3DA4，其参数为fT=100MHz，=20，集电极最大耗散功率为20W，饱和临界线跨导gcr=1A/V，转移特性如题图4-1所示。已知VCC=24V，VBB=1.45V，VBZ=0.6V，Q0=100，QL=10，=0.9。求集电极输出功率Po和天线功率PA。解

转移特性斜率

ic10.5A/V BE2.6-0.61.450.60.342 cosc6故得因 c=70，查表得

1700.436 2700.319 gciCmax= gCVbm(1-cos c)=0.56(1-0.342)A=1.97A Icm1iCmax1(c)0.86A Vcm=VCC240.9V21.6V 1得Po=Icm1Vcm=0.521.60.86W=9.46W

2PAQL K=10.9

POQOPA=KPO9.460.9W=8.51W

ic1AOVBZ2.6Veb

题图4-1

50LCIeoLCIc1LC＋VCC

题图4-2 4-16 某谐振功率放大器的中介回路与天线回路均已调好，功率管的转移特性如题图4-1所示。已知VBB=1.5V，VBZ=0.6V，c=70，VCC=24V，=0.9。中介回路的Q0=100，QL=10。试计算集电极输出功率Po与天线功率PA。解 转移特性斜率

Vbm因 c=70，查表得 VBBVBZ4.678V

COS1700.436 2700.319

iCmax= gCVbm(1-cos c)=0.56(1-0.342)A=2.46A Icm1iCmax1(c)1.073A Vcm=VCC240.9V21.6V

1得Po=Icm1Vcm=11.58W

2QL K=1

QOPA=KPO11.580.9W=10.425W

4-17 改正题图4-2中的错误，已知电路的工作频率为400MHz，设LC为扼流圈，电感量较大。解

图4-2中所示电路为两级高频功率放大器。该电路有以下几处错误 ：直流馈电电路、输出回路和级间耦合回路、电流表得测试位等。

基极偏置常采用扼流圈自给偏置电路；集电极馈电电路由直流电源VCC，高频扼流圈、高频旁路电容组成并联馈电电路；输出回路要构成并联谐振回路；输入匹配网络采用T形网络，输出匹配网络采用L形网络；ICO电流表测试直流电流，Icm1电流表测试基波电流。修改结果如下图4-3所示

4-18 已知一谐振功率放大器和一个二倍频器，采用相同的功率管，具有相同的VCC、VBB、Vbm、c，且均工作在临界状态，c =70，试比较两种电路的Po、c、Rp。

解 具有相同的Vcc、VBB、Vbm、θc，且均工作在临界状态的谐振功率放大器和二倍频器的唯一区别在于：输出调谐回路的谐振频率分别为基波和二次谐波频率。由此，可知谐振功率放大器和二倍频器的输出电压幅值相同，二者的输出电流分别是基波和二次谐波电流。因此可得谐振功率放大器和二倍频器的PO、C、RP之比如下：

PO1/PO21(C)/2(C)0.436/0.2671.63 C1/C21(C)/2(C)1.63

RP1/RP1=2(C)/1(C)0.614-19 在倍频电路中，应采取什么措施提高负载回路的滤波性能？

解 ① 提高回路的品质因数QO。设倍频次数为n，则输出调谐回路的Q值约需Q0>10nπ。

② 在输出回路旁并联回路吸收回路，吸收回路可调谐在信号奇频或其他特别要虑除的频率上。

③采用选择性好的通频带滤波器作负载回路：可用多节LC串联回路组成 带铜滤波器，将幅度较大而不需要的基波或其他谐波虑出掉。

④用推挽倍频电路：推挽电路的输出量中已无信号的偶次谐波分量，故可以实现奇次谐波倍频。如果推挽电路的两管集电极连在一起接到负载回路上，也可以抵消奇次谐波分量，实现偶次谐波倍频。这两种推挽电路都减轻了对输出回路滤波的要求。4-20 一调谐功率放大器的负载是拉杆天线，装好后发现放大器的输出功率较小，发射距离不远，请你分析有几种原因造成这一结果，如何解决这一难题。解答

该调谐功率放大器的负载是拉杆天线，负载匹配和工作状态以及天线回路失谐都可能影响输出功率Po，调解输出回路中的匹配网络或更换天线可以达到最佳阻抗，以提高交流输出功率Po。解决这一问题还应设法尽量降低集电极耗散功率Pc或提高效率c

.解决这一问题的关键在于提高输出功率，下面从几个方面谈谈提高输出功率的途径。

功率放大器的作用原理是利用输入到基极的信号来控制集电极的直流电源所供给的直流功率。使之转变为交流信号功率。这种转变不可能是百分之百的，因为直流电源所供给的公功率除了转变为交流功率外，还有一部分功率以热能的形式消耗在集电极上，成为集电极耗散功率。设法尽量降低集电极耗散功率Pc或提高效率c，都会提高交流输出功率PC。

要降低集电极耗散功率PC可以通过调整晶体管工作状态来实现，比如采用丙类状态，选择合适的导通角，并使功率放大器尽量靠近临界状态（通过调解负载阻抗和各级电压），还要选择合适的匹配网络等等。如果丙类状态还是不能满足要求，可选择丁、戊类功率放大器。

效率包括集电极效率和输出网络效率两部分。上述调整电路工作状态的方法主要针对

QL，QO是无负载时的Q值，QL是有负载时的QQO值。要提高传输效率K，QL值尽可能的小，而QO值仅可能的大；但要保证回路良好的滤波作用，QL值不能太小。集电极效率。输出网络的传输效率K=1该调谐功率放大器的负载是拉杆天线，负载匹配在此也是影响输出功率Po的关键问题，调解输出回路中的匹配网络或更换天线可以达到最佳阻抗，以提高交流输出功率Po。

4-21 高频大功率晶体管3DA 4参数为fT100MHz，20，集电极最大允许耗散功率PCM20W，饱和临界线跨导gcr0.8A/V，用它做成2MHz的谐振功率放大器，选定VCC24V，C90，iCmaλ2.2A，并工作于临界状态。试计算Rp、Po、Pc、c与p。

分析 ：本题主要目的是 熟悉计算公式和各 参数间的关系 解

由于θc已知，则可查表得0(c)0.253和1(c)0.436，IC0iCmax0(c)0.57AIcm1iCmax1(c)0.94A则 P==VCCIC0=13.4W又由下两式：iCmaxgcr=

CEminvccCEmin

vccPA=KPO9.460.9W=8.51W则Pc=P=-Po=3.16W=PoP=76.1% RP=2Po/Icm12234-22 在图4-18所示的电路中，设k3%，L1C1回路的Q=100，天线回路的Q=15。求整个回路的效率。

分析：熟悉回路效率公式 解：

电子信号在障诊断中的应用 篇3

摘 要：当汽车发生故障时，尤其是某些因传感器特征发生变化而造成的故障以及机械式反馈与间歇性故障，这类故障发生的位置以及原因可以利用汽车所发出的电子信号进行精确、快速、有效的诊断。文章通过对于汽车电子信号的类型与使用方式进行阐述，探究了相应的诊断方法。

关键词：电子信号；汽车故障；诊断应用

中图分类号：G712 文献标识码：B 文章编号：1002-7661（2016）16-006-02

现今我国的科学技术以及电子控制技术迅速发展，并将之应用在汽车上，使得现今汽车电子化程度得到提高。但是随着电子技术的快速发展，也造成了汽车故障诊断工作的诸多弊端。汽车故障已经不能够单靠传统的方式进行诊断，目前的诊断设备不能够精确、有效、全面的对汽车故障进行诊断。因此文章针对电子信号在汽车故障诊断中的应用，进行探讨。

一、汽车电子信号的概述

汽车控制机构主要是通过对于电脑的控制，对电子信号进行连接，根据其传感器，对电子信号的特点进行识别。并且依靠电子信号的特点，对不同的执行器进行动作的指挥，保证汽车的正常驾驶。如果电子信号出现不正常情况时，说明汽车出现一定的故障。所以可以对电子信号进行检测，并且通过对电子信号特点进行分析，了解汽车故障原因。一般情况下有以下几种，通过电子信号诊断出的汽车故障。

1、交流电子信号。汽车会产生包括爆震传感器、车速传感器、转角传感器以及磁电式转角传感器等交流电子信号的传感器。

2、直流电信号。汽车会产生节气门位置传感器、燃油温度传感器、发动机温度传感器、蓄电池传感器、进气传感器、废气循环压强、翼板式流量计、位置传感器、热丝式传感器等直流电子信号装置以及传感器。

3、脉宽调制信号。汽车会产生电子点火正时电路、怠速控制装置、初级点火线圈、废气循环控制装置（EGR）、喷油器、电磁阀、涡轮增压等脉宽调制信号的装置和电路。

4、频率调制信号。汽车会产生伏特数字式传感器、数字式空气流量计、霍尔式凸轮轴、曲轴转角传感器、光电式凸轮轴等可以变频率的信号装置以及传感器。

二、汽车电子信号故障诊断的应用

1、分析交流电子信号特点

一辆现代轿车，出现ABS指示灯亮问题。

分析轿车出现故障原因。首先对于轿车轮速传感器进行检查，清除传感器外表的污渍和灰尘，轿车指示灯依旧亮着；其次对轿车轮速传感器信号进行检查，发现轿车电子信号出现异常。

现代轿车的磁电式轮速传感器的正常信号如下图，此类信号是交流电子信号。这类信号波形，在行驶时处于零线对称的上下跳动，其波峰具有相同的幅值，其脉冲的形状和时间也是相同的。轿车的频率会跟随车辆的速度发生变化，车速减少而减少，增加而增加。这种信号通常对其形状、幅值、频率进行分析。

下图是对于现代轿车轮速传感器故障信号的检测。该信号的波峰高低起伏，并不一致，这就说明磁组轮和磁芯碰撞，波峰缓慢说明磁阻已经损坏。更换轮速传感器，会使得轿车故障问题得到解决。

2、分析频率调制信号特点

一辆轿车型号为本田雅阁，在汽车行驶过程中出现发动机熄火问题，汽车无法再启动。

汽车出现故障，因此首先对汽车气缸压力与燃油压力进行检查，检查后燃油压力和气缸压力毫无故障；其次对轿车点火火花进行检查，轿车4个气缸都没有火花，因此得知轿车点火系统出现故障。检测轿车凸轮轴位置传感器、发动机转速传感器、曲轴位置传感器电子信号，最终发现轿车曲轴位置传感器出现故障。

轿车的霍尔式曲轴位置传感器的标准电子信号如下图，此类信号是频率调制信号。在汽车开始行驶时，霍尔式曲轴位置传感器开始产生信号，车速增加而造成脉冲个数增加，但是无论在什么速度下，轿车的占空比都不会改变。这类信号必须分析车速和波形频率是否一致、同步，波形一致与否，波形底部和顶部失脚与否，其占空比变化与否。如果这些问题出现，就说明汽车出现故障。

在汽车出现故障时，轿车没有信号输出，造成轿车发动机熄火。检查轿车的发动机曲轴位置传感器，发现该轿车的导线脱落，需要进行导线的重新安装，并且启动发动机，该轿车故障问题得到解决。

3、分析脉宽调制信号特点

一辆高尔夫轿车，出现发动机熄火，排气管冒黑烟问题。

分析故障现象，原因应当为空燃比过浓。通过对其喷油器控制的电压信号进行检查。

下图是轿车发动机处于1000r/min情况下，喷油器控制电压的标准信号，该类信号是脉宽调制信号。这类信号主要对幅值的要求高，脉冲的形状和时间要求一致，占空比会随着发动机的传感器变化而改变。这类信号特点分析重点是：信号振动与否；占空比变化；冲击电压；振动结束值。

下图是该车的喷油器处于相同转速下检测的控制电压的故障电子信号。该信号的占空比变化不正常，喷油时间大于标准实践，使得轿车喷油量太多，造成空燃比过浓。所以找到空燃比过浓的故障原因。

首先对于该轿车的水温传感器进行检测，没有故障；其次对其空气流量计进行检测，找到空气流量计内污渍、灰尘过多，造成电压输出混乱。在进一步观察，找到故障原因：进线口漏水。对空气流量计进行更换，轿车故障得到解决。

4、分析直流电子信号特点

一辆轿车型号为桑塔纳2000，在轿车行驶中，发动机的转速在3000r/min时，轿车加速效果差，还会出现轿车熄火的情况。

分析故障原因。首先针对火花塞和高压线进行检查，检查火花塞没有烧蚀情况，高压线也没有破损情况；其次检查轿车的燃油压力，而其燃油压力为25kPa，属于正常情况；最后对汽车的节气门位置传感器电子信号进行检测，发现该信号出现异常。

节气门电子信号是在轿车行驶时松开以及踩油门踏板时候的电子信号，应当属于直流电子信号，因此针对该信号，可以进行不同情况的提取，对其电压值进行分析，是否在汽车节气门位置的传感器出现故障。

根据故障时的电子信号，能够得出节气门位置传感器在汽车的某个位置出现故障，也就是说节气门位置传感器到达该位置后不能够精确的传输信号，造成电脑无法对轿车喷油量进行正确、有效的信号发出，导致该轿车在发动机进行转速时，加速不顺畅，出现熄火的问题。因此更换新的节气门位置传感器之后，汽车故障问题得到解决。

结束语：文章通过对电子信号不同类型的介绍，通过其不同特征，对汽车故障原因和位置，尤其是由于传感器特点变化造成故障以及间歇性故障，进行精确、有效、迅速的诊断，使得汽车故障诊断质量和效率很大程度得到提高。

参考文献：

[1] 唐 涛.浅析电子信号在汽车故障诊断中的应用[J].科技致富向导，2014，17：242.

简析电子通信信号的干扰与控制 篇4

一、电子通信信号干扰控制特征简析

由于电子通信采用不同的方式和不同网络来满足各种各样不同的需求, 而干扰控制技术又与网络密不可分, 电子通讯的种类和范围不断发展, 造成了电子干扰与控制的不断发展。电子通信信号的干扰与控制主要特征体现在多维的控制和多层次的控制上, 也就是平常所理解的全方位多层次的控制[1]。车载电子系统的主要特征如下:电路开启比较频繁, 对数据比较敏感, 覆盖的电子信号频率范围比较广泛。自从2006年以后美国开始着手制定关于车载系统标准化的一些规定, 使得车载电子设备有了新的特点:电路的开启不再像以前那么频繁, 人们在不使用车载电子设备时可以让其处于待机或休眠状态而无需关闭它;对数据更加敏感, 新的车载电子系统更加敏感电子信号, 对电子信号的区分度很强, 原来很可能由于区分度不高而漏掉的电子信息, 现在全部能够捕捉到得到;覆盖范围更加广泛, 现在的覆盖范围基本可以达到原来的二倍, 真正实现了大数据的采集, 使用户在车上就能够收集到大量的有用信息。

二、通信干扰与控制的种类简介

2.1.硬件设施的干扰及其控制简介

1、硬件设施干扰因素。一般情况下, 电子通讯信号发生故障无法正常工作时, 首先应该想到的是检查相应的硬件设施有没有损坏[2]。一般硬件设施的问题主要从三个方面来考虑:第一, 发射源的问题, 检查相应的发射信号装置是否损坏。第二, 网络连接介质问题, 这是一个中间连接装置的问题, 如果中间传递信号的环节发生破坏, 信号将无法正常传递。详细的电子通讯的三个环节见图1电子通讯装置图。

2、硬件设施干扰的控制措施。解决硬件设施造成的电子通信信号干扰问题, 一般来说需要逐个排除硬件设施的问题, 首先是接收装置的检查, 这是最容易接触到的地方, 也是最容易发现问题的地方。接下来是中间传输介质的检查, 这个需要借助一定的电子设备, 检查方法也有一定的技术含量。最后一个是发射装置的检查, 这个需要专业的公司和专业的技术人员来检查, 一般人员无法操作。

2.2相关配置产生的干扰及其控制简介

1、配置产生干扰的因素。在实际中, 大部分的电子通信讯号被干扰, 并不是硬件设备的问题, 很多情况下是相关配置的问题。2、相关配置干扰的控制措施。首先判断是不是硬件设施的问题, 一般情况下如果发现借助网线等通讯介质可以获得电子通讯的信号, 而拔掉网线, 凭借无线介质却难以实现对电子信号的获取, 基本可以判定是相关配置干扰的问题。此时一般采用以下两种方法来控制解决:无线终端测试方法, SSID修改法。

三、干扰控制效果的因素分析

3.1周边的其他无线电设备

无线电设备的干扰与控制主要是通过其他无线电设备来实现的, 众所周知, 不同的无线电设备和电子通信信号都会有或多或少的干扰, 所以如果电子通信的干扰与控制项目附近有大量的无线电设备, 干扰控制效果必定会受到影响[3]。

3.2操作人员的技术及从业精神

再好的机器设备也难以全自动化及智能化, 还是会需要相关技术人员的操作和监管, 如果操作人员的技术不熟练甚至手生则可能会造成技术原因导致设备工作效率不高, 进而影响干扰控制效果。当然仅有娴熟的技术还是不够的, 从业人员还需要有一个对工作负责的心态, 只有这样, 他才会全身心的投入到工作中, 认真操控和监管相应设备的工作状态, 使得干扰控制能够取得良好的效果。

四、总结

本文系统的分析了电子通讯信号遭到干扰的各种可能因素以及相应的解决措施, 希望对广大使用电子通讯的人们以及公司和机关提供有用的帮助, 使得电子通讯技术能够更好地造福社会, 服务人类。

参考文献

[1]唐新灿.浅谈电子通讯中接入点的定位规划[J].电脑知识与技术2010 (24) :10-11

[2]陈国先.电子通讯室内信号干扰因素分析及处理[J].湖南工业大学学报, 2011 (03) :5-16

电子信号 篇5

太阳风

太阳风会影响地球上的电子信号的原因

电子信号 篇6

关键词：智能交通信号灯；控制；电子信息技术；应用

中图分类号：U491.54 文献标识码：A 文章编号：1674-7712 （2014） 16-0000-01

随着我国经济的快速发展、人口的不断增长以及交通工具的大爆炸，道路交通系统所承受的压力也越来越大，而电子信息技术在智能交通信号灯控制中的应用，就在一定程度上大大地缓解了道路交通系统承受的压力，推动了我国道路交通系统的不断完善和发展，也在一定程度上促进了我国经济的发展。

一、智能交通信号灯系统

智能交通信号灯系统主要包括交通信号灯系统、将交通信号灯信息以无线方式发射出来的发射装置和设置在机动车辆上的车载接收装置三部分。其中道路交通信号灯作为道路交通信号中的一个重要组成部分，是道路交通系统的十分重要的基本语言。道路交通信号灯主要是由红灯、绿灯、黄灯三部分组成，它们分别有禁止通行、允许通行和警示三种含义。道路交通信号灯又可以分为：机动和非机动车信号灯、人行横道和车道信号灯、方向指示信号灯等。

道路交通信号灯的产生是为了保证道路交通的安全和通畅，加强道路交通的管理，减少交通事故的发生，提高道路的使用率，改善交通状况。道路交通信号灯适用于人流和车流量较大的十字路口和丁字路口等，由道路交通信号控制机来控制，指导车辆和行人安全有序地通行，而車载接收装置又包括接收单元、控制单元、语音单元以及显示单元四部分。这四部分之间相互联系，密不可分。

当智能信号灯系统工作时，发射装置会读取交通信号灯中所显示的内容并以较小的功率以无线的方式发送出去，然后再由车载接收装置进行接收，然后接收单元将接收到的无线信号传递给控制单元，由控制单元对信号进行解码，解码结束后，控制单元会将解码出的交通信号通过语音单元发声或通过显示单元显示出来。

二、电子信息技术在智能交通信号灯控制中的应用

道路交通信号灯控制系统是一个集各种电子信息技术为一体的智能化交通信号灯控制系统，它随着科技的发展而产生并大量使用。智能交通信号灯控制系统具有智能化、最优化和集成化的特点。本文简要介绍PLC技术和模糊控制在智能交通信号灯中的应用。

（一）PLC技术在智能交通信号灯中的应用

PLC全称为可编程逻辑控制器，它融合了自动控制技术、计算机信息技术和通行技术，具有适应性强、通信能力强、可靠性强和结构模块化等特点。PLC作为一种新型的电子数字计算系统，可以与工业类的控制系统相联系，方便控制和调节模拟量。当PLC技术应用到智能交通信号灯系统中时，PLC能够依据计数器指令设定的计数器对控制信号状态的变更次数进行详细的计算，从而完成对该计算过程的控制。

倘若PLC采用现代的通讯技术可以实现远程的信号控制和数台的PLC实现同位连接，而且可以构成更为复杂的联系网络，保证了智能交通信号灯控制系统的透明性。而且当电子计算机与PLC技术相互连接时，计算机作为系统的上机位，下边可以同位连接多台PLC，实现智能交通信号灯系统“管理集中，控制分散”的特点。

PLC技术可以保证智能交通信号灯系统的可靠性和自我的诊断能力，可以及时的诊断出智能交通信号灯系统中存在的任何故障，并及时保护现场，防止现场遭到破坏，保证智能交通信号灯系统能够正常的运行和工作。而且PLC技术的应用也使智能交通信号灯系统具有很强的抗干扰能力，可以应付各种恶劣环境。

（二）模糊控制在智能交通信号灯中的应用

交通系统是一个十分复杂的体系，它具有随机性、很强的不确定性和非线性的特点，所以倘若在其中建立数学模型是十分困难的。但是，模糊控制技术是一种具有规则性的控制方法，所以不需要建立精确的数学模型。也正是因为这个原因，模糊控制技术越来越受到人们的关注。在模糊控制中，输入量一般选取道路路口的排队长度、车辆密度等，输出量则较为单一，一般选取道路路口的绿灯延时或是绿信比。

模糊控制具有一个十分独特的优点，那就是可以使计算机模拟人的真实直觉，当信息不准确时也可以做出准确的决定。将模糊控制应用到智能交通信号灯系统中时，可以自动的依据具体的交叉方向和双向的车流量进行综合的分析、控制，从而最大程度上对道路路口的车流、人流进行组织，提高道路的通车效率。

智能交通信号灯控制系统的提出充分的解决了现代工业发展存在的各种问题，尤其是工业系统的高性能、复杂性以及不确定性。而且，智能交通信号灯控制系统可以处理复合型信息和各种符号性、不定量性和模糊性信息。智能交通信号灯控制系统可以完全的实现无人操作和自动化，可以无障碍的处理任何的交通疏散问题，缓解各种交通问题，优化交通系统。

三、结束语

电子信息技术在智能交通信号灯中的应用在一定程度上大大地缓解了交通运输的压力，维持了交通秩序，提高了道路路口的车辆通行量和通行的效率；另外，电子信息技术在智能交通信号灯中的应用也在一定程度上减少了道路路口硬件设施的成本费用，提高了道路秩序维持的灵活性以及对各种现代设备的抗干扰能力。

参考文献：

[1]方翊.电子信息技术在智能交通信号灯控制中的应用[J].机电信息，2010（12）：52-54.

[2]张健.基于Zig Bee无线网络技术在智能交通信号灯控制中的应用[J].铜陵学院学报，2013（02）：103-106.

[3]罗金玲.云控制器在智能交通信号灯控制中的应用研究[J].计算机测量与控制，2011（04）：842-844.

[4]叶尔江·哈力木，曼苏乐，张秀彬.交通信号灯智能控制算法研究[J].微型电脑应用，2012（06）：42-44.

[5]欧海涛，张文渊，张卫东.城市交通控制研究的新发展[J].信息与控制，2000（05）：441-453.

电子信号 篇7

武器装备模拟器的研究应用范围已经从传统的操作训练扩展到维修训练和装备教学，虚拟维修受到普遍重视。从国内外的研究成果看，对虚拟维修的研究集中在维修过程中如何应用VR技术解决装备的虚拟装配，拆卸等机械问题[1,2,3,4,5]。

但是，随着武器装备技术含量的飞速提升，电子部件大量使用，电子装备的故障诊断、故障排除成为虚拟维修中新的研究方向。仿真技术在渗透于武器装备全生命周期的同时，也逐渐涵盖装备的各种物理属性。VR技术解决的只是故障现象，维修动作，维修环境和机械结构等问题，远没有触及电气故障机理的实质。

电子装备的虚拟维修研究起步较晚，目前还没有成熟的建模方法。本文将在文献[6]的基础上进一步研究，讨论一种应用于电子装备模拟器的，可兼顾战斗操作训练和技术维修训练的机理建模方法。

1 机理模型概述

装备机理模型是对装备动力、机械、电气等方面特性的描述，是模拟器的核心。机理模型仿真装备机理，并为外观模型提供可靠的数据支撑。

利用模拟器进行操作训练时，机理模型描述确定的逻辑;而故障的多样性导致故障机理模型在逻辑上、细节等级上具有不确定性，维修训练对机理模型在建模方法、设计模式、软件实现等多个方面提出了更高的要求。

对电子装备模拟器而言，装备现象的仿真，故障的模拟等，都要求机理模型不仅提供外观模型所需的数据，还要提供装备内部各模块、各板卡在正常情况和故障情况下的信号、数据。

2 两种常用机理建模方法简介

电子装备机理建模常用方法大体可以归结为两类：基于VP(虚拟样机，Virtual Prototype)建模[7]，基于浅层专家知识[8]建模。

2.1 基于VP建模

基于VP的建模方法即按照装备电路图，用虚拟的电阻，电容，芯片等直接仿真电路，计算相关信号。这类模型与装备严格对应，可以最大限度地仿真真实装备。

实际开发中，一些特殊模块(如可编程器件，高频电路)的建模和完整电路的实时计算等都给开发带来巨大困难。

2.2 基于浅层专家知识建模

专家系统的知识，一般可以分为两类：浅层知识(Shallow Knowledge)和深层知识(Deep Knowledge)。浅层知识就是领域专家的知识总结，主要是一些表示征兆、规则、故障等直接相联系的启发式的经验知识。深层知识是武器系统的结构功能的描述知识，包括了系统的结构层次、模块之间的耦合关系、信号流程以及工作原理等[9]。

可以通过专家系统，推理浅层专家知识建立装备机理模型。这种建模方法直接描述装备对输入激励在功能和现象上的响应情况，完全屏蔽装备内部的电气关系，用专家知识描述相应的系统状态。

通过对知识库查询产生输出数据，不具有智能判断功能，难以推理知识之外的信息。模型功能单一，知识库不易扩展，对模型的维护比较麻烦。

2.3 两种机理建模方法比较

上述两种建模方法比较见表1。

两种建模方法的根本区别在于建立的机理模型分辨率不同。其中基于VP建立的模型分辨率最高，建模过程中需要大量的原始资料，这种方法更适用于装备研发阶段的论证和试验;基于浅层专家知识建立的模型分辨率低，在面对大型复杂装备时显得力不从心。

从器件级别对装备进行仿真往往没有必要或者不可行，而基于浅层专家知识建模有时不能对装备进行完备描述。希望找到一种方法，建模过程简单，模型维护方便，信息量大，能满足模拟器需求。根据模块化建模思想，本文提出了基于信号流程的机理建模方法，并在一定程度上统一以上两种方法。

3 基于信号流程的机理建模方法

在面向电子装备操作、维修的仿真领域里，基于信号流程的机理建模方法是以信号流程为建模出发点，按照模块化建模的思想，分解装备，提取装备信号流程图，分别对子系统建立子模型，最终将子模型拼合为完整装备的机理模型的方法。

这类机理模型建立在以相关学科知识为背景的大规模计算上，其核心功能是分析、处理装备电路的各种电气信号。

3.1 模块化建模思想[10,11]

模块化建模思想是解决对复杂大系统仿真问题的有效工具。模块化建模建立在系统的可分解性和良好的分解用途上，认为系统是由子系统组成的，而子系统又可以分解为更原始的子系统。对系统建模过程实际是将系统进行分解，对子系统建模(建立子模型)，最后把所有子模型拼合的过程。模块化建模属于分解结构水平的建模方法。

3.2 基本建模步骤

基于信号流程建立机理模型的过程分为以下几步：装备分解，模块划分;提取信号流程图;建立子模型;建立完整机理模型。为了保证模型质量，在各步骤里，对模型的VVA应当贯穿建模始终。

3.2.1 装备分解，模块划分

分解装备、划分模块工作应当也必须由装备专家完成。模块的划分要遵循以下原则：

(1)以装备的物理构成为出发点，划分的模块要具备相对完整的功能、特性。

(2)充分考虑训练过程中的测试，拆装等情况，划分的模块要满足这些实际需求。

(3)划分的模块应便于描述，尽量不对CPU等编程逻辑器件单独建模。

(4)没有必要将装备完全分解到器件级，在满足前三个条件的前提下，模块划分越“粗”越好。

除以上4条模块划分的原则之外，模块的层次结构，模块的数学独立性[10]等等也是考虑因素。结合装备教学，维修、操作使用，综合考虑上述原则，由装备专家确定最终的模块划分方案。

3.2.2 提取信号流程图

信号流程图是由专业领域人员根据装备分解情况总结出来的功能框图。将复杂的装备电路图抽象为相对简单的信号流程图，装备的各种信号在各模块之间“流动”。信号流程图建立在相关的一系列规范上，最终的形式不单是一张框图，还包括相关的解释说明和数据资料。

3.2.3 建立子模型

提取信号流程图后，分别对各个模块建立各自的子模型。子模型由6种基本元素组成，处理输入信号，输出信号和控制信号，这6种基本元素是：

信号线：带有箭头的直线或折线，箭头表示信号传递方向，线上可以标记信号的名称。其属性α说明该信号的某种属性的值，如电压值、电流值等。

方框：代表某一功能模块，对应的实体范围可以调整，方框描述模块功能。F表示方框对信号的具体处理方法。

引出点：表示信号引出的位置，用表示，其属性β说明引出点派生的信号与源信号的关系，β是一个维数2的向量。

反馈点：表示对两个以上的信号进行运算，用⊗表示，其属性γ为1或-1，说明在反馈点需进行的计算。

模型时间：表示模型时间信息，记为T。

模型运行控制函数：控制模型的仿真运行，用虚线框表示，记为C。

信号在信号线的指引下从一个方框到另一个方框，表示信号在装备功能模块之间流动;遇到反馈点时，信号进行相应的计算;遇到引出点时，派生出相应的信号;当信号输入到一个方框之后，根据方框的描述进行运算得到输出信号。模型运行控制函数一般与模型时间相关，在后台运行，控制模型的状态，该函数主要在实时在线仿真中起作用。

图1中，a1为反馈点，a2为引出点(假设该子模型仅有一个反馈点和一个引出点)，S00,S01,…,S0n为输入信号，S20,S21,…,S2m为输出信号，S10,S11,…,S1c为控制信号。方框中F的表示某模块的功能。不考虑时间影响，可以得到以下几个公式：

式中：Sin=[S′00S01S0n];Scon=[S10S11S1c];Sout=[S′20S21S2m]。

子模型与装备模块严格对应，信号线对应装备中的实际信号，模型综合反映装备的输入、输出和装备内部的信号关系，实现了机理模型最基本的数据解算功能。其表现的重点在于各个信号，但是建模的难点却在于对方框功能即F的描述。根据F描述方法的不同，可以分为两类：

(1)数据解算。如果对于模块输入和输出信号的关系有明确的了解，可以将F描述为明确的数学算式。F可以有很多表达形式，如频域传递函数G(s)，时域函数f(t)，也可以是逻辑关系式if…then，还可以是某些子模型的组合。

(2)数据查询。一些模块的数学关系、逻辑关系很难表达，借助于专家知识对其输入输出进行列举也可以达到描述信号的目的。

不论解算还是查询，都存在建模精度的问题。系统仿真模拟的重点不同，即使同一环节的建模精度也会发生变化。

3.2.4 建立完整机理模型

建立机理模型不是将子模型简单组装，拼合后的模型必须有统一的访问接口，按照统一的方式进行模型时间管理。模型由数据传输层和机理实现层组成，其结构如图2所示。

(1）数据传输层

数据传输层完成以下功能：

数据输入：将要解算的数据输入机理模型。

数据输出：将机理模型解算出的数据输出。

时间信息输入：将仿真系统时间信息传递给机理模型。

模型参数设置：设置模型的仿真参数，运行方式，控制模型类型等信息，根据训练需求在不同分辨率上动态切换模型。

模型数据传输层的设计与实现往往与具体应用的软件硬件环境相关，但不失一般性，要求这些接口有较高的传输效率，对模型外部空间提供方便可靠的访问方式，模型内部接口间减少耦合。

(2）机理实现层

机理实现层是机理模型的核心，仿真处理装备中的各种信号，并协调模型时间，由数据处理和时间管理两个模块组成。

(1)数据处理。依照信号流程图，根据实际物理关系将各模块的子模型组装，即得到机理实现层数据处理模块，用以处理数据，在数值上仿真装备。

(2)时间管理。模拟器中有多个时间概念，主要包括自然时间RT(Real Time)，仿真时间ST(Simulation Time)，模型时间MT(Model Time)，子模型时间SMT(Sub-Model Time)等，显然MT决定于各个SMT。

模拟器作为典型的实时仿真系统，RT与ST保持一致[12]，模型时间管理模块控制各个SMT的同步以及MT与ST的同步。

ST通过数据传输层的时间信息输入通道传递给模型。SMT有两种产生机制，其一，直接将ST作为SMT，如图3所示;其二，由独立时钟提供SMT，如图4所示。

两种机制下，各SMT的来源均一致，即实现子模型的同步推进。

同时，ST输入至时间管理模块。在第一种机制下，模型受外部时间控制，可直接实现MT与ST的同步，时间管理模块只起辅助作用，例如协调时间误差等等;在第二种机制下，时间模块调用子模型的运行控制函数，并控制时钟使MT与ST同步。显然在第二种机制下，要求机理模型在不受约束的情况下，其本身的运行速度快于仿真系统，即MT或SMT的推进要快于ST。

3.3 多分辨率建模

高分辨率的机理模型，不一定会明显提高仿真效果，对系统性能却提出苛刻的要求。可以采用动态聚合解聚法实现机理模型在不同分辨率上的切换，达成仿真效果与计算成本的最佳组合，其间必然产生模型状态的维持、传递问题，需要维护不同分辨率下模型的状态一致性[13]。对于无记忆实体，状态一致性维护通过静态的状态映射函数实现;而实际装备大量使用储能元件，其机理模型的状态与过去的状态有关，实体功能描述F为时间T的函数F(T)，此时动态的状态映射函数的实现比较麻烦，需要进一步研究。当然模型状态一致性的维护应当是在一定误差范围内进行。

4 模型应用

在实际装备维修中，一般是经过“跑电路”，通过对关键信号的测量最终将故障定位到电路板或功能模块，这为基于信号流程建立故障模型提供了可能条件。

根据故障情况下装备功能模块的信号流程图和故障逻辑重写正常机理模型的功能表达式、专家知识数据库，或者扩展出故障相关的信号，用更高分辨率的模型描述故障，模拟故障状态下相关电气信号。

其中：F1为故障功能描述;Sin,Scon的定义如式(4);Sx代表新扩展出来的信号。

正常装备因某些模块出现故障成为故障装备，正常模型与故障模型的区别也在于某些模块的描述上。两种模型不存在建模方法的根本差异，但具体的模型分辨率和模块输入输出关系描述不尽相同。

此类故障模型既可以为外观模型再现故障现象提供数据，又能满足维修训练中对故障相关部分的虚拟测试要求。故障建模时，需要首先考虑故障信号的选取。

此外，基于信号流程建立的机理模型在装备教学方面也有很好的应用，可以脱离实际装备的限制，在电脑上向学员全方位展示装备的整体性能，各个模块的功能和关键信号的转化。

5 基于信号流程建模的总结

实际上，本文构建了一个三级分辨率的机理建模体系：基于VP、基于信号流程和基于浅层专家知识的建模方法，其建模分辨率依次降低。基于VP和基于浅层专家知识建模方法可以归结为基于信号流程建模方法在不同分辨率下的两个特例：完全按照电路图建模时，装备的功能模块细化为具体的元器件，实际上就是基于VP建模，建立的机理模型分辨率最高;把整个装备看作一个大的“功能模块”，

用浅层专家知识描述模块的输入输出情况，此时即相当于基于浅层专家知识建模，此类机理模型分辨率最低。

从另一个角度看，基于信号流程的建模的方法仍以专家知识为基础，不论是装备的模块化分解，模块功能的描述还是故障模型的建立等，都必需依靠深层专家知识完成，可以认为是一种基于深层专家知识的专家系统机理建模方法，将专家系统的推理机，知识库都融合到了子模型的结构、关联中。

基于信号流程的建模方法在一定程度上统一了装备正常机理模型和故障模型，易于扩展，描述能力较强。模型分辨率切换灵活，综合考虑系统性能和任务需求，可以以最适当的分辨率描述对象，比较适合于当前模拟器研发需求。

实现机理模型时，可以直接编写代码，也可以借助建模仿真工具完成。典型的CAD软件如Matlab/Simulink，支持利用Simulink模型库中丰富的功能模块和自定义模块，以图形化的形式直观地表示装备电路的信号连接关系。可以极大地降低开发工作量，有利于模型的维护和扩展。

本文只是对基于信号流程机理建模方法的初步讨论，其中信号流程图的抽象原则，机理模型建模规范，故障模型的扩展，模型的VVA，模型的共享重用等问题还有待完善。

摘要：针对面向电子装备战斗操作训练和技术维修训练的模拟器,研究机理模型建模问题。首先总结了当前主要的建模方法,进而根据模块化思想,提出了基于信号流程建立电子装备的机理模型,共分为装备分解,提取信号流程图、建立子模型、建立完整机理模型等四个步骤。阐明了建模过程,重点介绍了如何构建子模型和完整模型。讨论了模型的时间管理机制,多分辨率建模等问题,分析了该方法在故障建模中的应用,并提出了一个三级分辨率的机理模型体系。该方法的创新点包括:通过调整模型分辨率,可以兼容其他主要建模方法;同时能有效解决故障装备机理建模的问题。分析表明,该方法&nbsp;可以满足当前模拟器在各个层次上对机理模型的需求。

电子设备感应信号端口设计与应用 篇8

1 电子感应系统

电子设备是指由集成电路、晶体管、电子管等电子元器件组成, 主要接住的电子技术软件呈现不同的应用功能。现阶段, 电子设备及感应系统应用范围广泛, 例如:电子计算机以及由电子计算机控制的机器人、数控或程控系统等, 这些都体现了电子感应系统的功能价值。随着工业化技术快速发展, 电子感应系统应用领域更加广泛, 电子设备信号端口功能也体现了多方面作用, 设计符合电子设备感应需求的系统平台, 对设备控制与使用至关重要。

2 电子感应信号端口设计

当前, 电子感应系统已经成为工业自动化核心, 利用感应平台完成各项数据传输, 体现了感应技术的功能特性。“信号端口”是电子感应设备的主控元件, 设置端口能够对电子信号执行一体化控制, 从收集、处理、控制等流程完成控制目标。

笔者认为, 设计感应信号端口必须具备传感器、控制器、存储器等构件, 具体如下:

2.1 传感器

传感器是接收信号或刺激并反应的器件, 能将待测物理量或化学量转换成相应的输出端口, 促使电子信号传送平台稳步运行。电子感应信号端口设计中, 可选用光纤传感器为控制中心, 如图1, 这类传感器具有强大的数字功能, 自动完成电子设备信号收集与分类工作。

2.2 控制器

设计控制模块是对原始信号的综合处理, 主要设计控制装置、检测装置、处理装置等多个平台。技术人员设计电子信号端口中, 控制器可自主被测量的信息, 并能将检测感受到的电子信号进行控制, 如:按一定规律变换成为电信号, 或转变为与信号相配套的信息输出模式, 提升了电子设备的控制效率。

2.3 存储器

电子设备在各个行业中普及应用, 对电子感应信号设计存储模块, 可实时收录相关数据, 为电子感应系统改良提供依据。现有存储器中, 信号端口设计需包括信号的传输、处理、存储、显示、记录、控制等操作。未来, 电子感应信号端口将设置智能感应系统, 减小了人工观测信号的难度。

3 感应信号端口应用模式

传统工业领域生产技术落后, 产业结构及生产效益达不到预期标准, 阻碍了工业经济发展步伐。基于电子感应系统平台下, 可充分利用信号端口操控性能, 实现信号传输与控制一体化流程。从现实应用角度考虑, 本次从工业设备、通信设备、综合设备等方面, 对电子信号端口应用模式进行介绍, 体现电子设备信号端口的应用价值。具体如下:

3.1 工业设备

我国工业经济快速发展趋势下, 工业设备自动化是行业必然趋势, 利用高端设备辅助人工生产与控制, 显著提升了电子设备的可操控性能。工业领域应用电子传感器执行控制, 如:生产工艺控制、机械设备控制等, 温度、液位、压力、流量等各种测量工艺变量。

3.2 通信设备

通信传输是信号传递的新方式, 在通信领域是尤为关键的信号元素。设计感应端口对信号控制器操作具有辅助作用, 如图2, 满足远距离、超远距离的信号操控要求。比如:应用于集团电话和无绳电话的超声波感应器、用于磁存储介质的磁场感应器等都将出现强势增长。

3.3 综合设备

对于大规模生产控制区域, 电子感应信号设备功能更具智能性, 充分体现了信号端口的功能优势。综合设备是对各种信号端口的一体化应用, 在医疗、环保、气象等领域应用专业电子设备为主控中心, 这些都奠定了综合设备的端口控制功能, 为端口设计与控制创造了技术化平台。

4 结论

总之, 电子设备是现代工业控制不可缺少的装置, 设定电子感应系统可辅助生产自动化操作。为了摆脱传统信号控制存在的不足, 应按照信号端口平台要求提供可行性方案。信号端口设计与电子感应器功能密切相关, 可设定以传感器、控制器、存储器等为平台的端口操控模式。

参考文献

[1]周宝龙, 岳继光, 萧蕴诗.基于CAN控制器的对等式单片机多机系统的通信[J].电子技术应用, 2001.

[2]王晶晶, 徐国卿, 王麾.基于DSP的两种SVPWM技术实现方案研究[J].电工技术杂志, 2003.

电子经纬仪光电信号处理技术研究 篇9

采用20″细分法提高测量精度,该法对模拟信号要求不高,能长时间保证精度范围不受影响;硬件实现简单;使用效果突出,完全没有转速限制.

1 系统设计原理

电子经纬仪的光电系统主要包括模拟角度测量系统和数字角度测量系统.电子经纬仪开机后,转动光栅盘,待垂直光栅过零后,系统进入工作状态.模拟信号处理电路将4个模拟角度测量装置(水平方向2个,垂直方向2个)产生的8路正余弦信号(每个模拟角度测量装置分别产生2路正弦余弦信号)采样进行整形得到计数脉冲,然后送入FPGA进行硬件辨向和计数,接着将计数值送入微处理器.同时,也将正余弦信号送入微处理器中,作A/D转换、软件细分和补偿运算处理.最后结果和FPGA的计数值加起来,经制式变换等获得终点处角位移量,并送到显示器显示,或存储于存储器中.研究了基于FPGA的硬件辨向计数的实现和软件细分的实现过程[2],分析了软件细分误差等关键技术.

由于圆光栅盘全圆周共刻有16200条刻线,所以,光栅每相对移动1条刻线,正余弦信号移动1个周期,即代表角度移动了80″.对模拟角度测量系统输出的2路信号进行波形变换,形成与此正余弦信号一致的周期性的脉冲信号.对此2路正余弦信号上下边沿进行微分相加,得到1组微分脉冲,该微分脉冲每20″出现1次.结合辨向信号计算所测信号20″整周期的个数:辨向信号为高,即正转时出现一个微分脉冲计数值加1;反之辨向信号为低,即反转时出现1个微分脉冲则计数值减1.计数器的计数范围设在0～64799中.一个微分脉冲代表20″,第64800个脉冲代表所测角度到了360°,也就是0°,所以计数器归零.垂直信号计数器是用零位脉冲信号异步清零,水平信号计数器则用单片机给的清零信号异步清零.

对光栅读数头输出的信号进行放大整形时,由于各路信号的幅度范围均不相同,直流电压也不同,用相同的比较电压与各路信号作比较,得到的方波的占空比不是1:1,这对用来计数的微分脉冲有影响,而单片机中不足20″的秒数值的计算则不然,所以实际计算时,20″整周期的个数的计数值要对照归一化后的正余弦数值所确定的采样点所在区间号作20″的加减修正处理.对于不足20″的角度部分采用的是一种新型的数字细分技术来处理的.

2 辨向计数的实现

20″整周期的个数需要用硬件计数以达到转速的要求,为防止软件计数中丢数的现象出现,采用Altera公司Cyclone系列EP1C3T144型号的FPGA来实现硬件计数、辨向、控制按键处理、补偿初处理等的功能(见图1).该芯片是I/O电压为3.3 V,采用TPFQ封装,支持JTAG和AS下载模式,共有2910逻辑单元,59904RAM bits,1个PLLs,最多有104个用户I/O.上电时由控制电路控制将SPROM中的配置数据装载入FPGA器件中.系统采用的SPROM为EPCS1.

FPGA工作的时钟信号由外部的一个有源晶振提供,用计数器和比较器共同组成分频器对由有源晶振产生的8 MHz的信号进行分频,分别产生2 MHz、490 Hz、15 Hz的3种频率的方波,得到2 MHz的时钟信号给FPGA中各单元.一个圆周360°分为64800个20″.若测量镜头1 s转一周则整周期的个数1 s内出现64800个,频率远低于2 MHz.所以这个时钟完全可以满足设计需要,避免对整周期的个数计数时,发生丢数的现象.而另外490 Hz分频时钟是给按键去噪声电路的,15 Hz的分频时钟则是提供给补偿器的选择控制信号.

3 电源开关单元

电子经纬仪一般应用于野外测量,因此要求电源功耗低、体积小.因为产生莫尔条纹信号的光源是由直流电源电路供电的,所以电源的稳定与否直接影响信号的细分和读数精度.同时运放和比较器等也是由该稳压电源提供,因此必须进行系统电源的优化设计.本系统采用4节1.5 V电池供电,即输入电压最大为6 V.整个系统需要多组电源,数字和模拟的电源总共需要6组:数字电源5、3.3 、1.8、1.5 V;模拟电源3.3、1.8 V.

电压转换设计好后,还须设计电源开关控制电路.液晶显示器有6个操作按键,其中POWER是电源开关,另外5个功能控制键根据对应的第一功能分别记作:0SET、R/L、HOLD、FUNC、ANG%.系统开机后,由0SET、R/L、HOLD、FUNC、ANG% 5个按键进行控制,每个按键还有第二功能.根据设计需要,开机时应长按POWER按键电源才对系统供电,实际设计用89C2051单片机做电源开关控制,因为该单片机价钱低廉,在不增加成本的情况下,可利用其内设计数器对POWER按键的有效状态进行计数,一定时间后可使电源导通[3,4].

4 软件细分的实现

系统选择了PHILIPS ARM7系列LPC2214单片机.其体积小、功耗低、多功能、方便快捷,内部带A/D转换,I/O口多.LPC2214带有256 KB嵌入的高速片内Flash存储器、多个32位定时器、8路10位ADC以及9个外部中断.

89C2051单片机的任务主要就是提供按键信号和开机模式代码给单片机LPC2214.系统根据89C2051送来的开机模式的代码,开始运行相应开机模式的程序.电子经纬仪有5种开机模式,系统开机后,LPC2214开始运行程序.由0SET、R/L、HOLD、FUNC、ANG% 5个按键进行控制,每个开机模式的程序都有各自的取指令子程序,因而每个模式都能完成其自身的功能.

在正常测量角度的时候,当所有数值都采集完时,就要进行最重要的工作,即对数值进行细分处理,最后算出角度值.所有其他工作都是建立在这一步处理的基础上,而这一步的处理也最为复杂,所以角度计算子程序是软件设计的关键(见图2).

具体角度测量值可由表示为:θ=20″N+θ′s-θs.其中,N为微分脉冲数(整数);θ′s为终点处不足20″的小数;θs为起点处不足20″的小数;θ′s、θs要经过细分才能求出.

采用模拟角度测量系统输出的sinθ和cosθ进行A/D转换,变换为数字信号,然后,用软件编程的方法,利用sinθ和cosθ数字量构建新的函数的数字量u=|sinθ|-|cosθ|,并利用此新函数在软件上做细分.

每次A/D采样后存在A/D寄存器中的采样值,要先经归一化处理转换成各自的正余弦数,即-1～1间的数值.由于8路信号的幅度范围均不相同,直流分量也不相同,在有限的电路板面积的条件下,设计同时采集各路信号的最大值和最小值,再算出各自的直流电平,接下来才作归一化处理,这样就可以避免归一化误差的出现.

最后计算角度值的时候,实际计算时区间号以小秒数的区间号为准,要对照小秒数计算出的区间号对角度值作20″的加减修正处理.

最终显示的水平和垂直角度值不能有负值、超过360°或是跳数的情况出现.由于FPGA的计数器设置数值范围和系统工作原理决定了单组角度数据是不会超过360°的.关键是在角度为零附近时,如果水平和垂直的2组信号的零位不完全对齐,即位置不是精确相差180°时,则计算出来的秒制角度值在零位时用简单的相加求平均会出现180°的严重错误.因此在算法中要设法避免这种情况的出现.设计用第1组和第2组秒数角度值的差来做判断,只要两者差大于10″,最终角度值用2组角度值减360°再作平均.但这样处理的最终角度值会出现小于0°的情况,所以最终角度值一旦出现负值就要加360°.

经过这些计算处理,可以得到十分精确的水平和垂直角度值,但还没有考虑到仪器自身的垂直轴的垂直问题会给垂直角度带来很大的误差,所以系统用电子水泡补偿器作补偿.

5 系统细分误差分析

电子经纬仪作为一种高精度的测角仪器,整个系统的工作,会有各种误差对使用精度产生影响.由于使用时外界误差不可避免,而在设计的误差范围中,对于在使用时外界带来的误差已包括在内.因此,在此仅就读数系统细分误差进行分析.从数学角度来看新构建的准三角函数U

U=|sinθ|-|cosθ|

为了考察U,先对正余弦函数的绝对值进行傅里叶变换,将其在区间(-π,π)展开,展开式为

为了考察新构函数U的线性好坏,把它与1个三角波进行比较.该三角波函数幅值为π/3,周期为π,它的数学表达式为

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该三角函数在(-π/2,π/2)区间内的傅里叶展开式为

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如果把U和U′在区间(-π/2,π/2)内之差记为△U,则△U的大小为

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U的最大值不大于3%.在区间(-π/2,π/2)内用函数U来代替三角波是一个较好的方案.

6 结 论

通过对电子经纬仪的硬件辨向计数和软件细分原理的研究,对软件细分的误差进行了分析.在硬件系统上结合软件编程进行在线调试,实现了5种操作模式下的各种功能,最终系统达到了2″的测量精度,1″的读数精度.

参考文献

[1]许志强.具有优良价格比的DJD2电子经纬仪[J].北光通讯,1998,21(1):36-42.

[2]李怀琼.新型光栅信号数字细分技术及其误差分析[J].电子测量与仪器学报,2001,15(3):71-75.

[3]何立民.MCS-51系列单片机应用系统设计:系统配置与接口技术[M].北京:北京航空航天大学出版社,2001:1-10.

天基电子侦测中的阵列信号处理技术 篇10

利用卫星在外层空间进行电子侦察已经成为获取技术情报和信息情报的重要手段, 其发展趋势包括:提高天线灵敏度;增强星上信息处理能力;具有完成综合型多任务的能力;低轨道小卫星星座组网工作等等。为了提高信息的时效性, 地面信息处理功能正逐步向星上转移, 随着大规模集成电路和微处理技术的发展和应用, 星上终端设备将担负起愈来愈多的信息处理任务, 这给未来战场上实时或准实时使用卫星信息打下基础。

美国和俄罗斯高度重视空间电子对抗技术的发展, 均拥有数量庞大的电子侦察卫星。美国的“军号”卫星吸收了当今军用航天系统中最先进的电子技术和数传技术, 配备了极高频中继系统, 装有复杂而精细的宽频带相控阵窃听天线, 可同时监听多个地面信号源;“大酒瓶”电子侦察卫星位于同步轨道, 具有很强的星上处理能力, 能在全球范围内向美军指挥官提供信息。俄罗斯目前在轨的第4代电子侦察卫星由4颗卫星组网工作, 能截获多种通信信号和电子信号, 并完成辐射源定位。

对天基电子侦测设备而言, 新形势、新要求既是挑战, 更是机遇, 加快开发基于阵列天线和阵列信号处理技术的电子侦察卫星, 可望提升我国天基平台的信息获取能力, 为军事决策和战场指挥提供准确、快速的情报支持。

1 天基电子侦测中的阵列信号处理技术

1.1星载高增益宽波束阵列天线设计技术

针对太空环境的特殊性和天基电子侦测设备的需求, 设计天线阵列时不仅要考虑原材料的环境适应性、火箭发射过程的载荷要求, 还必须保证在轨工作时的信号接收能力, 宜设计宽频带、高增益、小型化的天线阵列, 主要包括天线单元设计和组阵方式2个方面的内容。

天线阵列的设计与覆盖区域、侦测灵敏度等要求有关, 其几何结构形式还是决定测向、数字波束形成性能指标的重要因素。如果单个天线无法满足信号侦察要求的接收增益, 就必须采用天线阵列形成特定指向的高增益波束。卫星平台可供布置天线阵列的空间十分有限, 必须根据卫星的外形特点设计阵列形式, 在可实现性和技术指标之间取得合理的折衷, 可供参考的天线阵列组阵方式见图1。

1.2侦察链路分析

天基电子设备侦察链路的显著特点之一是电波传播路径非常长, 传输损耗极大。譬如, 静止卫星与地球表面的距离大约40, 000 km, 当工作频率为6 GHz时, 自由空间传播损耗超过200 dB;轨道高度等于5, 000 km的中轨卫星工作于2.5 GHz时, 自由空间传播损耗175 dB左右。可以看出, 星载侦察设备接收到的信号强度很小, 因此噪声影响是侦察链路设计中非常重要的问题, 应尽可能降低接收系统的噪声, 使信号与噪声的功率比满足技术指标要求又不显著增加成本及设备复杂性。

接收设备输入端信号载波功率与噪声功率之比 (简称载噪比—C/N) 是决定侦测性能的重要因素。对于模拟信号, C/N决定了设备输出端信号功率与噪声功率之比 (信噪比—SNR) , 对于数字信号, C/N决定了设备输出端信号的误比特率。载噪比的大小与发射端的发射功率和天线增益、信号传输过程中引入的各种损耗和噪声、传输过程受到的干扰、接收系统的天线增益和噪声性能等因素有关, 根据信号传输参数对接收设备进行优化设计和选择, 可参照式 (1) 。

EIRP=Eb/n0-Gr+Lf+L+M+10lg (kTsB) +10lg (R/B) , (1)

式中, EIRP是发射机的有效全向辐射功率;Eb/n0是接收的每位信息能量与噪声密度之比;Gr是星载天线阵列的接收增益;Lf是自由空间传播损耗;L是传播过程中的其他损耗;M是链路余量;k是波尔兹曼常数, k=1.38×10-23 J/K;Ts是系统噪声温度;B是接收机噪声带宽;R是数据速率。

(1) 接收信号的功率

天基电子侦测设备中, 常用EIRP表示地面发射机的发射能力, 它等于天线发射功率加上天线增益, 再减去馈线损耗, 以dB为单位时按照式 (2) 计算。

EIRP=PT+GT-LF。 (2)

(2) 传输损耗

电波在传输过程的损耗包括自由空间传播损耗、大气损耗、折射影响、天线方向误差损耗、极化误差损耗, 此外还应为多径衰落留出适当余量, 提高可靠性。

(3) 噪声与干扰

星载侦察天线接收目标信号的同时, 还接收到大量噪声, 其中, 天线噪声指周围环境辐射噪声与天线本身热噪声之和;天线与接收机之间的馈线也会附加一些热噪声;接收机的放大器、变频器产生热噪声、散弹噪声, 线路电阻引起热噪声;后端的解调器也会产生噪声, 但由于对整个接收设备的噪声贡献不大, 一般可以认为它是理想的, 或者把这部分噪声归算到接收机而认为解调器理想。

1.3基于数字波束形成 (DBF) 的多信号侦察技术

卫星距目标发射站距离较远, 侦测到的信号大多十分微弱, 将阵列天线与自适应信号处理结合起来完成空域滤波, 从而在期望方向形成最大接收增益, 提高对弱信号的截获侦收能力。

“干扰抑制”技术是指波束图能够在指定方向形成主波束, 在干扰信号方向自动形成零点, 并且可以指定零点位置, 其加权系数见式 (3) , 波束图如图2所示 (抑制5个指定方向的干扰信号) 。

WESB=EsEHsW。 (3)

式中, ，R为接收协方差矩阵, as为约束方向导向矢量, C=[c1, …, cN], c1, …, cN为N个零点约束方向导向矢量, f为N×1的零矢量, Es为R的信号特征值对应的特征向量。

盲信号分离利用源信号相互统计独立性或者自身包络恒定的特性, 对代价函数进行最优化处理, 从而由混合信号中分离出原信号。数字调制通信信号一般具有恒模特性, 这一特性广泛于盲信号分离的自适应算法, 最小二乘恒模算法代价函数见式 (4) 。

式中, y是一路分离信号, X是混合信号, w是分离向量, 可表示为式 (5) 所示。

w= (XXH) -1Xr*,

其中,

$\mathit{r}=\left[\frac{\mathit{y}(1)}{\left|\mathit{y}(1)\right|},\frac{\mathit{y}(2)}{\left|\mathit{y}(2)\right|},\cdots ,\frac{\mathit{y}({\rm K})}{\left|\mathit{y}({\rm K})\right|}\right]{}^{\text{Τ}}‚\mathit{y}(k)=[\mathit{w}{}^{\text{Η}}(k)\mathit{X}]{}^{\text{Τ}}$。

3个同频信号相互混合, 调制样式分别为FM、CW、AM, 混合信号的时域、频谱波形如图3所示, 分离信号的时域、频谱波形如图4所示。

1.4快速高分辨空间谱处理模块

空间谱估计测向算法涉及大量复数矩阵运算和三角函数计算, 处理时间较长, 必须研制适于硬件组合实现的快速、小型化、低功耗测向处理器, 涉及以下3个方面:

① 高性能阵列信号处理平台:以多片高速数字信号处理器为核心设计实现高性能数据处理平台, 可完成多种阵列信号处理算法;

② 优化矩阵运算的数值处理方法:阵列信号处理中经常用到的矩阵求逆、矩阵分解等非规则运算会占用大量处理时间和存储资源, 要提高处理速度, 必须开发计算效率高、性能稳健的数值处理算法, 充分发挥数字信号处理器编程灵活和FPGA运算速度快的优势;

③ 实现算法的并行化处理:根据设备组成和算法特点进行并行化分解, 实现多处理器协调工作, 并保持流水线饱满, 最大限度地提高处理速度。

由MUSIC测向算法的原理可知, 不同角度的代价函数计算及谱峰搜索相对独立, 可以将全部运算分成若干独立部分在多个处理器中同步计算。在4片DSP和2片FPGA组成的硬件平台上进行混合设计, DSP1读取天线阵列接收数据, 完成协方差矩阵、特征分解等计算, DSP2、DSP3和DSP4通过FastBus接收DSP1中的噪声子空间数据, 同时计算不同角度范围内的代价函数, 并进行谱峰搜索, 最后DSP1综合比较DSP2、DSP3和DSP的局部极值点, 得到最终的测向结果, 其中DSP之间的通信链路通过在FPGA中搭建通信模型来实现。

仿真实验参数:天线阵列单元数目8, MUSIC算法搜索角度范围90°×360°, 信号个数1, 采用C语言程序设计的开发方式, 单片处理用时38.4 ms, 4片并行处理用时14.9 ms。

1.5高精度定位处理算法

天基电子侦测设备的定位体制包括单平台和多平台组网2大类, 其中, 基于测向的单平台定位可采取以下实现方式:

① 利用运动轨迹上的一维测向结果可实现三角交会定位;

② 基于二维来波方向与地球表面相交的快速定位技术。

综合利用对同一辐射源的多次测量数据, 通过最小二乘、Kalman滤波等最优化处理方法可进一步提高定位精度。

2 结束语

本文分析了天基电子侦察中的阵列天线和阵列信号处理技术, 通过利用天线阵列几何结构综合、数字波束形成、空间谱估计测向、基于多次测量数据的最优化处理方法, 可以有效提高对微弱信号的侦收能力, 并实现同频多信号侦察、高分辨测向和精确定位, 有助于提升天基平台的信息获取能力。

参考文献

[1]吕海寰, 蔡剑铭, 甘仲民, 等.卫星通信系统.北京:人民邮电出版社, 1999.

[2]郑林华, 韩方景, 聂.卫星移动通信原理与应用.北京:国防工业出版社, 2000.