基于FPGA的航电数据处理及传输系统的设计与实现

论文摘要

本文结合目前国内外航电数据处理系统的发展概况,设计了一款集数据采集、处理、控制及传输于一体的航电处理系统。文章首先深入研究了自适应滤波器原理,分析了LMS算法性能,着重从影响算法性能的因素入手,通过分析仿真,改进算法,提升了算法性能,给出仿真结果分析,并设计应用于系统之中;其次介绍了ARINC-429航空总线和RS-422串行总线的信息标准和传输格式。在此基础上,设计了基于FPGA的解决航电系统数据采集、滤波处理、控制传输和复杂非线性运算的一体化实现方案。选用XILINX公司的FPGA,实现了航电数据采集、传输和控制,集成了ARINC-429和RS-422两种通信接口,实现了总线冗余,并实现了数据滤波和相应的算法处理。最后,在实验室环境下,对每个模块分别进行了软硬件测试。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究背景及意义
• 1.2 航空数据总线概述及国内外动态
• 1.3 自适应滤波算法概述
• 1.4 论文的研究内容及论文结构
• 第二章 FPGA原理及设计开发概述
• 2.1 现场可编程逻辑器件FPGA原理与结构
• 2.2 FPGA的设计流程
• 2.3 FPGA与CPLD的比较
• 2.4 XILINX公司FPGA介绍与选择
• 2.5 硬件描述语言VERILOG
• 第三章 滤波器原理及在航电数据处理系统中的应用
• 3.1 自适应滤波器原理
• 3.2 自适应滤波算法原理
• 3.2.1 输入信号的必备特征
• 3.2.2 维纳-霍夫方程
• 3.3 LMS算法分析
• 3.3.1 LMS 算法原理分析
• 3.3.2 几种变步长因子的LMS算法分析
• 3.3.3 几种改变梯度向量的LMS算法的分析
• 3.4 改进的LMS算法性能分析及研究
• 3.5 航电系统数据特性分析及几种算法性能比较
• 3.5.1 航电系统数据特性分析
• 3.5.2 算法性能在航电系统中的比较和分析
• 3.6 算法的FPGA设计在航电处理系统中的实现
• 3.7 本章小结
• 第四章 基于FPGA的航电数据处理系统设计
• 4.1 基于FPGA多路数据采集系统
• 4.1.1 基于FPGA多路数据采集系统的设计方案
• 4.1.2 多路数据采集系统的模块化设计
• 4.2 ARINC-429数据总线接口设计
• 4.2.1 ARINC-429传输标准概述
• 4.2.2 基于FPGA的ARINC-429接口的设计与实现
• 4.3 基于FPGA的串行总线接口设计与实现
• 4.3.1 RS-422串口传输标准介绍
• 4.3.2 RS-422串口的FPGA设计与实现
• 4.3.3 RS-422串口冗余的FPGA设计
• 4.4 基于FPGA的复杂非线性运算的研究和处理
• 4.4.1 基于最小二乘法的曲线拟合
• 4.4.2 基于最小二乘法拟合的曲线FPGA设计与实现
• 4.4.3 算法在系统中的验证与结论
• 4.5 本章小结
• 第五章 结束语
• 5.1 总结
• 5.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 研究成果
• 附录A
• 附录B