基于胚胎型细胞电路的FIR滤波器仿生自修复技术研究

论文摘要

航天器在充满未知因素的太空环境下长期运行,常常会引起部件故障,同时恶劣的环境又使其在轨维修变得十分困难,因此高可靠性对航天器来说极为重要。胚胎仿生硬件具有自组织、自适应、自修复的特性,其与现代航天技术的融合,有望能较好的解决航天器在线自检测和自修复的难题,提高航天产品的可靠性。FIR数字滤波器广泛应用于航天产品的信号处理、图像处理等系统中,论文以此为对象,开展航天电子产品的自修复技术探索研究。主要研究内容如下:(1)跟踪国内外仿生自修复技术前沿发展,分析自修复运行机制,研究胚胎阵列构成以及电子细胞结构、功能,总结胚胎型仿生自修复阵列设计要点;(2)设计FIR滤波器,分析FIR滤波器功能结构与胚胎仿生阵列映射关系,设计具有自修复功能FIR滤波器阵列及细胞结构,并通过Xilinx ISE平台建立模型,进行仿真验证;(3)结合FPGA硬件设计与开发相关技术,设计具有自修复功能胚胎型FIR滤波器实验系统,通过故障注入并采集分析实验数据,验证自修复实验系统滤波性能和自修复功能。最后,对论文研究工作进行总结,提出进一步研究工作的建议。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景及意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 国外研究现状
• 1.2.2 国内研究现状
• 1.3 论文研究思路及内容安排
• 1.3.1 论文研究的主要问题及思路
• 1.3.2 论文内容安排
• 第二章 胚胎型仿生自修复技术
• 2.1 概述
• 2.1.1 胚胎仿生自修复原理
• 2.1.2 胚胎型仿生硬件
• 2.2 胚胎阵列自修复机制及其细胞结构
• 2.2.1 胚胎阵列自修复机制
• 2.2.2 胚胎细胞电路结构
• 2.3 本章小结
• 第三章 FIR 滤波器及其设计方法
• 3.1 FIR 滤波器原理
• 3.2 FIR 滤波器的基本结构及其选择
• 3.2.1 直接型
• 3.2.2 转置型
• 3.2.3 级联型
• 3.2.4 频率采样型
• 3.2.5 滤波器结构分析
• 3.3 FIR 滤波器的设计方法
• 3.3.1 窗函数法
• 3.3.2 等同纹波设计方法
• 3.4 FIR 滤波器的实现方法
• 3.5 本章小结
• 第四章 基于胚胎仿生阵列FIR 滤波器设计与仿真
• 4.1 FIR 滤波器的选定
• 4.1.1 FIR 滤波器指标确定
• 4.1.2 系数计算
• 4.1.3 输入位宽确定
• 4.1.4 滤波器结构选择
• 4.2 基于胚胎仿生阵列FIR 滤波器结构的设计与实现
• 4.2.1 阵列设计
• 4.2.2 乘累加的实现
• 4.2.3 信号存储与转移的实现
• 4.2.4 功能模块设计
• 4.2.5 配置存储模块设计
• 4.2.6 输入输出模块设计
• 4.3 仿真与分析
• 4.3.1 阵列功能验证
• 4.3.2 阵列自修复验证
• 4.4 设计思路及过程
• 4.5 本章小结
• 第五章 基于胚胎仿生阵列FIR 滤波器自修复实验验证
• 5.1 FPGA 设计与开发
• 5.1.1 FPGA 结构
• 5.1.2 FPGA 设计流程
• 5.1.3 FPGA 在线配置
• 5.2 胚胎型仿生自修复FIR 滤波器实验验证
• 5.2.1 实验系统的介绍
• 5.2.2 实验系统的组成
• 5.3 自修复功能实验验证
• 5.3.1 演示与验证
• 5.3.2 实验数据分析
• 5.4 本章小结
• 第六章 结论与展望
• 6.1 研究结论
• 6.2 研究展望
• 致谢
• 参考文献
• 作者在学期间取得的学术成果