CN109495199A - 一种基于半实物仿真的fpga参数调试系统 - Google Patents
一种基于半实物仿真的fpga参数调试系统 Download PDFInfo
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Abstract
一种基于半实物仿真的FPGA参数调试系统,可针对飞行器飞行全流程的真实信道变化进行适应性匹配;利用基于场景仿真的链路规划形成信道仿真结果;通过信道模拟器形成真实信道信号传递给信号接收处理机;再通过智能控制器实现FPGA环路参数的在线调试。该方法可以有效地实现FPGA环路参数的在线最优化,以缩短信号处理部分的设计、调试时间。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于半实物仿真的FPGA参数调试系统。
背景技术
随着现代飞行器的快速发展,其飞行全流程的通信系统面临着干扰信号强、多普勒频移大等问题造成前向信号的接收处理困难。基于此现象对于信号接收处理设备的数字处理能力要求较高。数字通信技术的发展至今,全数字锁相环FPGA存在非线性系统设计难度大、实现低通滤波困难、设计参数不能实现锁相环的锁相范围、锁相速度和稳定性等三个性能指标的解耦控制等问题。
目前通用的FPGA环路参数调试方式为:选取飞行器飞行过程中最差状况的信道条件形成模拟射频信号。通过FPGA在线更改环路参数后编译形成可烧录程序,下载至FPGA中再进行信道锁定判定。
现有技术存在飞行全程信道条件不能遍历、调试过程复杂不可控和程序编译时间长、调试时间长等不利问题。
发明内容
本发明的目的在于:克服现有技术的不足,提供一种基于半实物仿真的FPGA参数调试系统,解决了FPGA环路参数调试过程冗长、耗时的问题。
本发明采用的技术方案为:
一种基于半实物仿真的FPGA参数调试系统,包括:链路规划模块、信道模拟器、信号接收处理机、智能控制器以及FPGA调试模块;
链路规划模块通过外部输入的飞行器的星历、姿态、通信模式以及链路通信参数计算出链路规划仿真结果并提供给信道模拟器,信道模拟器根据输入到其中的信息,模拟出前向射频信号送入信号接收处理机中,信号接收处理机对输入信号进行处理后,将处理后的信号送入信号接收处理机中的FPGA中;
FPGA将当前环路参数和当前链路锁定状态提供给FPGA调试模块,
FPGA调试模块根据所述当前链路锁定状态确定是否需要对FPGA的环路参数进行调试;当需要调试时,FPGA调试模块将所述当前环路参数送入智能控制器,智能控制器实现FPGA环路参数的在线优化,优化后的环路参数反馈给FPGA调试模块,FPGA调试模块进行编译并下载给FPGA,FPGA根据优化后的环路参数进行链路状态锁定判定,如果能够锁定,则FPGA完成调试,开始处理输入到其中的信号;如果不能锁定,则再次对环路参数进行优化。
包括:所述链路通信参数包括EIRP、G/T、频率、通信速率和天线方向性图。
所述链路规划仿真结果包括通信链路中前向链路的多普勒频移、多普勒频移变化率、工作频点和工作带宽。
信号接收处理机包括射频前端网络和基带处理单元两部分,射频前端网络包括滤波器和放大器,基带处理单元包括下变频模块、模数转换模块以及FPGA。
对输入信号进行处理具体为:信道模拟器提供的前向射频信号依次通过滤波、放大、下变频、模数转换后生成数字信号。
FPGA调试模块根据所述当前链路锁定状态确定是否需要对FPGA的环路参数进行调试,具体为:
若FPGA提供的当前链路锁定状态为锁定时,则不进行环路参数调试,若为非锁定时,则需要进行环路参数调试。
FPGA调试模块包括JTAG下载器、参数调试单元和数据交互单元;
数据交互单元,通过串口连接智能控制器,实现环路参数的双向传输;
参数调试单元,通过JTAG下载器获取FPGA中的当前环路参数,环路参数优化后,通过JTAG下载器将优化后的环路参数下载至FPGA中。
智能控制器为基于神经网络的模糊控制器,采集FPGA环路参数,通过模糊控制规则对环路参数进行优化。
智能控制器包括模糊化模块、模糊推理模块、解模糊化模块和知识库模块,环路参数依次经过模糊化模块、模糊推理模块、解模糊化模块进行处理,模糊推理模块中的模糊控制规则基于BP神经网络实现。
一种基于所述FPGA参数调试系统实现的飞行器飞行全程环路参数调整方法,步骤如下:
(1)根据飞行器的全程星历、姿态、通信模式以及链路通信参数计算出全程链路规划仿真结果;包括:全程通信链路中前向链路的多普勒频移、全程多普勒频移变化率、工作频点和工作带宽
(2)根据所述链路规划仿真结果,模拟出前向射频信号;
(3)信号接收处理机对输入的所述前向射频信号进行处理后,将处理后的信号送入信号接收处理机中的FPGA中;
(4)FPGA将当前环路参数和当前链路锁定状态提供给FPGA调试模块;
(5)FPGA调试模块根据所述当前链路锁定状态确定是否需要对FPGA的环路参数进行调试;若FPGA提供的当前链路锁定状态为锁定时,则不进行环路参数调试,若为非锁定时,则需要进行环路参数调试,进入步骤(6);
(6)将所述当前环路参数送入智能控制器,智能控制器实现FPGA环路参数的在线优化,优化后的环路参数反馈给FPGA,FPGA根据优化后的环路参数进行链路状态锁定判定,如果能够锁定,则FPGA完成调试,开始处理输入到其中的信号,进行下一时刻的锁定状态判定并返回步骤(4);如果不能锁定,则再次对环路参数进行优化,返回步骤(4)
本发明与现有技术相比带来的有益效果为:
(1)本发明采用半实物仿真的技术实现飞行器全程动态信号的模拟,通过接收机实时接收信号后FPGA判定链路锁定状况;FPGA参数调试模块实时采集环路参数和锁定状态传递给智能控制器进行参数优化,得到优化后的参数后编译程序下载至FPGA再次对射频信号进行锁定判定,进而完成飞行全程的参数优化,本发明可遍历飞行全程信道条件。
(2)本发明方法程序编译次数少,调试时间短;
(3)本发明设计的环路参数优化过程减少参数调试次数。
附图说明
图1为本发明的调试系统流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式进行进一步的详细描述。
本发明的参数调试系统方法可根据仿真得出的通信链路参数实现真实信号的生成,通过信号处理接收机接收信号,并通过智能控制器实现FPGA环路参数的在线调试。
如图1所示,本发明提出了一种基于半实物仿真的FPGA参数调试系统,其特征在于包括:链路规划模块、信道模拟器、信号接收处理机、智能控制器以及FPGA调试模块;
链路规划模块通过外部输入的飞行器的星历、姿态、通信模式以及链路通信参数计算出链路规划仿真结果并提供给信道模拟器,信道模拟器根据输入到其中的信息,模拟出前向射频信号送入信号接收处理机中,信号接收处理机对输入信号进行处理后,将处理后的信号送入信号接收处理机中的FPGA中;
链路通信参数包括EIRP、G/T、频率、通信速率和天线方向性图。所述链路规划仿真结果包括通信链路中前向链路的多普勒频移、多普勒频移变化率、工作频点和工作带宽。
FPGA将当前环路参数和当前链路锁定状态提供给FPGA调试模块,FPGA调试模块根据所述当前链路锁定状态确定是否需要对FPGA的环路参数进行调试;当需要调试时,FPGA调试模块将所述当前环路参数送入智能控制器,智能控制器实现FPGA环路参数的在线优化,优化后的环路参数反馈给FPGA调试模块,FPGA调试模块进行编译并下载给FPGA,FPGA根据优化后的环路参数进行链路状态锁定判定,如果能够锁定,则FPGA完成调试,开始处理输入到其中的信号;如果不能锁定,则再次对环路参数进行优化。
如图1所示,信号接收处理机包括射频前端网络和基带处理单元两部分,射频前端网络包括滤波器和放大器,基带处理单元包括下变频模块、模数转换模块以及FPGA。对输入信号进行处理具体为:信道模拟器提供的前向射频信号依次通过滤波、放大、下变频、模数转换后生成数字信号。
FPGA调试模块根据所述当前链路锁定状态确定是否需要对FPGA的环路参数进行调试,具体为:
若FPGA提供的当前链路锁定状态为锁定时,则不进行环路参数调试,若为非锁定时,则需要进行环路参数调试。
FPGA调试模块包括JTAG下载器、参数调试单元和数据交互单元;
数据交互单元,通过串口连接智能控制器,实现环路参数的双向传输;
参数调试单元,通过JTAG下载器获取FPGA中的当前环路参数,环路参数优化后,通过JTAG下载器将优化后的环路参数下载至FPGA中。
智能控制器为基于神经网络的模糊控制器,采集FPGA环路参数,通过模糊控制规则对环路参数进行优化。智能控制器包括模糊化模块、模糊推理模块、解模糊化模块和知识库模块,环路参数依次经过模糊化模块、模糊推理模块、解模糊化模块进行处理,模糊推理模块中的模糊控制规则基于BP神经网络实现。
基于上述FPGA参数调试系统,本发明还提出了实现的飞行器飞行全程环路参数调整方法,步骤如下:
(1)根据飞行器的全程星历、姿态、通信模式以及链路通信参数计算出全程链路规划仿真结果;包括:全程通信链路中前向链路的多普勒频移、全程多普勒频移变化率、工作频点和工作带宽
(2)根据所述链路规划仿真结果,模拟出前向射频信号;
(3)信号接收处理机对输入的所述前向射频信号进行处理后,将处理后的信号送入信号接收处理机中的FPGA中;
(4)FPGA将当前环路参数和当前链路锁定状态提供给FPGA调试模块;
(5)FPGA调试模块根据所述当前链路锁定状态确定是否需要对FPGA的环路参数进行调试;若FPGA提供的当前链路锁定状态为锁定时,则不进行环路参数调试,若为非锁定时,则需要进行环路参数调试,进入步骤(6);
(6)将所述当前环路参数送入智能控制器,智能控制器实现FPGA环路参数的在线优化,优化后的环路参数反馈给FPGA,FPGA根据优化后的环路参数进行链路状态锁定判定,如果能够锁定,则FPGA完成调试,开始处理输入到其中的信号,进行下一时刻的锁定状态判定并返回步骤(4);如果不能锁定,则再次对环路参数进行优化,返回步骤(4)。
(7)全程数据结束之后,参数优化过程结束,此时得到的环路参数为最优,可以固化到飞行器的信号处理机中,完成飞行器的全程飞行任务。
现有的FPGA环路参数调试技术由于其操作复杂和覆盖性窄的问题造成FPGA调试周期长、耗费大地不足。本发明采用的半实物仿真模拟的方法实现了飞行器飞行全程真实信道信号的生成,并通过在线调试的方式实现FPGA环路参数的最优化以达到缩短调试时间的目的。
本发明给出的实施例调试系统如图1所示,可以看出本调试系统对飞行器飞行全程环路参数的调整包括以下步骤:
(1)将信号接收处理机所在飞行器的星历、姿态文件输入到链路规划模块中,并设置其通信方式和各链路通信参数(包括EIRP、G/T、频率、通信速率和天线方向性图)。链路规划模块可以计算得出多条适用于条件的通信链路,并得到每条链路飞行过程中各个时刻的前向信号多普勒频移、多普勒频移变化率、工作频点和带宽。
(2)将前向信号多普勒频移、多普勒频移变化率、工作频点和带宽输入到信道模拟器中,并进行相应的设置,包括信号带宽、调制方式、编码方式等,以生成依据飞行全过程变化的前向信号。
(3)前向信号输入到信号接收处理机中一般进行滤波、放大后进行下变频变换到中频信号,再经模数转换成数字信号供给FPGA进行解调、解码等处理。
(3)FPGA通过JTAG与FPGA参数调试设备连接形成在线调试处理方式,可以将环路处理的关键参数进行提取传输至智能控制器。
(4)智能控制器接收到FPGA的环路参数后,首先根据规则库制定的模糊化规则进行模糊化,再输入到BP神经网络中进行学习,形成学习结果进行解模糊化。
(5)解模糊化后的学习结果进行误差判决,若可满足误差则输出至FPGA参数调试模块,若不满足误差则返回成样本参数并进行网络训练后输入至模糊化,重复学习过程,解模糊化后再进行误差判决。
(6)判决后的最优学习结果通过FPGA参数调试设备填入FPGA程序中进行综合后形成在线测试版本,烧录于FPGA硬件中,再进行前向信号的接收判定。
总之,本发明是为了解决当前全数字式环路FPGA设计、调试周期长,参数调整非线性而产生的一种方法。可有效地利用仿真得到的真实信道信号,实现FPGA环路参数的在线最优调试,以满足飞行器全流程的通信模式和信道变化。
Claims (10)
1.一种基于半实物仿真的FPGA参数调试系统,其特征在于包括:链路规划模块、信道模拟器、信号接收处理机、智能控制器以及FPGA调试模块;
链路规划模块通过外部输入的飞行器的星历、姿态、通信模式以及链路通信参数计算出链路规划仿真结果并提供给信道模拟器,信道模拟器根据输入到其中的信息,模拟出前向射频信号送入信号接收处理机中,信号接收处理机对输入信号进行处理后,将处理后的信号送入信号接收处理机中的FPGA中;
FPGA将当前环路参数和当前链路锁定状态提供给FPGA调试模块,FPGA调试模块根据所述当前链路锁定状态确定是否需要对FPGA的环路参数进行调试;当需要调试时,FPGA调试模块将所述当前环路参数送入智能控制器,智能控制器实现FPGA环路参数的在线优化,优化后的环路参数反馈给FPGA调试模块,FPGA调试模块进行编译并下载给FPGA,FPGA根据优化后的环路参数进行链路状态锁定判定,如果能够锁定,则FPGA完成调试,开始处理输入到其中的信号;如果不能锁定,则再次对环路参数进行优化。
2.根据权利要求1所述的一种基于半实物仿真的FPGA参数调试系统,其特征在于:所述链路通信参数包括EIRP、G/T、频率、通信速率和天线方向性图。
3.根据权利要求1所述的一种基于半实物仿真的FPGA参数调试系统,其特征在于:所述链路规划仿真结果包括通信链路中前向链路的多普勒频移、多普勒频移变化率、工作频点和工作带宽。
4.根据权利要求1所述的一种基于半实物仿真的FPGA参数调试系统,其特征在于:信号接收处理机包括射频前端网络和基带处理单元两部分,射频前端网络包括滤波器和放大器,基带处理单元包括下变频模块、模数转换模块以及FPGA。
5.根据权利要求4所述的一种基于半实物仿真的FPGA参数调试系统,其特征在于:对输入信号进行处理具体为:信道模拟器提供的前向射频信号依次通过滤波、放大、下变频、模数转换后生成数字信号。
6.根据权利要求1所述的一种基于半实物仿真的FPGA参数调试系统,其特征在于:FPGA调试模块根据所述当前链路锁定状态确定是否需要对FPGA的环路参数进行调试,具体为:
若FPGA提供的当前链路锁定状态为锁定时,则不进行环路参数调试,若为非锁定时,则需要进行环路参数调试。
7.根据权利要求1所述的一种基于半实物仿真的FPGA参数调试系统,其特征在于:FPGA调试模块包括JTAG下载器、参数调试单元和数据交互单元;
数据交互单元,通过串口连接智能控制器,实现环路参数的双向传输;
参数调试单元,通过JTAG下载器获取FPGA中的当前环路参数,环路参数优化后,通过JTAG下载器将优化后的环路参数下载至FPGA中。
8.根据权利要求1所述的一种基于半实物仿真的FPGA参数调试系统,其特征在于:智能控制器为基于神经网络的模糊控制器,采集FPGA环路参数,通过模糊控制规则对环路参数进行优化。
9.根据权利要求1所述的一种基于半实物仿真的FPGA参数调试系统,其特征在于:
智能控制器包括模糊化模块、模糊推理模块、解模糊化模块和知识库模块,环路参数依次经过模糊化模块、模糊推理模块、解模糊化模块进行处理,模糊推理模块中的模糊控制规则基于BP神经网络实现。
10.一种基于如权利要求1~9中任一项所述FPGA参数调试系统实现的飞行器飞行全程环路参数调整方法,其特征在于步骤如下:
(1)根据飞行器的全程星历、姿态、通信模式以及链路通信参数计算出全程链路规划仿真结果;包括:全程通信链路中前向链路的多普勒频移、全程多普勒频移变化率、工作频点和工作带宽
(2)根据所述链路规划仿真结果,模拟出前向射频信号;
(3)信号接收处理机对输入的所述前向射频信号进行处理后,将处理后的信号送入信号接收处理机中的FPGA中;
(4)FPGA将当前环路参数和当前链路锁定状态提供给FPGA调试模块;
(5)FPGA调试模块根据所述当前链路锁定状态确定是否需要对FPGA的环路参数进行调试;若FPGA提供的当前链路锁定状态为锁定时,则不进行环路参数调试,若为非锁定时,则需要进行环路参数调试,进入步骤(6);
(6)将所述当前环路参数送入智能控制器,智能控制器实现FPGA环路参数的在线优化,优化后的环路参数反馈给FPGA,FPGA根据优化后的环路参数进行链路状态锁定判定,如果能够锁定,则FPGA完成调试,开始处理输入到其中的信号,进行下一时刻的锁定状态判定并返回步骤(4);如果不能锁定,则再次对环路参数进行优化,返回步骤(4)。
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