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自20世纪70年代起，移动自组织网络由于其自独立、自组织、自协作的特点可以解决很多特定场景下的临时通信问题而受到了越来越多的关注。移动自组织网络不依赖固定的基础通信设施的特点，造成了网络节点认证困难、数据传输不可靠、网络路由困难等难题。移动自组织网络在满足基本的通信要求之后，如何实现数据的安全可靠传输便成为重点研究内容。 本课题依托于校企合作研究的项目，旨在研发一套基于智能天线的无线自组织网络通信系统。本系统采用时分双工的工作模式，主要关注物理层和数据链路层的功能实现。本文的工作是在邻居发现、同步测距的基础上，围绕数据的安全可靠传输完成数据链路层的设计与实现。 本文首先阐述了移动自组织网络和数据链路层的研究现状，分析了网络中存在的部分安全漏洞，并介绍了自动重传技术和数据加密技术的基本算法。根据项目的相关需求，本文选用了选择重传技术设计出可变帧长的重传方案，并在MD5摘要算法的基础上采用AES算法设计了加解密方案。此外，结合已有的硬件平台，完成了两种包结构下数据链路层模块的多核DSP实现。最后，完成了系统调试，并根据测试结果提出部分改进意见。 测试结果表明，这种可变帧长的重传方案适用于支持动态时隙分配的系统，效率与时隙分配的成块性相关。在成块性较高的情况下，上层误包率在千分之7左右时，通过重传后误包率可降低2个数量级，并且速率仍可达无错情况下的98%以上。此外，MD5和AES模块已经实现并验证，优化过后加密速度可达10.67 Mbps，但还需进一步改进。

Keyword ：

AES加解密 数据链路层 移动自组织网络 自动请求重传

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永磁同步电机在全速域内的无位置传感器控制可以降低系统硬件成本，提高系统冗余安全性，是电机控制领域的研究热点，但是目前还没有成熟的可商用化的解决方案。本文讨论不同转速工况下的永磁同步电机无位置传感器控制算法，并采用DSP实现电机全速域内的无位置传感器控制系统。 本文首先基于永磁同步电机数学模型，分析最大转矩电流比控制和弱磁调速控制的算法原理，搭建电机磁场定向控制系统仿真模型。针对传统单步长连续仿真模型存在的仿真速度慢、与实际系统中算法行为不一致的问题，采用离散多步长的建模方法来有效解决上述问题。在仿真模型中的功率器件部分采用小步长保证仿真精度，在算法部分采用实际控制器步长保证仿真与实际系统中算法行为的一致性。 针对电机在中、高速的运行工况，采用滑模观测器式无位置传感器控制算法，建立电机的无位置传感器控制仿真模型。为了解决在估算反电动势中相位提取涉及到的位置解算问题，仿真分析反正切、锁相环和龙伯格观测三种算法的响应性能和结构复杂度，通过综合比较确定采用锁相环作为位置解算算法。仿真计算电机在恒转矩区和弱磁运行区的无位置传感器控制性能，并重点分析了位置估算误差对控制系统中交、直轴信号噪声的影响。 在电机低速运行区域以及起动过程中，采用旋转高频注入式无位置传感器控制算法，建立电机的无位置传感器控制仿真模型。分析正、负序高频响应电流与基波的频谱关系，并据此确定带通滤波器的通带频率，获得了更好的无传控制性能。搭建考虑电感参数饱和特性的非线性参数电机模型，采用直轴一阶RL响应法判断转子极性，仿真分析电机初始位置的检测过程。 最后，设计电机无位置传感器控制系统的软、硬件，并采用dSPACE搭建实验平台，验证了本文采用的全速域内电机无位置传感器控制算法的有效性和仿真建模的正确性。从实际应用出发，将所有算法移植至基于模型设计的DSP控制系统中，进一步验证了两种无位置传感器算法的可行性和软、硬件设计的正确性。

Keyword ：

离散多步长建模 滑模观测器 旋转高频注入 基于模型设计

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GBDT(Gradient Boosting Decision Tree)算法是一种通过构建多棵决策树，并进行迭代更新的算法，该算法可实现分类、回归和排序等功能。本设计针对基于损失函数梯度的GBDT算法，该方法具有预测速度快、泛化能力强及有效防止过拟合的优点。 目前GBDT算法主要在计算机平台上实现。因为GBDT算法的分类模型所占用的存储空间随分类精度的增加而显著增加，硬件存储空间及模型参数交互速度因素制约该算法在其他平台实现。本文的研究目标是在DSP+FPGA平台实现基于损失函数梯度的GBDT算法，同时在不损失分类精度的前提下减小模型存储所占空间，提高样本分类速度。 本文主要研究工作如下： 1. 提出一种新型的模型存储方案并在DSP平台上验证其效果。GBDT模型存储方式是将模型全部存储于片外存储空间，但是模型参数读取速度制约了样本分类时间。对于M层决策树模型，本方案将模型前K层存储于DSP片内cache，余下M-K层参数存储于片外存储空间。在不显著影响片内存储空间的情况下有效提高了样本分类速度。以10棵深度为10的模型为例，将模型前7层参数存储于片内，后3层存储于片外的单个样本分类时间为29ms；模型全部存储于片外时分类时间为58ms，分类速度提高约50%。 2. 在DSP+FPGA的协同平台上实现基于模型压缩的GBDT算法并将模型分级存储。本设计采用一种模型压缩方法对本设计所用GBDT分类模型进行自定义压缩。该压缩方法通过自定义剪枝、自定义寻址和自定义编码三个步骤对模型节点参数进行压缩，最终使模型存储空间缩小超过10倍。然后将压缩后的模型存储到资源相对较少的DSP+FPGA平台，实现对1336组6个特征维度的样本数据进行4分类。其中DSP实现分类控制系统，FPGA实现分类计算过程，模型重建过程在DSP向FPGA传输模型参数时完成。此系统在硬件资源相对有限的情况下对样本分类精度大于95%，且分类速度小于0.075ms，满足设计指标，同时相较PC平台上0.11ms的分类速度提高27%。

Keyword ：

DSP FPGA GBDT

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提出了一种基于数字信号处理器(DSP)的测频方法,用于光纤涡轮流量计转子叶片频率的测量.在简要分析了光纤涡轮流量计的工作原理的基础上,设计出了光纤涡轮流量计测量系统软件的硬件电路平台;阐述了利用事件管理器通用定时器实现高精度数据采集方法的设计与DSP实现;分析了高稳定性、实时性的FIR滤波算法与DSP实现;讨论了利用插值方法改进FFT算法实现高精度测频的DSP实现;利用通用定时器的比较操作来产生脉宽调制(PWM)波,实现TTL电平输出.

Keyword ：

插值 光纤涡轮流量计 快速傅里叶变换 脉宽调制 频率测量 通用定时器

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生物质-煤粉混燃发电技术，不仅弥补了化石燃料的短缺，降低了温室气体CO2以及氮氧化物等污染物的排放，而且成本较低，目前受到了人们的广泛关注。在混烧锅炉的燃料气力输送管道中，煤粉/生物质/空气三相流的分相浓度在线测量，将有助于煤粉、生物质燃烧配比的优化控制，提高混燃效率，使生物质能发电技术得到长远发展。 本文将静电传感器和电容传感器用于三相流浓度测量，获得静电和电容信息。首先对静电信号提取梅尔频率倒谱系数（Mel Frequency Cepstrum Coefficient, MFCC）特征量，建立各种流型的连续高斯混合密度隐马尔科夫模型（Continuous Gaussian Mixture Hidden Markov Model, CGHMM），消除流型的影响进而提高分相浓度测量的准确性。然后引入支持向量机（Support Vector Machine, SVM）回归算法建立每种流型下的煤粉浓度、生物质浓度信息融合模型。将得到的流型模型和浓度模型参数移植到DSP（TMS320C6713B）平台上，同时在DSP平台上开发流型辨识和浓度预测程序，实现三相流分相浓度的在线准确测量。主要内容如下。 （1）在MATLAB平台上根据静电波动信号建立各种流型的CGHMM模型；然后在各个流型下建立煤粉浓度、生物质浓度与静电特征量、电容特征量的SVM信息融合模型。同时，为了优化SVM性能，分别采用网格搜索法、遗传算法、粒子群优化算法优化SVM参数，仿真结果表明，粒子群优化算法在运行时间和精度上均有较大优势。 （2）将MATLAB平台训练得到的用于流型识别的CGHMM和用于浓度预测的SVM模型参数移植到DSP上，DSP内编写相应的流型识别和浓度预测程序，实现在线实时测量。 （3）采用基于FPGA+DSP框架的高速数据采集和处理平台，FPGA控制ADC芯片实现多通道数据采集、缓存数据、与DSP以EDMA(Enhanced Direct Memory Access, EDMA)方式并行传输数据；DSP实现流型辨识和浓度融合算法，并与上位机通信，将得到的流型类型和浓度值送入由LabVIEW设计的上位机显示界面。 （4）搭建煤粉/生物质/空气三相流浓度测量试验平台，首先在不同流型下进行浓度测量标定实验，建立各个流型CGHMM模型和各个流型下的SVM融合模型；然后对整个系统进行在线测量实验，实验结果表明，流型识别准确率高达98%，DSP流型识别时间为2.4ms，浓度预测时间为224&#61549s，完全满足系统实时性要求，煤粉浓度在线测量的最大引用误差为2.2%，花生壳粉的最大引用误差为3.5%，测量结果满足工业现场测量对误差的要求。

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三相流浓度测量信息融合支持向量机FPGA&DSP

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随着信息技术的高速发展以及军事任务环境的日趋复杂，单个传感器往往难以满足信息获取的需求，为了实现对目标状态和属性信息更为准确、全面、可靠的获取和处理，多传感器信息融合技术是一种重要的方法。利用多传感器信息融合技术进行目标状态估计时，首先需要找出目标在多个传感器中的对应关系，这就是航迹关联问题。近年来嵌入式技术的快速发展为航迹关联算法在嵌入式平台的工程实现奠定了基础。 本文首先总结了嵌入式技术的概况，介绍了嵌入式操作系统和嵌入式处理器。分析了基于嵌入式平台的航迹关联系统工作原理和功能需求，提出了基于OMAPL137平台的系统硬件解决方案。 其次，研究了基于统计理论、模糊理论和灰色理论的航迹关联算法。仿真分析了各航迹关联算法的关联性能，比较了它们的关联正确率、错误率和漏关联率，并统计了各关联算法的运算时间。实验结果表明，灰关联法的关联正确率最高，而最近邻法的计算速度最快。研究了适合DSP实现算法的选取准则，提出以灰关联算法作为DSP实现的关联算法。从理论和仿真实验两方面分析了灰关联算法的计算复杂度。 再次，针对多传感器航迹关联问题，研究了传统的直接法和多维分配法，指出了这两种方法的不足。提出了一种基于航迹质量的轮询式航迹关联方法。该方法将每个传感器的航迹都做一次基准，得到两两之间的关联表，组合形成以每个传感器为基准的关联表，并进行投票得到当前时刻的关联表。针对系统航迹的建立、维持和撤销问题，定义了相等、包含、被包含和相似四种关系，并研究了相应的航迹质量计算方法。仿真实验的结果表明，本文提出的轮询式方法能够适应目标密集、航迹分叉、交叉较多的场合，有效的解决了复杂场景下的多传感器多目标航迹关联问题。 最后，研究了基于嵌入式平台的航迹关联系统软件的功能划分，明确了各部分软件的功能和工作流程。介绍了软件开发平台，展示了系统硬件和软件的界面和功能，分析了系统开发中的难点问题和解决途径。

Keyword ：

嵌入式系统航迹关联OMAPL137灰色关联

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随着信息技术的飞速发展，信息安全的重要性愈加凸显，作为保障信息安全的核心技术——密码技术也得到了前所未有的重视与发展。基于ECC(Elliptic Curve Cryptography)算法的椭圆曲线密码体制因其优良的性能，已经成为最具发展潜力的一个。因此很多国家包括我国在内已经设立了基于ECC算法的密码规范，并列入国家标准。在ECC算法的实现方式中，ASIC方法由于安全性能、运算速度的优势成为了市场的主流。本文完成了一款基于ECC算法的硬件密码系统中两个主要部件的设计工作和系统结构原型设计，可适用于多个对信息安全要求高的领域，论文工作具有一定的理论意义和实际工程价值。 首先，本文从密码学的概念出发，介绍了椭圆曲线密码体制的概念、运算法则和优点，并对GF(2163)域中ECC算法的域运算原理和一种硬件实现形式进行了详述。其次以课题组前期设计的256位 SM2 ECC运算模块为核心设计并验证了一个包含指令集系统、核心算法逻辑和多层次存储结构的加解密处理部件。 其次，本文设计并实现了一款VLIW架构的32位数字信号处理器(DSP)作为密码系统的另一主要部件。除ECC算法以外，其余的密码算法可以通过DSP实现，最大限度的提升密码系统的兼容性和适用性。本文从DSP的体系结构和指令集入手，深入论述了其数据通路中各功能单元的原理和硬件设计验证过程，包括.L和.S功能单元的指令实现和L1D cache 控制器设计。 最后，本文设计了密码系统的结构框架，并完成了总线的搭建和部分设备的总线接口。目前，ECC加解密处理部件已经单独投片，待流片完成后进行后续工作。

Keyword ：

ECC算法密码系统DSP

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生物质能是唯一一种取之不尽、用之不竭的可再生碳源，随着化石燃料的短缺和环境的恶化，生物质和煤粉混燃发电技术受到了人们的广泛关注。火力发电厂气力输送管道中生物质/煤粉/空气三相流分相浓度的在线测量，不但可以保证锅炉低耗、高效、低排的运行，还有助于燃料输送过程和燃烧过程的优化控制，对生物质能规模化利用也有重大意义。本文是针对电容传感器对生物质比较敏感、静电传感器对煤粉比较敏感的特点，结合其调理电路，并综合考虑FPGA（EP2C8T144C8N）高速、复杂的逻辑控制能力和浮点型DSP(TMS320C6713B)高速、大量复杂数据的处理能力，从而设计了基于FPGA&DSP的生物质、煤粉混合物分相浓度测量系统。FPGA采用有限状态机方法控制ADC，同时对六路信号进行数据采样，ADC采样时钟频率为1MHz，并将各路数据分别缓存在FPGA内部对应的FIFO(First In First Out)中；FPGA与DSP采用并行通信方法，其中间桥梁是异步FIFO和EMIF(External Memory Interface)，通信时钟频率设置为60MHz；DSP实现二元线性回归数据融合算法，建立两传感器信号的特征量与生物质浓度、煤粉浓度之间的对应关系；将DSP多通道缓冲串口McBSP0与同步转异步芯片MAX3111E相结合，实现异步通信；最后将生物质、煤粉混合物分相浓度值在上位机的LabVIEW程序界面显示。搭建生物质/煤粉/空气三相流分相浓度测量的实验平台，以测量花生壳和煤粉混合物分相浓度为例验证了该测量系统是可行的。实验结果表明生物质浓度在线测量的最大相对误差为3.7%，煤粉浓度在线测量的最大相对误差为4.3%，其满足工业现场对误差的要求。

Keyword ：

FPGA&DSP数据采集数据融合三相流生物质浓度测量

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低密度奇偶校验码（LDPC码）以其接近香农限的误码性能被认为是一种“好码”，特别是在码长比较长的情况下LDPC码的性能甚至比Turbo码的性能更加优异。本文深入分析讨论了LDPC码的编码算法和译码算法原理并在定点DSP上实现LDPC码的编译码器。论文首先分析讨论了LDPC码校验矩阵的随机构造方法以及编译码算法的理论，分析针对各种编码算法和译码算法分析它们的运算复杂度，通过计算机VC平台仿真分析了各种编译码算法的性能。然后确定在DSP实现编译码器的方案：编码方案采用IEEE 802.16e标准的LDPC码的快速编码算法，译码方案采用对数域置信传播译码算法和最小和译码算法，信道模型为加性高斯白噪声（AWGN）信道，在TI公司的定点DSP TMS320C6416T上设计LDPC码编译码器，并对编写的C代码进行了优化，优化前后的代码执行效率提高近十倍，硬件所需的存储空间节省了近四倍，有效的提高了编码器和译码器的吞吐量。最后讨论了码长、码率、迭代次数这三个因素对系统误码性能的影响，得出了长码长、低码率及合适的迭代次数下在硬件实现上可获得非常好的性能，并分析了基于VC的计算机仿真与DSP实现的LDPC码编译码器的性能差别。

Keyword ：

低密度奇偶校验码DSP编码器译码器优化

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随着国民经济和科学技术的飞速发展，电网负荷结构发生了巨大变化，电能质量矛盾日益突出：一方面，各种精密仪器、复杂用电设备的不断普及，使用户对电能质量的要求越来越高；另一方面，各种非线性、冲击性、波动性负荷的广泛应用，使得造成电能质量问题的因素不断增长。因此，电能质量控制技术及其装置的研究具有重要的现实意义。针对低压配电系统的电能质量问题，本文研制了一台单相2kVA无变压器的串联有源电压质量调节器样机，该装置包含有直流侧电压不可控和可控两种拓扑结构，前者能有效地解决单相供电系统中欠电压、过电压、电压波动、电压突降、电压突升、电压谐波等电压质量问题，后者的直流侧电压能根据系统缺损电压自动地进行调节，从而提高直流侧利用率和系统运行效率，适用于解决欠电压、过电压等缓慢变化的电压质量问题和电压谐波等稳态电压质量问题。本文首先介绍了电能质量的基本概念、相关标准和串联有源电压质量调节器的研究现状，然后描述了单相2kVA实验样机的主电路结构、工作原理、参数选择、继电控制电路设计以及基于DSP2812的全数字控制系统设计。接着，本文着重分析了其逆变单元的数字控制方法，提出了一种基于重复控制的复合数字控制方法并将其用于实际装置，取得了较好的控制效果。随后，本文对过压时为解决直流侧电压泵升现象而采用的移相控制技术进行了研究，给出了移相控制器的设计原则和实现方法。同时，对直流侧电压可控的拓扑结构，详细分析了其直流侧电压与系统缺损电压相适应的自适应控制技术和实现方法。此外，本文还利用DSP实现了装置的快速投切控制。本文对上述工作进行了大量的理论分析、仿真和实验研究并对所研制的样机进行了整体功能验证和效率测试，给出了详细的仿真、实验结果和效率测试数据。仿真和实验结果表明，基于重复控制的复合数字控制方法具有良好的稳态和动态性能；采用本文分析的移相控制实现方法能有效地解决直流侧电压泵升问题；采用直流侧电压与缺损电压相适应的自适应控制技术能有效地提高系统效率。

Keyword ：

串联有源电压质量调节器数字控制移相控制直流侧电压自适应控制效率

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