專利名稱：隨機信號處理裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型屬于遙測領域，涉及一種隨機信號處理裝置。
由測試和監(jiān)測所得到的隨機信號波形可以是簡諧的、周期的、瞬態(tài)的、隨機的波形，它們分別代表著位移、壓力和加速度等，從這些波形中可以直接得到一些關于物理量的信息，但有用信息往往是十分有限的，必須對這些波形(信號)進行各種加工何處理，如在時域、頻域和響應域對其分析，以揭示動態(tài)信號所包含的信息。
在謝銘勛編寫、國防工業(yè)出版社1992出版的《再入遙測》下冊的第228-273頁介紹了振動信號譜分析儀的設計。在1990年第12期《遙測遙控》第5-11頁由李華、發(fā)表的“空間飛行器動態(tài)環(huán)境聲學參數的彈上實時譜分析”一文中介紹了聲學噪聲信號處理裝置的設計。以上兩種處理裝置都是基于通用的數字信號處理器(DSP)完成，適應復雜電磁環(huán)境能力較差，且它們只能對單一振動信號或聲學噪聲信號進行處理。
本實用新型提供的基于可編程門陣列(FPGA)實現(xiàn)的隨機信號處理的裝置主要包括電源模塊(1)、信號處理模塊(2)兩部分，其中，信號處理模塊基于可編程門陣列(FPGA)實現(xiàn)，F(xiàn)PGA加載不同的設計代碼，即可完成對不同信號的處理；多個信號處理模塊的組合，可方便擴展處理通道。
與現(xiàn)有技術相比，本實用新型的優(yōu)點如下1.設備可在-40℃～85℃溫度條件下正常工作；2.能同時完成多路隨機信號的實時處理；3.能同時完成不同類型隨機信號的實時處理；4.能承受一定的惡劣環(huán)境；5.低功耗、小型化；6.功能可在線更改和升級；7.可方便擴展處理通道。
圖2為隨機信號處理裝置結構示意圖。隨機信號處理裝置采用模塊化和標準化設計思想，共設計了兩個標準模塊，它們分別是電源模塊(1)和信號處理模塊(2)，圖2是由兩個信號處理模塊和一個電源模塊組成的隨機信號處理裝置外形圖。一個電源模塊最多可與四個信號處理模塊組合構成獨立的儀器，信號處理模塊通過串行螺釘與電源模塊之間連接，電源模塊自帶四個安裝孔，位于隨機信號處理裝置底層，隨機信號處理裝置通過電源模塊自帶的四個安裝孔固定。
圖3為

圖1所示隨機信號處理裝置系統(tǒng)框圖中信號處理模塊原理框圖。，信號處理模塊主要完成對輸入信號的采樣、編碼和信號處理。圖3中FPGA配置不同的代碼，信號處理模塊具有不同的信號處理功能。
圖4為圖1所示隨機信號處理裝置系統(tǒng)框圖中信號處理模塊原理圖。圖4中U6為多選一開關，U5為A/D變換器，U1為可編程們陣列(FPGA)，型號為XCV600-4HQ240N，U2為PROM存儲器，型號為XC18V04VQ44I，容量為4Mbit，U3和U4分別為422差分發(fā)送器和差分接收器。圖4中，U2主要用于存儲FPGA的配置配置，配置代碼通過U2的JATX口寫入；U1主要完成對信號的實時處理，并產生用于多路開關、A/D變換器和422串行總線收發(fā)器的各種時序控制信號；電阻R21和C52組成的積分電路，將FPGA配置結束后輸出的DONE信號(由“0”變“1”)延遲，產生RESET復位信號，使FPGA處理芯片內部復位；外部清零信號通過R201限流，D17限幅后接到FPGA的CLEAR清零端，電阻R8，R9為輸出限流保護電阻。
如果在圖4所示PROM中下載聲學噪聲信號處理代碼，則信號處理模塊上電后，F(xiàn)PGA自動配置為聲學噪聲信號處理器，一個信號處理模塊可以完成對一路聲學噪聲信號的處理。聲學噪聲信號處理器的設計已申請專利，專利號為02289173.0。FPGA配置為聲學噪聲信號處理器時，多路開關的選通地址固定為“00”，A/D變換器在FPGA的控制下，完成對一路聲學噪聲輸入信號的采樣和量化，F(xiàn)PGA每次收到A/D轉換器的數據轉換好信號后，將量化的振動信號讀入FPGA，F(xiàn)PGA同時完成對一路聲學噪聲信號的處理，并將處理結果合成串行數據流通過422差分接口輸出。聲學噪聲信號的主要處理結果是聲壓級譜和總聲壓級，采用定時循環(huán)方式輸出處理結果。
如果在圖4所示PROM中下載沖擊信號處理代碼，則信號處理模塊上電后，F(xiàn)PGA自動配置為沖擊信號處理器，一個信號處理模塊可以同時完成對三路沖擊信號的處理。沖擊信號處理器的設計已申請專利，專利號為02289172.2。FPGA配置為沖擊信號處理器時，多路開關和A/D變換器在FPGA的控制下，依次完成對三路沖擊輸入信號的采樣和量化，F(xiàn)PGA每次收到A/D轉換器的數據轉換好信號后，將量化的沖擊信號讀入FPGA。FPGA同時完成對三路沖擊信號的處理，并將三路沖擊信號的分析結果合成串行數據流通過422差分接口輸出。沖擊信號的處理結果主要是最大絕對沖擊加速度響應譜。由于沖擊波信號的測量頻率和編碼階數是固定的，而最大絕對沖擊加速度譜為累計值，因此，控制最大絕對沖擊加速度譜的輸出頻率，即可獲得不同的沖擊數據的壓縮比。最大絕對沖擊加速度響應譜的輸出速率受外部請求輸出脈沖信號(圖4中Request_Plus)的控制，請求輸出脈沖信號的頻率越高，單位時間內輸出的沖擊譜數據量越大，沖擊數據的壓縮率越低，反之，沖擊數據壓縮率越高。具體實施說明圖5為圖1所示隨機信號處理裝置系統(tǒng)框圖中信號處理模塊工作流程圖。(a)為聲學噪聲信號處理模塊工作流程圖，(b)為沖擊信號處理模塊工作流程圖，信號處理模塊工作流程說明如下(1)FPGA配置。上電后，F(xiàn)PGA通過JATX口從PROM內讀取配置代碼，F(xiàn)PGA配置為專用信號處理器；(2)外部復位。FPGA收到RESET信號后，電路內部復位；(3)產生控制信號。FPGA產生用于多路開關、A/D變換器和422串行總線接口控制的各種時序控制信號；(4)數據處理和輸出。FPGA讀入量化后的輸入信號，實時處理輸入數據，并根據圖4所示的時序，將處理結果通過422差分接口輸出。
(5)數據清零。如果FPGA配置為沖擊信號處理器，則FPGA收到CLEAR信號后，沖擊信號處理結果清零，重新開始新的計算。
圖6為圖2所示隨機信號處理裝置的兩個信號處理模塊的輸出時序。圖6中Fram_Syn為幀同步信號，Requst_Plus為請求輸出脈沖信號，Code_Syn為碼同步信號，PCM為信號處理模塊輸出信號。外部幀同步信號同時送給所有信號處理模塊，每個處理模塊在收到幀同步信號后，基于FPGA的信號處理器按芯片預先設計輸出順序，分別選用不同時刻的請求輸出脈沖信號選通圖4中422差分發(fā)送器U4的控制輸出端(A/BCNTL)，將處理結果輸出。
權利要求1.一種隨機信號處理裝置，該處理裝置包括電源模塊和信號處理模塊兩部分，其特征在于采用可編程門陣列(FPGA)完成對隨機信號實時處理。電源模塊將輸入28±3伏的電源隔離并轉換為信號處理模塊所需要的5伏、3.3伏和2.5V電源，提供信號處理模塊正常工作所需要的電源；信號處理模塊完成對隨機信號的實時處理。每個處理模塊的輸出結果分時獨立輸出，增加或減少信號處理模塊的數量，可改變處理通道的數量。
2.根據權利要求1所述的一種隨機信號處理裝置，其特征在于信號處理模塊中FPGA加載不同的設計代碼即可完成對不同信號的處理；
3.根據權利要求1所述的一種隨機信號處理裝置，其特征在于同時完成多路隨機信號的處理；
4.根據權利要求1所述的一種隨機信號處理裝置，其特征在于能同時完成不同種類隨機信號的處理；
5.根據權利要求1所述的一種隨機信號處理裝置，其特征在于多個信號處理模塊的組合，可擴展信號處理通道。
專利摘要本實用新型屬于信號處理領域，它公開了一種隨機信號處理裝置。該裝置包括電源模塊(1)、信號處理模塊(2)兩部分，其中，信號處理模塊基于可編程門陣列(FPGA)實現(xiàn)，F(xiàn)PGA加載不同的設計代碼即可完成對不同信號的處理；多個信號處理模塊的組合，可方便擴展處理通道。該裝置可用于對飛行中的火箭、導彈和飛機，高速運動中的汽車等物體的內部振動、噪聲和沖擊環(huán)境測量信號的實時處理，也可用于對隨機信號的頻帶壓縮。
文檔編號G08C19/00GK2566591SQ0229100
公開日2003年8月13日 申請日期2002年12月13日 優(yōu)先權日2002年12月13日
發(fā)明者諶德榮 申請人:諶德榮