舰船电子技术范文
时间：2023-09-25 18:24:32
导语：如何才能写好一篇舰船电子技术，这就需要搜集整理更多的资料和文献，欢迎阅读由公务员之家整理的十篇范文，供你借鉴。
篇1
[计世网独家]（作者 陈剑波）我国机关和企事业单位的传统行文媒介是以带有公章的红头文件为准的纸质文件，公章是其单位身份的象征。这种纸质公文传输是一件普通而又非常必要的日常工作，需要经过计算机排版、工厂印刷、邮政分发等多个环节，周期长、效率低，而且容易发生错误投递或公文破损，安全性差，成本高。如何实现机关各部门、单位之间的无纸化电子公文交换，提高效率，降低成本，是电子政务建设部门所关注和思考的一个重要方面。
建设电子公文传输系统正是针对这种需求在机关办公公文交换、传输方面所迈出的重要一步。所谓电子公文传输系统，就是利用计算机网络和安全技术，实现机关部门、单位之间的红头文件的起草、制作、分发、接收等操作，以电子化公文传输模式取代传统的纸质公文传输模式。公文先经过计算机排版，制作成含红头和公章的电子化公文文件，再经过加密，通过计算机网络直接发送给接收方，接收后再通过解密处理，还原得到内容和版面与发送方完全一致的公文文件，最后还可用彩色打印机打印出含红头和公章的公文。其所有过程均通过计算机在网络中进行，从而大大缩短公文传输的过程，并有效提高公文的安全性能。本文结合笔者实际工作经验，针对电子公文传输系统的特性要求、架构功能和关键技术等方面进行了系统性的分析,并介绍了一种比较成熟的电子公文传输系统。
电子公文传输系统的特性
电子公文要取代纸质公文作为政府和企事业单位的主要行文媒介，其制作、传输和收发流程必须满足一定的要求。这包括：
1.公文的安全性
电子公文无纸化传输的首要要求就是安全。由于网络环境的广泛性和复杂性特点，普通电子文件很容易在网络传输过程中被截取和篡改，而电子公文文件具有保密性和不可抵赖性的特点，是绝对不允许出现此类安全漏洞的。因此，电子公文系统必须要有可靠的电子签名、加密等先进技术作安全支撑。
2.传输的高效性
由于网络环境的复杂性特点，要保障电子公文的畅通传输，必须要尽可能地降低网络传输的数据量。本系统在进入数据加密之前，首先进行了LZW算法的数据压缩处理，文本文件的压缩率将近1/1000，从而有效控制了公文传输的数据量。
3.操作的简便性
系统使用对象涉及机关工作各部门及相关单位文秘人员，多为非计算机专业人士，因此其操作必须力求简洁、方便。本系统设计时仿照电子邮件的操作模式，类似收件箱、发件箱的操作，操作人员只要会电子邮件的收发，就能立即掌握系统的基本操作。
4.环境的适用性
优秀的公文接收、浏览软件必须能适应各种软件环境。系统应提供图形化的电子公文传输模式，从而使公文接收端无需与公文的发送端具有相同的软件环境，如不需要相同的字体环境、不需要相同的操作系统、不需要相同的字处理软件，甚至接收端不需要安装任何字处理软件。
5.系统的集成性
一个优秀的软件系统必须是一个开放的系统，必须能够提供有效的途径，可以与用户的其他相关系统之间进行数据交换。本系统提供了以复印件图片文件形式输出公文的能力，以使其他系统可以直接利用所接收的公文数据，与其他系统进行集成。
电子公文传输系统的架构与功能
本系统以Lotus Domino/Notes作为构造整个系统的管理和传输的平台，公文数据存放在集中统一的Domino服务器中，单位与单位之间的公文传输直接在Domino服务器上的不同数据库之间进行复制、拷贝，公文文件的制作、接收、浏览则通过客户端软件实现。
Domino/Notes平台是我国政府系统内部通用的办公自动化应用平台，采用该平台实现公文的制作、分发和管理，便于公文系统与办公自动化系统的衔接，利于公文的内部流转处理，同时可以充分利用Domino/Notes平台的安全特性，保证公文系统的安全。本系统实现了公文制作管理、公章管理、盖章管理、分发管理、日志管理等一系列功能，主要由发文操作、收文操作、文种与红头、电子公章管理、系统日志等骨干模块组成。文件起草、编辑排版后以虚拟打印的方式生成公文草件，系统导入草件后，根据草件所对应的文种类型自动套印公文红头，由专人加盖电子公章，制作生成正式的电子公文。然后确定公文接收对象、设定原件打印份数限制，再根据收文对象加密电子公文，最后分发或抄送给对应的接收单位。公文发送方在电子公文发送后，可以跟踪公文的接收情况、原件打印输出等情况，还可以对发出的公文进行收回操作。接收方在接收电子公文之后，可以加盖接收单位的签收章，可以以彩色原件的形式打印输出，打印份数受发送方设定的控制。也可以黑白复印件模式生成TIFF格式图片文件，用于在接收方的内部OA系统中文件轮阅。
系统主要业务流程如下图所示：
电子公文传输系统以DES和RSA相结合的加密方法，采用通过国家商业密码委员会认证的硬件加密产品，实施电子公文的加、解密操作，具体来说有以下几个步骤：
1.公文的生成和制作。首先要运用公文制作单位的硬件加密狗，通过该单位的硬件私钥密码进行电子数字签名，从而确保该公文的合法性和可识别性。
2.公文发送。首先通过DES算法加密电子公文的正文，根据收文单位获取对应的收文单位公钥，通过RSA算法以该公钥加密DES的解密密钥，并输出给收文单位。
3.公文的收取。收文单位获取到加密后的收文后，首先通过本单位的加密狗私钥进行RSA解密，获得经过DES加密的电子公文正文的解密密钥，再通过DES算法解密获得电子公文的正文。
4.公文的验证。收文单位对解密后的收文，以发文单位的公钥进行收文的电子签名验证，从而确定来文的合法性。
在电子公文传输系统的设计中涉及以下关键技术：加密与电子签名、电子公章的安全、公文的原样输出以及与OA系统的无缝对接等。
加密和电子签名技术
电子公文系统安全的最基本要素就是文件的加密、解密技术、电子签名和验证技术。传统的数据加密方法大致有两类：对称加密和不对称加密。对称加密指的是通过一组随机产生的密钥加密原文数据，其产生的密文在解密还原时，必须使用其加密时的密钥。
对称加密算法的代表为DES算法，它具有加密速度快，强度高等优点，但存在必须通过网络传递密钥的问题，从而产生安全隐患的不足。不对称加密指的是接收方首先产生一对密钥：公钥和私钥。公钥，即用于发送给加密方的密钥；私钥，即保存在接收方本地的密钥。该对密钥有这样的特点：通过公钥加密的数据，必须通过私钥解密；同样，通过私钥加密的数据（通常称为电子签名），必须通过其对应的公钥解密（通常称为签名验证）。
不对称加密算法的代表为RSA算法，这种算法不需要在网络中传输私钥，因此在网络传输中安全性较高，但由于其基于大数运算，速度较慢，不适用于大数据量的加密。
本系统在加密技术上结合了上述两种不同加密算法的优势，通过DES算法加密数据量较大的电子公文正文，而通过RSA算法加密数据量较小的DES解密密钥。这样，接收方可通过自己的RSA私钥解密获得电子公文正文的DES解密密钥，再通过DES算法解密获得电子公文的正文。
电子签名从技术角度而言，主要是指通过一种特定的技术方案来鉴别当事人（主要指发件人和收件人）的身份及确保内容不被篡改的安全保障措施。世界上一些国家在电子签名立法中对电子签名技术选择方案时都采用上述的不对称加密方法为法定的安全技术方案。
电子签名具有以下几个特征：第一，确认主体身份。由于在电子签名过程中，私钥只能为发文者独家所拥有，正常情况下，没有其他人可以拥有和使用；第二，确认内容的完整和准确性。原文的资料经过多次加密及解密，以及公钥与私钥的完全对应性特征，经电子签名的文件资料内容不能轻易被篡改。第三，收付方验证过程是公开的。验证方在验证文件时是使用发件方提供的公钥，任何人都可以验证，确保公正性。
电子公章的安全技术
电子公章的安全保障是整个电子公文系统安全性保障的重中之重，因此涉及电子公章的安全技术显得尤为重要。
首先，电子公章制作时，以发送单位的硬件加密狗公钥加密公章数据，这样与硬件加密狗信息捆绑，以确保没有对应的硬件加密狗设备是不能加盖本单位公章的。
其次，电子公章的加盖有专用密码，并需要对应的硬件加密狗作身份验证。加盖电子公章时，通过计算获得电子公文文件的校验码，以发送单位的加密狗私钥对公章数据进行加密，即进行电子签名，再与公文正文信息合并。如果传输过程中公章信息与电子公文分离，将无法还原显示电子公章。电子公章的显示采用矢量绘制的过程，并在显示前计算公文正文信息的校验码，对电子公章数据进行解密，即签名验证，如果有任何公文信息的变化都会导致电子公章的解密失败。
电子公章既包含用以显示公章图形的可视信息，又包含用以数字电子签名的私钥数据。电子公章的显示必须要有所属单位的对应公钥数据，也只有正确地对应公钥数据才可以显示出可视的公章图片信息。同时，矢量化的公章绘制技术，确保了公章无法通过拷贝、粘贴等方法被非法截取。系统对公章图片进行矢量化处理后，确保该图片信息只有在该电子公文传输系统环境内部才有效,确保公章关键信息不被非法截获和使用。具体操作有：读入BMP图片文件，解读BMP点阵，构造矢量数据，存贮矢量数据，再以本单位加密狗私钥对存储的矢量数据进行电子签名，以使矢量章具备可识别性和法律性，最后再以本单位的加密狗公钥对已签名的公章实施加密，从而获得与硬件加密狗捆绑起来的加密公章。
对于电子公章的使用，系统提供了严密的日志跟踪措施，所有公章的制作、使用都有详细的日志记录。同时，由于电子公章的使用离不开硬件加密狗的加、解密操作，公章的主要数据信息通过硬件加密狗存储，没有硬件加密狗设备，也就无法使用电子公章。这样，可以方便用户以符合传统公章管理制度的方式保管电子公章，可以将加密狗保存在保险柜中。
公文原样输出技术
电子公文作为传统纸质公文的替代，最基本的一条要求是，所有的公文接收单位，不管其操作系统是什么、配套软件如何，其公文输出必须与发文单位在内容、版式上完全一致，不能有任何偏差，所有收文单位的收文原样纸质文档将通过本地打印获得。
要满足原样复原这一要求，一般有两种技术：一种方式是收发方所有机器采用相同的软硬件环境，另一种方式则直接采用图片照排的形式。本系统采用虚拟打印技术，通过提供虚拟打印驱动的手段，对发文单位排版编辑后的文件以虚拟打印模式直接获取发文单位的打印输出图片，所有电子公文的后期制作、显示都是基于该发文单位的打印输出结果而来，从而确保了所有收文与发文单位在编辑时完全一致的要求，真正实现了电子公文制作、分发的所见即所得，而不强求系统环境的一致性，满足了系统环境的适用性要求。
获取的图片必须既能保证打印输出时的高分辨率要求，又能保证用于屏幕显示时的低分辨率不失真要求，另外还需考虑尽量降低图片的存储空间，以减少图片处理的时间，提高公文传输的效率。因此，系统虚拟打印输出的图片采用了矢量化格式，既保证了输出图片的高分辨率，又极大缩小了图片的存储空间。采用图像灰度化技术和图片优化算法，并根据实验确定了既能保证打印清晰度，又能尽量减少处理时间的图片分辨率，使得高分辨率的打印图片可以实时高效地转换为用于屏幕显示的低分辨率图片，同时满足屏幕显示和打印输出的系统要求。
LZW压缩技术
LZW压缩技术是一种比其他大多数压缩技术都复杂，但压缩效率较高的压缩手段。其基本原理是把每一个第一次出现的字符串用一个数值来编码，在还原程序中再将这个数值还成原来的字符串，如用数值0x100代替字符串"abccddeee"。这样每当出现该字符串时，都用0x100代替，起到了压缩的作用。至于0x100与字符串的对应关系则是在压缩过程中动态生成的，而且这种对应关系是隐含在压缩数据中，随着解压缩的进行，这张编码表会从压缩数据中逐步得到恢复，后面的压缩数据再根据前面数据产生的对应关系产生更多的对应关系，直到压缩文件结束为止。LZW是可逆的，所有信息全部保留。采用LZW压缩技术，可以达到高效率压缩数据的目的。
前文已经描述，为了满足电子公文传输系统的高效传输要求，要尽可能地降低网络传输的数据量，为此在进入数据加密之前，首先要进行LZW算法的数据压缩处理，将文本文件压缩至将近1/1000，从而有效控制了公文传输的数据量。
与第三方OA系统的无缝对接
电子公文传输系统可以做到与第三方OA系统进行整合，将电子公文数据整合到OA系统里面。简单来说，与各单位内部已有的OA系统对接，就是要做到接收方能将电子公文系统的收文转入到OA系统的收文登记，发送方能将电子公文系统的已发公文作OA系统的发文归档。本系统设计了一种基于HTTP协议的开放接口模型，发送方或者接收方的OA系统无论其是何环境，只要按系统规定的格式提供基于Web网页的接收表单，将该表单有关的URL、字段名等信息在电子公文传输系统的本地INI文件中做好定义，就可以自动将公文按TIFF格式转换成本地图片文件，再将图片文件上传到Web表单中，从而实现与该OA系统的无缝连接，满足系统的集成性要求。
篇2
数字化技术促进卫星电视大发展，同时，也为卫星地球站节目传送工作提出新的挑战。如何监控节目的有效传送、保障节目传送安全?是从业人员一直在摸索与实践的主要内容。
笔者试图分析卫星数字系统及数字化节目本身所具有的特性，结合实践经验，探索基于传输流以及频谱分析的监控技术新思路。
卫星数字电视传输系统模型
目前，国内卫星数字电视系统采用DVB-S标准，其信源编码采用MPEG-II标准。如图1，典型卫星地球站，主要包含节目压缩编码、节目复用和QPSK卫星调制等地面设备，以及为保障节目安全传送所必需的监控和备份冗余设备。
1、上行设备
数字化的卫星电视上行系统与传统模拟系统没有差异，因为卫星频率资源的分配是确定的，不管基带是何种信号，都得依赖电磁波的空间传送来建立地空通道联系。
上变频器(Up convertor)，用于将已调制的中频信号转换成上行通道射频信号。固定卫星电视上行中频频率通常是70MHz，下行卫星中频为L波段。卫星转发器上下行频率必需严格符合空间频率划分规定的，C波段在 6GHz／4GHz，ku 波段在14GHz／12GHz，省级地球站大都租用C波段卫星转发器。
高功放(High power amplifier)，对小功率射频信号进行有源功率放大。使进入发射天线的信号有足够的功率，满足空间传送的需要。依据功率放大器件，常分为速调管功放、行波管功放和固态功放。这三种类型在功率增益、通道带宽、线性特性与使用寿命上各有优缺点。为有效抵抗非法信号的干扰，国内大都选用功率增益高的速调管功放。
2、信道编码设备
信道编码与调制一般集成于QPSK卫星调制器(QPSK modulator)中，是传输流与传送信号间的适配器，对传输流进行信道抗干扰编码处理，然后将数字基带信号调制成余弦波信号。
同步卫星离地面36000km。信号长距离的空间往返，自然衰落大，容易受自然界与其它通信链路的干扰。DVB规范对卫星数字电视系统的信道编码及调制方式有明确的规定，信道采用里得－所罗门(Reed-Solomon)码、帧交织和卷积编码等多级编码，提高检错纠错能力。调制采用正交四相相移键控(QPSK)，信号拾取能力较强。
3、信源编码设备
节目压缩编码器(Encoder)，对数字节目进行压缩编码处理，形成一定码率的压缩数字流，供存储或传输。
模拟信号需要通过采样、量化并且编码为格式化的数字信号，常见的编码器中都有这一功能模块。
卫星数字节目信源编码采样MPEG-2标准，压缩后的数字节目是以规范格式的节目流或传输流方式存在，许多节目可以互相嵌接在一个节目流中。因此，不管是单一节目还是多达几十套的节目形成―个数据流都必需受到系统层规范约束，完成这―功能的设备是节目复用器，有的直接含在编码器中。
传输监控方式改进思路的提出
1、数字化卫星地球站应关注的重点
复用器输出的信号是自带节目解码参数的数据流，根据保存或传送等不同的应用环境，被定义为节目流(Program streams，简称PS)或传输流(Transport streams，简称TS)，图2为我们表明了电视信号经过压缩及打包处理形成传输流的过程。传输流应用在卫星电视传送中，包含了卫星地球站需要传送的所有节目内容。
我们知道，数字节目移相键控调制与模拟节目频移调制两者在频谱上的表现完全不一样，正是因为传输流数字化的信号可以被伪随机处理，经QPSK调制形成的频谱图看起来也是非常有规律性，能量被均匀地分配到带内各频点见图3。
数字节目的接收解码具有“阀值效应”的特点。接收信号信噪比下降到一个阀值以下时，接收解码设备是完全无法解出信号的，这时所有信号与噪声无异，与模拟卫星信号的渐变过程有很大的区别。高于阀值时，节目质量并不是随着信号信噪比的增大而提高，节目质量取决于传输流信号本身。
2、监控方式与环节应有所改进
在卫星数字电视广泛应用之前，不管是无线还是有线，电视传输部门(如微波站、地球站)，接入的信号大都是模拟视频信号及伴音。久而久之，习惯上都以模拟电视信号作为传送质量监控的出发点和目的。依赖人眼看、入耳听以及模拟视音频测试来判断节目质量。
虽然节目数字化已广泛应用，但这种传统的监控方式仍然延续至今，大多数的地球站、有线站采用大量的人力来完成传输质量监控，在系统链路上，每一环节都以看到电视画面来判断传输质量好坏。我认为，这种仅依赖于最终节目的监控方式，实际上遗漏了信号传送过程许多中间细节，忽视了接收信号劣变过程中传输流、频谱等信号变化规律，是需要进一步改进的。实际信号质量在传输流阶段就已确定，却在信号监视上增加了解码环节，使判断增加不确定因素。
再复杂的传输流，在实际信号表现上，与普通计算机数据流一样，是以010101类型组成的数字码元串。这种信号便于计算机保存、比较和分析。
所以，以正确传送节目为主要任务的卫星地球站，可以抓住卫星数字电视系统内在规律，忽略掉原有监控方式的前后一些环节，建立智能化的的运行监控体系见图4。
传输流含义与内在参数分析
传输流是由MPEG-2系统部分规定的，按固定长度(188字节)打包的数据流信号。在―个传输流中，可能包含多达几十套电视的节目数据。清楚了传输流是如何管理各种数据信息、如何组织不同节目数据，将让我们有信心采用以传输流为基础的监测管理系统。
1、传输流结构
如果形象地将一路传输流想象成一列发往目的地的火车，我想并不过分。所有的内容都被分配在以188字节长度的一段段数据包中(见图5)，数据包由报头和载荷两部分组成。
载荷是传输流要传递的有用内容，以连续字节组成，可以是：节目基本流数据(PES)，节目特定信息(PSI)，以及其他的填充数据或空包。
报头则类似于车厢管理员及搭载货物清单和目的地址，将数据包有效地组织起来，是传输流有效的前提基础，主要有以下几部分组成：
(1)固定值为0×47的包同步字节，是传输包正确传送的同步信息；
(2)传送错误标志，表示所传送的包数据是否有误码，常用于判断误码率；
(3)包标识码(PID)，表示载荷数据的类型或节目归宿；
(4)适配场，是报头中灵活而且对传输流分析又非常有用的数据段。适配场进一步确定了载荷信息，如节目时钟参考(PCR)、传输私有数据以及时间标志等信息。
2、打包基本流(PES)
打包基本流是将基本流(ES)分隔打包形成的数据流。PES进一步分隔打包，成为TS的载荷部分。这样，在结构形式上逐层重组，使压缩形成的视频、音频等节目基本流能够被灵活地传递或保存。如图6，不同形式信号的对应关系，为我们将传输流作为分析判断基础提供了合理的依据。
3、节目特定信息(PSI)
节目特定信息规定了解码器能成功解复用，重新组成一路或多路节目基本流，或对节目解扰等应用所需的信息。PSI是TS所传递的重要内容，是进行传输流测量和分析的依据。
节目特定信息用于解码，在传送时是不可以加密的。如表1，实际传输流分析时，可以观测到PAT、PMT、NIT等传输流关键信息，了解系统前后端这些数据的一致性，用以快速判断传输流的传送质量。
卫星数字电视下行信号特点探讨
1、卫星数字信号衰落及受干扰因素分析
卫星通道优势在于通路建立灵活、覆盖范围广。但是，这种特点也决定了信号衰落大，并且容易受到干扰。从数字卫星电视系统整个环节来考虑，可以将引起信号衰减和链路干扰的主要情况总结如下：
(1)基带信号码间干扰：在处理、发送或接收基带时，码间互相干扰造成了数字信号无法正常重现，它依赖于设备性能，难以克服。
(2)带宽限制：调制、通道带宽的限制，都会将部分能量虑除，使信号衰落。
(3)相位噪声及交调干扰：由于本振相位噪声以及各种设备工作于非线性区域的实际存在，造成了难于克服的系统自身无用信号的产生。在实际系统组建及运行中，只能选择性能好的设备(包括发送与接收)、调整好各设备的信号工作点参数。
但是，为了防范非法信号的干扰，在实际传送时，卫星公司一般将转发器工作点设置在临近饱和点甚至直接工作于饱和区，使转发器的信号交调干扰非常严重，影响传送通路质量。
(4)天线因素：天线效率、旁瓣特性、馈源膜遮挡、端口间干扰，都影响发送或接收信号。
卫星漂动，天线指向及极化偏差也会引起信号衰减或引进干扰信号，是日常运行所需要注意的地方。
(5)大气因素：大气对空间信号的反射、吸收以及大气热噪声的存在一直是卫星通道链路中不确定因素。雨衰就是最经常碰到的一个现象，需要在系统运行适当微调发射功率克服。
(6)空间、馈线损耗：星地间距离远，C波段上行和下行损耗都近200dB，是该类系统所需要克服的主要信号衰落因素。
(7)宇宙、天体和地面噪声因素：天体噪声如直接进入发送或接收天线，对通道的影响是巨大的。如日凌现象就比较典型。地面自然或人工的电磁活动也是常见的噪声来源。
(8)同通道干扰：有客观形成的，也有人为造成的。
客观方面主要有临近卫星的信号进入带内、相邻信道的信号进入带内、交叉极化的信号进入带内，地面雷达或通信信号进入带内。
人为干扰主要可能是其它地球站无意间进入通道造成。近几年来，“”利用卫星通道这种特点，恶意地发射信号，影响卫星电视的正常传送，是系统监控与运行管理需要防范的―个重点。
2、Eb／No与误码率(BER)是反映通道质量的特征参数
比特能量与噪声功率谱密度的比值(Eb／No)用来分析数字链路性能，实际上是信噪比(S／N)在数字通信中的更容易理解的―种表示。因为数字信号可量化性，Eb可以看成信号功率(S)×比特持续时间(Tb)，而No可以看成噪声功率(N)÷带宽(W)。如果信号比特率为R，则可推导出它们之间关系：
比特误码率(BER)是表示数字信号质量的基本参数。在线方式下，一般是根据RS解码特性，在无法正确纠错时，传输包报头第9位错误标志被置o，经统计获得接收传输流BER。该值应接近于当时通道条件下理论比特错误概率(PB)。如图7反映了PB与Eb／No对应关系。可以看出，对于给定错误概率需求，Eb／No要求越小，则信号接收能力越强。从另一角度来看，到达接收端Eb／No值越大，则信号BER越小，接收性能越接近于无误码要求。卫星数字电视通道采用RS和维特比级联编码，编码增益可达到3-6dB。根据DVB-S规定，对于3／4维特比编码信道，要求RS译码后达到准无误码、或维特比译码后BER=2x?0-4所需的Eb／No≥5．5dB，这是用于判断系统性能的一个重要参考门限值。
实际卫星通信系统中，不管是何种原因造成的信号衰落，实际上都表现为接收信号功率(S)的下降，而各种干扰则表现为接收无用信号及噪声功率(N)的增大，从而使接收Eb／No下降。如果系统中，还存在严重的码间干扰，会使误码率进一步加大，最终影响电视接收质量。
3、对卫星频谱变化情况的实践观察
MPEG数字电视信号有相当高的压缩率(一般在30倍以上)，一路标准清晰度电视的传输流数据率大约4-7Mbps。调制载波所占用的通道带宽在8MHz以内。因此，省级卫星数字电视传送大都是几个省共用一个卫星转发器，图8是一个实际转发器卫星下行信号频谱。
实践表明，结合转发器饱和特性，通过分析信号接收频谱，能直观地找出与链路状态相关的有用信息，帮助我们快速判断传送质量、确定干扰。多载波共用转发器时，常见下行频谱特点有：
(1)正常，情况下，载波带内信号功率幅度和带外噪声功率幅度基本保持不变，与卫星信标幅度相对差值也保持恒定。
(2)正常情况下，几个载波的信号功率幅度基本保持一致。因为转发器功率局限以及交调情况的存在，任何载波实际幅值过大都会影响其它载波通道，而处于转发器中间区域又是交调干扰最严重的地方，在频谱上可以看到中间区域噪底往往高于两端。
(3)卫星转发器以极化隔离方式进行频率复用，常为线极化。如果发射端未对好正确的极化，或者接收端未有效隔离开交叉极化信号，或者地球大气电磁活动影响了正常信号极化，相邻极化信号往往会落人带内，这时
在频谱上的表现是扰的某一端载波幅值偏高或闯进新的载波，容易给通道实际情况造成误判。
(4)雨衰同时对信号上行和下行造成衰落影响，对于C波段信号，暴雨时信号上下行总雨衰可达3-5dB。这时频谱上的现象是噪底基本保持不变，但全部信号幅值快速下降。雨衰对信标的衰落接近于信号总衰落的一半。
(5)日凌现象，太阳在微波频段内的能量谱仍然是非常大，如果发射天线刚好对准太阳，一方面，天线将接收上行频段能量，被发射到卫星上，造成转发器饱和；另一方面下行频段能量被天线接收直接干扰到有用信号。卫星的覆盖区域非常大，离发射点较远的接收端，有时仅仅是受到下行频段太阳能量干扰。所以，日凌在接收频谱上表现较为复杂，一般呈现白噪声干扰现象，严重时现象是噪底大幅抬高而载波幅值变化不大。
(6)转发器饱和，有几种可能：卫星设置的工作点不在线性区，交调产生干扰信号，在频谱上表现为中间区域噪底抬高，这时整个转发器载波幅值包络也呈现中间高两边低；更多的情况是由某个频点的单载波干扰或某个载波幅突然增大造成的，在频谱上某个频点或载波幅值大幅提升，其它频点信号却呈现“被压缩”的幅值下降现象，噪底相对幅度大幅抬高；前面所述日凌以及其它白噪声严重干扰造成的饱和，频谱上与第一种情况类似。
(7)单载波干扰，有星上干扰和地面干扰两种情况。星上干扰频谱现象如上所述造成饱和，不是很严重时则表现为单频高幅值，也有可能被正常信号所掩盖，在频谱上看不出来。地面干扰则通常表现为某频点高幅值的单频信号，其它特征变化不大。
(8)调制载波干扰，通常表现为某一载波幅值提高。这时候，从频谱上会给我们一个错误的判断，以为自己发射功率偏大，如果直接进行下降功率操作，会使受干扰情况更为严重，甚至被非法信号利用。所以，这时必须依赖误码率或实际节目内容检测等其它手段加以区分。
(9)发射天线或接收天线指向有偏差，通常以信标电平下降为表征。在接收信号频谱上会看所有信号幅值下降，而且本系统传送信号幅值下降更多。这时，也会对自己发射功率产生错误判断，实际应用上应结合信标值和发射功率实际值予以区别。
(10)卫星姿态不稳、漂动或电离层摄动，这是卫星通信普遍存在的现象，只是表现的严重程度不一。正常情况下在频谱上呈现为信号幅值缓慢的长周期性高低变化，在极化上也会有细微的变化。严重时，则呈现信号幅值快速的短周期性变化，或者与邻极化信号互相干扰。
基于传输流与频谱变化特点的自动化播控方案
通过上述分析，我们知道卫星数字电视传送系统具有各种信号特征和频谱变化特点。实时采集各种特征参数，结合计算机网络和自动化技术，可以将我们日常监测和设备管理工作交由自动系统完成。
如图9，给出了C波段数字化卫星地球站传送质量自动控制逻辑的框架思路。可以说是一个经验程序，就如同一名值班工程师，在准确掌握了上下行传输流特征参数、掌握关键点的误码率、掌握接收频谱的变化等数据后，应该作出的判断以及控制操作。
如图9，系统运行中对干扰以及传送质量做出判断之前，首先应确保上行系统及信号的正确。对有源设备系统，可以采集设备工作状态，判断正常与否，自动提出报警、冗余切换、保存各类记录。对于无源的天线系统，实际状态是不容易获取的，这里通过实际指向的测定、以及信标接收电平，间接判断指向是否正确性能是否正常；通过人工的周期性检查，判断天线是否有严重的物理故障，补充自动判断的不足。
从两个方面来分析传送质量或判断干扰，一是采集接收信号误码率或Eb／NO值，二是采集接收转发器频谱，两者都会有一些明确的判断结论，如逻辑图。
对传输内容的分析则是对上下行传输流特征参数的比较和对传输流逐字节的比对，两种方法互相补充，可以比人更加准确、更加快速得出判断结果并采取对策，大大提高防范效率。
对空间信号频谱的分析，首先，可以依据日凌、单频干扰等特征，予以识别处理。然后，依据载波幅值的变化情况进一步分析，自动对系统电平做出适当的调整，自动跟踪其它载波幅值的不正常上升，避免受到其它载波影响。
如果将误码率与频谱结合起来分析，可以对带内隐藏的非法调制载波信号作出早期预测，及时采取措施，如图中所示(载波幅值偏高但接收误码率却超出门限的情况)。我认为在抗“”干扰的各种措施中，这项预测在时效及准确性上是有优势，值得进一步探讨。
篇3
关键词：数字电视；有线传输系统；信号处理；关键技术
经济的全球化使得很多关键技术都实现了全球化，数字电视有线传输系统发送端信号处理的关键技术就是其中之一，这种技术的发展得益于信息化技术在全球的发展，也正是因为信息化技术发展得越来越迅速，这使得人们对信号服务质量提出了更高的要求，如何制作出高质量的电视节目，成为电视行业一直关注的课题。接下来，笔者就数字电视有线传输系统发送端信号处理中的关键技术的相关问题做进一步的分析。
一、数字电视有线传输系统发送端信号的干扰源分析
信息化技术在全球的发展使得相关产业逐渐实现了数字化、网络化，在这种条件下，人们对信息服务质量有了更多更高的要求，很多的国家都在开发高速宽带信息网络技术。人们不仅需要有线电视具有传统电视的功能，更需要电视在高科技的带动下能够提供海量信息，具有更多种类以及功能的服务。这就要求有线电视必须做出相应的改革，不再利用传统的广播电视模式，而是应该融入更多的高科技元素，这样才能满足人们对有线电视的各方面要求。接下来，笔者就首先分析一下数字电视有线传输系统发送端信号的干扰源。
影响数字电视有线传输系统发送端信号源有很多因素，这些因素都对信号的传输产生了非常大的影响，最主要的就是产生叠加的噪声，这种噪音在特别严重时会造成接收端的误差，这样就非常容易形成误码。通常情况下，因为噪音而出现误码的情况主要体现在两方面，一方面是由于冲击噪声而产生的误码，这种误码往往是突发性的，另一方面是由于随即噪音而产生的误码，这种误码往往也是随即性质的。当出现的误码情况不严重时，就会出现图像不稳定的现象，但是如果情况很严重，就不能实现信号的准确接受。初始的数字电视信号一般都是通过调制压缩和信源编码，这种方式降低了信号抗误码的能力，在这种情况下，只有在其信源编码之后，再利用信道编码的方式给予其控制差错的功能，这样就能保证信道中传输的安全可靠性。
二、数字电视有线传输系统发送端信号处理
数字电视中的差错控制一般都是利用前向纠错的方式，所谓前向纠错简单的说就是指在发送端对信号进行处理，这样做的依据是在传输信号的序列上对附加码元进行有效的添加。这样才能保证信息码元和添加的码元之间存在固定的关联规则，如果码元间的这种关系出现损坏的情况，相关人员就可以利用原来码元之间的固定关系来对误码进行修正。这样就提高了数字电视有线传输系统发送端信号的抗干扰能力，有利于人们更好的观看高质量的电视节目。
三、数字电视有线传输系统发送端信号处理中的关键技术分析
上文中笔者简单的向我们阐释了数字电视有线传输系统发送端信号的干扰源及其处理，我们对数字电视有线传输系统发送端信号处理的相关问题有了进一步的了解。那么，数字电视有线传输系统发送端信息处理中的关键技术有哪些呢？笔者总结如下：
1.、能量扩散技术
所谓能量扩散技术简单的说就是能量随即分布，在有线传输系统的发送端，对数字电视有线传输系统发送端的信号进行处理的一种技术。能量扩散技术的主要功能就是避免数字电视信号能量过于聚集在载频上，这样就大大降低了其他设备对信号干扰能力，而且还有助于修复接收端的载波。利用这种技术，可以在信号发射之前对信号进行二进制的随机化处理，这就使得信号数据能够很合理进行分布，更有利于数字电视传输系统接收端对信号的接受。
2、R-S编码技术分析
数字信号在传输过程中错误的产生具有随机性，呈现出随机分布的特性，码元错误的发生彼此相互独立，成片误码的出现时很少见的。这是现象是受到来自信道中随机噪声的影响所引发的，为了提高信道自身的纠错能力，有线传输系统发送端通常采用R-S编码技术对随机性误码进行解决。R-S码是一种分组的线性循环码，当误码发生时，R-S 编码技术可以连续对突发性误码和随机性误码进行纠正。
3、卷积交织技术分析
卷积交织技术能够使长串的误码在多个R-S编码帧中实现分散，使其存在于R-S 码的纠错能力范围当中。这种发送端技术的采用即时存在个别难以纠正的误码，但是由于在图像上分布过于分散，不会引起视觉的敏感，从而达到掩错的效果。
4、数字调制技术分析
综上所述，由于有线数字电视技术固有的“门限效应”，有可能使得相邻的两个用户中的一户能够很好地接收节目，而另一个则完全收不到节目。通过终端信号电平、调制误差速率比、误码率的测试，定论三大指标质量，它是判决有线数字电视的QoS 的手段之一。因网络（不包含SDH） 传输系统三大指标的二及因设备电磁兼容性问题引发的发送错误将对机顶盒产生如下影响：无法对来自终端口的QAM信号解调。所以要进行数字调制技术的配合，所谓数字调制技术指的是将数字符号向适合于信道特性波形转换的过程（虽然在数字点数传输标准中对于信道编码的方式基本类似，但是在体制的方式上仍然存在着差异化的选择，根据卫星、有线、地面广播等的传播形式，对符合各自传输特性的调制方式进行选择。信号调制技术是通过使用正交波载来对两路的信号进行分别的双边带波载抑制调幅而形成的，从而实现其自身的逻辑扩展，实现信号质量服务的最大化。受频带资源及网络电磁兼容性水平等的限制，现行有线数字电视前端到前端一般采用SDH传输，而前端到用户采用64QAM调制技术的模拟传输。
上述的这四项技术数字电视有线传输系统发送端信号处理都起着重要的作用，相关技术人员只有充分地利用这四项技术才能有效的对数字电视有线传输发送端信号进行处理。
四、结语
综上所述，通过笔者的介绍，我们了解了数字电视有线传输发送端信号处理中的四种关键技术，利用这四项技术能够很好的处理发送端的信号，这样就提高了数字电视有线传输系统接受端对信号的接受。本文是笔者依据自己多年的数字电视有线传输系统发送端信号处理经验总结a出来的，希望能够为相关人士提供借鉴，为我国数字电视有线系统发送端信号处理中的关键技术的发展提供参考。■
参考文献
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篇4
关键词： C8051F020; 多单片机系统; 并行处理; 声呐模拟器
中图分类号： TN710?34 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2015）02?0115?03
Design of sonar target signal simulator based on parallel multi?microcomputer system
ZHAN Chao1， 2， CAI Xin?ju1， LIU Shuang?qing3
（1. Department of Electronic and Information Engineering， Naval Aeronautical and Astronautical University， Yantai 264001， China;
2. Unit 92515 of PLA， Huludao 125001， China; 3. Unit 91341 of PLA， Donggang 118300， China）
Abstract： In order to meet the certain type of sonar system's needs for debugging and maintenance， a sonar signal simulator with parallel multi?SCM was designed. C8051F020 is taken as the basic processing unit in the system. The powerful LabWindows/CVI is used to conduct visual programming， which can generate the sonar signals in three modes. The results show that the system has advantages of flexible control mode， strong recombination ability， high reliability and short development cycle. It has a wide application prospect in the simulation field of sonar signal.
Keywords： C8051F020; multi?microcomputer system; parallel processing; sonar simulator
0 引 言
声呐（Sonar）原意是声导航与测距。随着各国对海洋探索、开发、争夺与控制的加剧，声呐的含义也得到了拓展，以致凡是利用水下声波作为传播媒体，以达到某种目的的设备和方法都称之为声呐;进一步将凡是用声波对水下目标进行探测、定位、跟踪、识别，以及利用水下声波进行通信、导航、制导、武器的射击指挥和对抗等方面的水声设备皆归于声呐这一范畴[1]。声呐设备在各种水上活动中有着广泛的应用，而在声呐的应用过程中为不断提高对水下复杂与安静目标的探测、识别能力，需要不断提升声呐设备的技术水平、训练水平，并进行定期的检测盒标校。声呐目标信号模拟器是完成以上工作的一条有效途径。本文根据某航空吊放声呐工作原理和工作模式，利用C8051系列单片机设计了具有主被动水下目标信号模拟和海洋噪声模拟功能的声呐目标信号模拟器，该模拟器具有16路可编程声呐信号输出和多路模拟、数字状态信号输出，具有较强的适应性和较高的可靠性。
1 声呐信号模拟器设计
声呐按工作原理可分为主动声呐和被动声呐两类。图1为主动声呐探测目标的工作原理示意图，发射机产生的声信号通过转换开关、换能器形成声波信号辐射到水下空间，从水下物体反射回来的声波信号被按一定规律布置的基阵接收后通过换能器转换为电信号再经过接收机的放大、滤波、采样送到信号与信息处理系统，进而提取出所需的信息。被动声呐基阵接收到的是水下物体形成的各类声波信号，信号处理的过程与主动声呐类似。声呐信号模拟器就是要模拟水下物体形成的主动或被动声呐回波信号，用于声呐设备的检测、标校和训练，其关键在于根据基阵排列方式模拟产生声呐工作所需的阵列信号。图2是本文声呐信号模拟器中一个单元（两路）声呐信号合成原理框图，所模拟的信号主要由目标信号和环境噪声组成，信号参数根据声呐工作方式和目标特性确定，信号产生则采用数字合成方式实现，阵列信号可通过多个单元并行工作组合实现。
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图1 主动声呐工作原理示意图
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图2 声呐信号模拟原理框图
1.1 常用主动声呐信号的数学模型[1]
1.1.1 单频矩形脉冲
单频矩形脉冲的时间函数可以表示为：
[st=Aej2πf0t， t∈0，T0 ， 其他] （1）
单频矩形脉冲信号的实部波形如图3所示。
<E：＼王芳＼现代电子技术201502＼Image＼15T3.tif>
图3 单频矩形脉冲信号的实部波形图
1.1.2 线性调频脉冲信号
线性调频脉冲信号（LFM）的时间函数可以表示为：
[st=Aexpj2πf0t+πkt2 ， t∈-T/2，T/20， 其他] （2）
式中：[k=FT]为信号的频率变化率，或称为调频斜率，[F]为信号的调频宽度。波形图和瞬时频率见图4。
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图4 线性调频脉冲信号的波形图和瞬时频率
1.2 被动声呐信号的数学模型
舰船、潜艇和鱼雷所辐射的噪声，是被动声呐系统赖以探测、跟踪目标的信号，水中航行舰船的辐射噪声通常由以下三部分组成：机械噪声、螺旋桨噪声、水动力噪声，其辐射噪声谱比较复杂，一般由连续谱和线谱组成，如图5所示。
<E：＼王芳＼现代电子技术201502＼Image＼15T5.tif>
图5 典型舰船辐射噪声功率谱的示意图
不同舰船噪声线谱的频率和幅值并不相同，这些线谱是识别舰船类型的主要特征[2]。只考虑线谱，用周期信号作为线谱的模型，其表达式为：
[g（t）=l（t）+i=1nxi（t）， xit=j=1NiAijtcos（2πjfit）] （3）
式中：[gt]为线谱噪声;[l（t）]为宽平稳噪声;[xit]为各线谱噪声源;[Aijt]为第[i]个噪声源的[j]阶谐波的对应幅度;[Ni]为第[i]个线谱噪声源的最大谐波阶数[3]。
1.3 海洋环境噪声的数学模型
海洋环境噪声，也称自然噪声，是水声信道中的一种干扰背景场[4]。它既不是由于水听器及其固有安装方式引起的“自噪声”，也不是某些局部的可辨别的噪声源产生的噪声，它是除去所有可分辨的噪声源后所“剩下”的那一部分。海洋噪声是各种噪声源的组合产生的，主要的噪声源有：潮汐以及波浪的水静压力效应、海洋湍流、波浪非线性互作用、行船、地震扰动、海面波浪、热噪声等，这里考虑可以用白噪声来模拟海洋环境噪声[5]。
2 声呐模拟器的软、硬件实现
2.1 声呐模拟器主要指标
根据需要确定的主要技术指标如下：
（1） 频率范围：1.5～3.5 kHz;
（2） 调频带宽：-70～70 Hz;
（3） 信号波形：脉冲或连续波;
（4） 脉冲宽度：10 ms～2 s;
（5） 信号幅度：1～100 mV;
（6） 输出相位控制：0.1°。
其他如输出阻抗、传感器信号、数字接口信号等未列出。
2.2 信号产生单元计与实现
根据确定的技术指标和功能，选取了以C8051F020单片机为核心的信号产生与调理单元设计方案，通过合理的程序设计，每单元产生两路模拟信号输出，图6为单路信号产生与调理原理框图，INT0为外部中断，由外部数字控制单元电路产生，使各单元同步工作，中断周期可根据输出信号频率进行设置。
<E：＼王芳＼现代电子技术201502＼Image＼15T6.tif>
图6 信号产生单元原理框图
图中，12位DAC输出信号幅度最大值为1.2 V;分压网络采用精密电子与继电器设计，四档1：0.1：0.01：0.001;LPF为有源低通滤波器，输出驱动电路采用超低噪声运算放大器OPA211，其在1 kHz处的噪声系数为1.1 nV/[Hz]，使输出满足负载匹配要求。
在产生信号采用查表法，静态表存储在单片机的Flash中，运行时根据设置的输出信号幅度（或功率），计算分压比和DAC输出信号系数，按该系数计算运行波形库，使DAC的输出范围控制在1～0.1 V，末端信号输出范围满足0.1～0.001 V要求。采用这种设计方法能够使单片机具有较高的运行效率、输出信号具有非常低的相位噪声。
在查表时，根据设定的信号频率和相位，计算起始地址和步长，当中断到来时根据地址查表并将对应单元的数据加载到DAC产生相应的输出，该方法不涉及乘除法运算，使输出信号的具有较高的频率上限。当产生调频信号时，按式（2）计算调频项步长，设采样周期为Ts、调频周期为T，调频信号斜率为k，则调频增量可按公式（4）进行迭代计算：
[SLFMn=0 ， n=0SLFM（n-1）+K02（n-1）+1， n=1，2，…，N-1] （4）
式中： [K0=πkTs2];N=[TTs]。
在参数噪声时，采样M?序列方法产生随机白噪声，与查表输出信号合成后一同加载到DAC。
2.3 系统软硬件设计
模拟器的系统组成原理框图如图7所示，系统计算机采用PC/104嵌入式计算机，控制程序采用LabWindows/CVI设计，控制界面如图8所示。系统计算机通过RS 232总线向信号产生单元和数字控制单元按一定的协议命令，接收单元通过对接收的命令解析后确定是否是发给自己的命令，若是则按命令要求进行完成规定的任务。
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图7 系统组成原理框图
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图8 模拟器上层程序交互界面
3 结 语
本文介绍了一种基于C8051F020单片机的声呐信号模拟器的设计与实现方法，该方法具有良好的适应性和可扩展性，能够根据声呐工作方向和基阵类型灵活控制信号参数，产生需要的目标回波信号和各种传感器与状态信号。
参考文献
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篇5
张炳炎院士是我国著名的舰船设计专家。1934年10月14日出生，1960年毕业于原苏联列宁格勒造船学院船制系。中国船舶工业总公司七院第七O八研究所研究员、博士生导师。长期从事舰船研究设计，作为总设计师主持研究设计的“向阳红10号”远洋调查船“813”远洋电子技术侦察船、700箱全集装箱船、综合海洋实习调查船、多用途直升机训练医疗船以及南极综合科学考察破冰船的开拓性研究等都是国内首次开发的大型系统工程。尤其是他作为总设计师主持设计建造的多型舰船都是国内首次自主研究开发的，不但结构复杂，技术难度高，而且具有重大风险，但结果均获圆满成功。张炳炎先后获得国家科学技术进步特等奖等奖励30余项，1995年他当选为中国工程院院士。
潜心研发 硕果累累
张炳炎，山东省庆云县常家镇孟家村人，出生在一个革命家庭。母亲的严厉管教和严酷的游击生活，造就了张炳炎独立自信、坚强刚毅的性格和胆大心细、机警应变的能力，凡是他认准的事，就一定要坚持到底。1955年，未满21岁的张炳炎在选择赴前苏联留学专业时，在第一志愿栏里郑重写下“造船”两个字，在第二志愿栏里又写下“造船”两个字，在第三志愿栏里还是写的“造船”两个字。1960年，张炳炎在前苏联列宁格勒造船学院船制系经过五年深造完成学业回国，投身于造船事业，创造了一个又一个造船“神话”，树立了一座又一座造船事业的里程碑。
1965年为交通部驻法国大西洋船厂监造师。1969年任“向阳红5号”船总设计师，成功地协调解决了增加续航力、压载和抗台风等重大技术难题，并执行了我国有史以来的第一次远洋调查，经受了强台风考验，圆满完成了任务；曾多次遭遇强台风并驶入台风眼，都安然返航，圆满完成了我国有史以来的第一次远洋调查任务和承担“580”远洋混成编队旗舰的使命。
1971—1979年设计13000吨级的远洋调查船“向阳红10号”，并创造性地解决了调查船的特殊抗风力、海洋调查船工作与抗台风对船的稳定性和耐波性要求的尖锐矛盾、大功率发信与收讯的电磁兼容、水声试验长期供电、大型直升机上船的机船结合等一系列重大技术难题，填补了国内空白。1980年，该船获国防科委重大科技成果总体设计一等奖，1985年又获国家科学技术进步特等奖。曾主持设计远洋电子技术侦察船，解决了影响船的快速性、耐波性等一系列技术难题，使其指标超过美国同型船，达到国际先进水平。
作为总设计师，张炳炎主持设计了我国首艘海监船“中国海监83号”。该船得到各有关方面的好评，业界认为，“中国海监83船是世纪精品之作”。 经多年实际使用，“中国海监83”船在外形上得到了“飒爽英姿”的美名，在功能方面有海监船队“旗舰”之称，在其技术经济指标和装备等方面被评价为“已进入世界领先水平的多功能大型中远程海洋监察船行列”，特别是该船参加了六国海上安保联合演习，与各国同类船相比中更凸显出其多方面的领先性。为满足公众和专业人员参观访问的需要，国家海洋局在广州筹建了“中国海监83船展馆”。
“海洋六号”是我国首次自行研发成功的天然气水合物综合调查船，具有完全自主知识产权。作为总设计师，张炳炎带领研发团队解决了两大难题：一是船的重量控制在标书规定的吨位范围内，取得重量与吨位的平衡统一，以及选择何种主尺度和船型能满足各种大型专用设备的布置和总体性要求；二是解决了国内外陆续出现的球鼻首和槽道式首侧推装置的船体开孔严重干扰深海多波束探测装置正常工作的前沿技术关键难题。该船的建成标志着我国海洋地质调查装备进入国际先进行列。
敢于吃苦 敢于创新
张炳炎作为舰船设计人员，特别是科学考察船的设计人员，经常需要深入考察最前线，亲身观测科学数据并体验工作环境，这样才能设计出满足要求的船舶。例如我国第八次南极考察队期间，为了适应改造南极考察船的需要，他们一行4人的船舶专家小组，乘坐“极地”号考察船亲赴南极考察。他顶着狂风恶浪、克服晕船、呕吐，坚持在全航程、特别是冰山林立、险象环生的南极海冰区中开展了船舶各项科学调研工作，完成了船舶无限航区环境条件研究。当船驶进浮冰区后，他顶着南极刺骨的寒流，多次往返于船头与船尾之间，仔细观察浮冰对船的撞击情况。他为了更多获取撞击的相关材料，冒着生命危险把身体倾向船舷，摄下了一组组珍贵的镜头。回国后，他结合考察提出了我国研制破冰船的关键技术攻关课题，完成了两型南极综合科技考察破冰船方案的研究论证和方案设计，填补了我国研究设计破冰船的空白。
当考察告一段落开始返航时，按他的年龄职称可以直接乘飞机回国，但他坚持乘船返程，因为他还要在船上观测整个南极大洋的洋流走向，同志们劝他说，飞机比船安全快速，他却说：“如果出现危险，遇险牺牲了，也是为了科学而献身，是值得的。”
张炳炎在50多年舰船研究、开发、设计生涯中，一直坚持敢走自己路，敢为天下先，敢承担风险，开拓出一条船舶科技创新的路子。
敢走自己路。上世纪七十年代，张炳炎创造性解决了远洋调查船的特殊抗风力、海洋调查船工作与抗台风对船的稳定性和耐波性要求的尖锐矛盾，大功率发信与收信的电磁兼容、大功率水声试验长期供电、大型直升机上船的机船结合等高端难题。
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>> 信息化条件下高职院校英语教学改革的研究与实践 深化信息化条件下军事地理教学改革的几点思考 信息化条件下的课堂教学改革 信息化条件下的高职院校高等数学教学改革探索 信息化条件下电路课程互动教学模式的探索与实践 信息化条件下教学结构的理论与实践研究 信息化条件下的现代教学模式研究与实践 信息化条件下中职专业课工作室课堂模式的教学改革 信息化条件下军事院校数据库课程教学改革探讨 军队院校信息化条件下士官英语教学改革探析 浅议信息化条件下高校教学管理的改革 信息化条件下心理健康课程教学方式改革研究 信息化条件下软件开发类课程教学方法改革 信息化条件下新装备教材的建设与实践 医院信息化条件下财务结算新模式的探索与实践 信息技术条件下会计电算化课程教学改革 信息化条件下教学环境浅析 浅谈信息化条件下的教学模式 信息化条件下的初中数学教学 信息化条件下“雷达原理与系统”课程教学模式创新研究 常见问题解答 当前所在位置：l介绍了大量的编码器内
容。通过此项措施，多数学生反映降低了学习的畏惧感，增加了自主学习能力，开阔了视野，增加了学习兴趣。
5 结束语
随着教育信息化建设的推进，越来越多的信息化技术应用到实践教学中，如何利用丰富的现代信息化资源与技术，运用先进的信息化教学方式改善传统教学模式中的不足，以提高教学效率，成为教育界关注的热点。笔者借助信息化技术对编码器部分教学进行了改革探索，实践表明：互联网、数字图书馆、仿真软件等信息化技术的合理应用有效提高了教学效率，锻炼了学生能力，应用效果良好。
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篇7
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篇8
【关键词】现场可编程阵列 动态加载 Slave SelectMAP8 bootloader
近年来，现场可编程阵列(FPGA)器件的动态配置技术，由于其在电路系统设计灵活性上的重大突破，逐步成为工程师们的研究热点。目前的主流FPGA基本都基于SRAM工艺，掉电后会失去所有逻辑关系，每次上电都需要重新配置，所以FPGA的配置数据必须保持在非易失存储器中。常用保存FPGA数据的非易失存储器有FPGA特用的PROM和一般的FLASH ROM，前者的优点是设计简单，但只能静态的配置FPGA和储存容量不大；而后者设计比较复杂，但可以在系统不断电的情况下配置FPGA和可以储存数十个不同版本的FPGA配置数据。
DSP同样也面临这个问题，也需要将引导代码和用户代码保存在ROM、FLASH或其他非易失存储器中，以保证掉电时代码仍在。如果用户代码存放在FLASH或其他的非易失存储器中，就必须解决DSP引导加载问题。
这里设计了一种DSP+FPGA的动态重构系统，该系统在上电后，由DSP自己加载后再控制FPGA加载，实现动态重构功能。DSP的引导程序、DSP用户程序和FPGA的配置数据通过JTAG口下载到FLASH中。
1 Xilinx FPGA配置原理
1.1 配置模式的选择
Xilinx 公司的Virtex-4系列FPGA需要5种配置模式，如表1所示。本系统采用了Slave SelectMAP8模式。
Slave SelectMAP8模式提供了与Virtex-4 FPGA之间的一个8位双向数据总线接口，用来配置和回读。在每个CCLK的上升沿载入1Byte数据。两个外部的控制信号接在/CS和/WRITE管脚，通过下拉电阻使其一直为低电平。表2为Slave SelectMAP8管脚定义。
1.2 配置过程
FPGA可以在Slave Serial和Slave SelectMAP8的从模式下实现由DSP加载配置数据。本系统中采用Slave SelectMAP8模式实现。配置过程如图1所示。
1.2.1 上电
上电过程中/PROG和/INIT管脚都被FPGA置为低电平。上电完成后，配置器会被自动清空。/PROG的输入低电平也会复位配置逻辑，使FPGA保持在清空配置存储器的状态。本设计采用CPLD将/PROG管脚拉低。
1.2.2 初始化
初始化过程中/PROG变为高，/INIT继续保持低电平直到完全清空所有的配置存储器。可以在外部使/INIT引脚保持低电平以延时FPGA的配置，FPGA在/INIT信号上升沿检测配置模式选择引脚。/INIT信号变为高电平后，配置开始。
1.2.3 载入配置数据
载入配置数据过程在/INIT引脚变高，并且/CS和/WRITE信号均为低电平时开始，配置数据在配置时钟的每个上升沿被载入FPGA。
在载入配置数据器件，载入的CRC的值和内部计算出的CRC进行比较。如果CRC值不匹配，则/INIT信号会变低，指示发生了CRC错误，这时启动被终止，FPGA不被激活。为了重新配置该器件，/PROG引脚必须变低以复位配置逻辑。
1.2.4 启动时序
当所有的配置数据载入完毕，并且CRC校验成功后，FPGA将进入启动时序。在这期间将会把DONE引脚变为高电平，激活I/O，停用GSR以及确定GWE。在系统默认的状态下，当DONE变为高后，配置并没有完成，还需要4个CCLK去完成启动时序。
2 TMS320C6455加载
TMS320C6455复位和上电时的引导模式主要有：NO BOOT模式、主机引导模式、FLASH引导模式、主/从I2C引导模式和SRIO引导模式。采用哪种引导模式，由复位或上电时采用管脚BOOTMODE3-0决定。
本系统采用FLASH引导模式。TMS320C6455与其它C64系列的DSP不同，它先从外部FLASH中的程序搬移一个字节到DSP 内部的RAM首地址运行，然后再搬移下一个字节到内部RAM首地址覆盖上一个字节并运行，以此类推，直到程序运行完成。DSP内部的RAM首地址中保存的是Bootloader程序的最后一个字节，而不是整个Bootloader程序。加载完成后，DSP运行用户程序代码，开始进行相应波形的处理。
3 系统设计
3.1 硬件设计
系统采用1片Xilinx Virtex-4系统的600万门的FPGA XC4VLX60和1片Spartan-3 AN系列的20万门的FPGA XC3S200芯片；主MCU是TI公司处理能力最强的定点的TMS320C6455；DSP主要完成低速数据的调制解调、编译码、波形处理等工作，FPGA完成对中频信号进行调制解调，XC3S200 FPGA主要用于完成上电后的初始化设置，时钟信号的分配，FLASH芯片高地址管理，以及DSP的EMIF总线接口与FPGA加载控制接口之间的配置。DSP的EMIFA CE3，DDR2 EMIF和I2C总线接口分别和存储器FLASH、SDRAM和EEPROM连接，一些通用接口连在FPGA上作为以后功能拓展，4对RIO口和外部接口连接。系统电路结构框图如图2所示。
3.2 软件设计
本系统支持DSP程序的加载和FPGA程序的加载。DSP加载为系统上电时DSP从位于EMIFA CE3低地址空间的片外程序FLASH加载初始化程序。
FPGA加载为DSP更加主控计算机的加载指令，通过接口控制可编程逻辑器件从本板的大容量通用FLASH加载FPGA程序。通用FLASH的存储容量可达512Mbit以上，可以存储数十个版本的FPGA程序。DSP根据主机控制指令，由EMIFA总线将FLASH待加载数据读出，并通过接口控制可编程器件中的数字总线控制接管FPGA的加载接口，完成对FPGA的加载，如图3所示。
4 结束语
引导加载是设计DSP系统必须解决的问题，动态配置FPGA的应用领域也越来越广泛。本系统设计了具有动态重构功能的DSP+FPGA系统，已经成功的应用于某工程项目并验证了该功能，本文的分析思路及设计方案同样适用于其他的C6000系列的DSP和Virtex-4系列的FPGA，对DSP+FPGA应用系统的设计具有一定的参考价值。
参考文献
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[6]吴海洲,刘恒甫,黄克武.基于TMS320C6455的DSP加载模式研究[J].电子测量技术,2008,31(6):155-156.
作者简介
邱伟（1981-），男，四川省自贡市人。硕士学历。工程师，主要研究方向为航空电子技术和数字信号处理技术。
篇9
关键词： 失效分析； 失效机理； 晶体管； 辐照加固
中图分类号： TN321?34 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2013）06?0109?04
0 引 言
元器件是电子系统的关键部件。随着人们对电子产品质量可靠性要求的不断增加，尤其是在航空航天领域、舰船、卫星和计算机等领域，为了不出现因电子元器件失效造成灾难性后果，必须开展评价元器件可靠性和提高元器件可靠性的工作，其中电子元器件的失效分析发挥着越来越重要的作用[1]。随着各种设备被广泛用于人造卫星、宇宙飞船和核武器等系统中，基本的电子元器件也不可避免的处于空间辐射和核辐射等强辐射环境下，提高器件的抗辐射能力成为设备、系统长寿命的重要要求。辐照能改变材料的微观结构，导致宏观尺寸和材料的多种性质变化。在晶体中，辐照产生的各种缺陷一般称为辐照损伤。辐射会对晶体管造成不同程度的破坏，主要有位移辐射效应和电离辐射效应。位移效应能破坏晶材料的晶格结构及其周期试场，将新的电子能级引入禁带。电离效应可能引入表面缺陷，在反偏PN结中形成瞬时光电流等。对于双极性晶体管，位移辐射的影响程度与器件的工作电流、频率、基区宽度等有关系，电离辐射的一个重要影响是产生的瞬时光电流可能使晶体管的工作状态翻转、造成瞬态功能紊乱，严重导致晶体管烧毁。因此提高晶体管的抗辐射能力成为人们研究的重点方向。目前双极性晶体管辐射加固的方法有：采用薄基区、浅结、重掺杂和小面积扩散，采用高掺杂材料，采用抗辐射表面钝化膜等[2]。
晶体管是固体半导体器件，可以应用于检波、放大、整流、开关、信号调制、数字逻辑[3]等方面。其中在放大电路中，晶体管是核心元件，它能够控制能量的转换，将输入的任何微小变化不失真地放大输出。晶体管3DK9DRH是硅材料制成的NPN型三极管，具有抗辐射性，能适应于强辐射环境中。本文通过对晶体管3DK9DRH的一种贮存失效分析，提出了失效产生的原因在于生产时存在工艺问题，晶体管内部未进行水汽控制，加上内部硫元素过高，长时间贮存后，内部发生了氧化腐蚀反应，从而使晶体管功能失效。
1 晶体管贮存失效分析
1.1 失效分析
常用的失效分析技术的方法有[5]：外部目检、电性能测试、内部分析、失效点定位、物理分析等。外部目检可以通过肉眼、金相显微镜或者扫描电子显微镜来检查失效器件与正常器件的区别。
电性能测试可以测试器件的电特性、直流特性或者进行失效模拟测试。内部分析包括X射线检测、红外线显微分析和声学扫描显微分析、残留气氛分析、密封性检查等。失效点定位是利用缺陷隔离技术定位，分析结构和成分来确定失效起因。物理分析是通过对芯片进行一系列物理处理后再观察和分析失效部件。
通过失效分析，可以为可靠性试验（加速寿命试验、筛选）条件提供理论依据和实际分析手段，实施失效分析的纠正措施后提高系统的可靠性，减小系统试验和运行工作的故障。为了能够更准确、更快速地诊断产品的失效部位和确定失效机理，目前失效分析的新技术正朝着高空间分辨率、高灵敏度和高频率的方向发展[6]。
1.2 晶体管贮存失效模式与失效机理
根据目前国际形势和电子设备系统应用的需求，电子设备必须具有适应长期贮存、随时可用和能用的特点[7]。
在长期贮存条件下，晶体管的芯片和管芯不易失效，因此失效分析的重点应关注与器件工艺有关的失效机理[9]。例如未进行水汽控制的晶体管在长期贮存中，水汽会进入管壳，产生电化学腐蚀，引起内引线键合失效或电参数退化。对于晶体管，常用的电参数有：晶体管在饱和区工作时集电极c与发射极e之间的饱和压Vces、电流放大倍数hfe、发射极开路时集电极c与基极b间的击穿电压BVcbo、基极开路时集电极c与发射极e间的击穿电压BVceo、基极开路时集电极与发射极间的穿透电流Iceo等[10]。
2 晶体管3DK9DRH的失效分析
晶体管3DK9DRH的主要工艺流程是：经过切片、研磨和抛光等过程后，制备成厚度大约为300～500 μm的圆形硅片作为器件的衬底，随后进行外延生长、氧化、光刻、扩散、蒸发、压焊和多次硅片清洗，表面钝化、最后进行成品封装。在本文中，晶体管3DK9DRH是1995年生产的，装机后一直处于存储状态，每隔一个时期通一次电，最近通电发现晶体管失效，失效现象为集电极c和发射极e间的耐压降低，饱和电压与指标不符。
通过上述分析可知，在电性能测试中：产品的耐压BVcbo和BVceo基本上都达不到产品的指标，失效器件的电性能不合格属于功能失效。内部水汽检测说明该产品在生产封装时没有进行内部水汽控制。
而芯片表面长白毛一方面是因为内部水汽含量过高，另一方面根据对10#样品进行的扫描电镜内部成份分析得到的数据分析，发现各采样点硫元素的含量很高，产品内部存在硫等物质，导致产生氧化腐蚀反应。这表明该失效件在生产时的工艺存在问题，导致硫元素残存量过高。
因此，分析认为此次晶体管3DK9DRH的生产工艺存在问题，器件硫元素含量过高，再加之元器件内部水汽未加以控制，在相当一段贮存时间后，晶体管内部发生氧化腐蚀反应，致使该元件产生功能失效。
3 结 语
本文结合外部检查、电性能测试、检漏、内部水汽检测、开封检查、内部成份分析等失效分析项目，完成了对晶体管3DK9DRH进行的一种贮存失效分析。该失效样品在产生工艺过程中存在问题，未对水汽加以控制，导致内部水汽超标，加之晶体管工艺制造中引入了硫元素，内部硫元素含量很高，在贮存期间器件发生内部氧化腐蚀反应，导致芯片表面长白毛。对此本文建议生产厂家进行必要的工艺检查，同时对内部水汽加以控制，要及时剔除有缺陷的产品，减少系统试验和运行工作时的故障，提高系统、设备的可靠性，避免不合格的贮存器件使用时造成灾难性的后果。
参考文献
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[11] 张玉薇，王华，任鸣放，等.铁电场效应晶体管的建模与模拟[J].现代电子技术，2006，29（1）：123?125.
篇10
【关键词】电子装备 环境 适应性研究
电子产品和装备的功能和使用寿命会受到其应用环境的影响，为了改善电子装备的性能及使用寿命，提高其环境适应性是关键。近些年来人们对于研究电子装备的环境适应性方面不断的进行深入研究，不断改善电子装备的环境适应性，使其在人们的生活和工作中发挥更加重要的作用。文章主要针对电子装备的环境适应性的研究展开，阐述了电子装备环境适应性研究的意义以及应对措施。
1 电子装备环境研究意义
电子装备在人们的日常生活和工作中都得到了广泛的应用，并且随着科学技术的发展，人们对于电子装备的要求越来越高，期望其可以为人们的生活和工作带来更多的帮助。在通常情况下电子装备的性能和使用寿命会受到应用环境的影响和限制，改善电子装备的环境适应性也可以使电子装备在更多的领域中应用，为人们的生活、工作创造更多的便利。对电子装备环境适应性研究的重要意义主要包括以下
三个方面：
1.1 提高电子装备的性能
电子装备之所以受到广泛的应用和关注是因为其拥有强大的性能，并且电子装备的各种功能可以为人们在生活和工作提供更多的便利。但是环境会对电子装备的功能造成一定的影响在很多的时候电子装备的性能会受到环境的影响而减弱，这就会对其使用效果造成影响，不能达到人们的期望值。例如在一些潮湿的环境中一些电子装备可能没有办法使用，还有在些受磁场影响的环境中，很多的电子装备的功能会受到限制，所以提高电子装备的环境适应性对于提升其性能有非常大意义。
1.2 提高电子装备的使用寿命
每种电子装备都有其预期的使用寿命，但是其预期使用寿命是在其所能适应的环境范围内的的一个估计值，一但电子装备处于其不适应的环境中进行运作这就会对其使用寿命造成一定的影响。环境对于电子装备的使用寿命有很大的影响，有些电子装备在低温或者高温的环境下运作就会减少其使用寿命，这就在无形中降低了电子装备的使用价值，如果长期应用就会增加使用成本，此外电子装备在不适应的环境中运作也很有可能出现故障，造成损失。
1.3 在更广泛的领域中应用
电子装备的应用范围会受到环境的影响，在很大程度上对环境的适应性限制了很多的电子装备的使用，很多的电子装备由于防水功能不是很健全因此不能应用与水下或者是潮湿的环境中进行运作，还有很多的环境因素研制了电子装备的应用。随着科学技术的不断发展，人们对于电子装备的要求越来越高，要求其环境适应性不断提高，更加有利于人们的生活和工作。
2 强化电子装备环境适应性的措施
为了更加满足人们对电子装备的需求，使其为人们的工作和生活提供更多的便利，近些年来人们不断致力于强化电子装备环境适应性的研究，对强化电子装备的环境适应性起到了很大作用，目前我国在电子装备环境适应性方面不断的改进，使得部分的电子装备受环境的制约性大大减小了。强化电子装备环境适应性的主要包括以下4 种措施：
2.1 温度控制措施
温度对电子装备的影响很大，在一些特殊温度环境中都需要有先进的电子装备进行作业，这就需要电子装备对温度有一定的适应性。温度试验是电子装备环境适应性重要项目，要根据不同的电子装备制定不同的实验方案，并且要根据电子装备的温度反应分析装备的结构，了解装备的最高耐热程度，并且要对装备进行温度控制的实验，增强电子装备的温度适应性，使电子装备得到更加广泛的应用。
2.2 防振动抗冲击措施
在一些特殊的环境中，电子装备还要承受一定程度的振动和冲击，有些电子装备的防镇和抗冲击性能较低，就没有办法很好的适应环境。例如一般的军用电子装备都必须要有一定的防镇和抗冲击能力，战场是一个相当特殊的环境，会不断受到冲击，因此军用电子装备必须具有一定的防镇和抗冲击能力，不然在战场那样的特殊环境中其性能就会受到限制甚至没有办法应用。
2.3 电磁防护措施
一般的电子装备其本身就会带有一定的磁场或者是电磁波，这样就很容易受到外界电磁波或是磁场的影响，所以在一些受磁场影响或者是有电磁波的地方应用，就会使其本身的性能造成干扰，影响其应用效果[5]。为了减少磁场类环境以及电磁波对一些电子装备使用效果的影响，要尽量的减少电子装备接受电磁波，并且采取良好的屏蔽措施等以降低外界环境对电子装备的影响。
2.4 三防措施
对于电子装备的三防措施指的是防潮湿、放烟雾以及防霉菌。所以对于电子装备要进行定期的检查，将有可能存在的问题要及时的发现和解决，以免影响装备的功能。此外，还可以对装备采用防护材料进行保护，这样也可以减少潮湿以及霉菌对装备的影响，加强电子装备的防潮湿、放烟雾以及防霉菌措施，对于提高电子装备的使用效果有很大的帮助。
3 结束语
电子装备广泛的应用在各个领域不断的为人们的工作和生活提供便利，但是电子装备在现实中的应用也受到了各种因素的制约，其中环境因素对其的性能和使用寿命有很大的影响。因此，提高电子装备的环境适应性成为了人们研究的一个重要课题，其对于拓展电子装备的应用范围、提升性能和使用寿命有重要意义。加强电子装备的环境适应性不仅有利于电子装备自身的使用效果，对使用者来说也是具有一定意义的，这样可以为使用者创造更多的方便和利益，使电子设备在更多的领域中应用、发挥作用。
参考文献
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