基于FPGA的大气紊流模拟器设计.pdf

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1、2014年9月控制工程Sep．2014第21卷第5期ControlEngineeringofChinaVo1．21，No．5文章编号：1671—7848(2014)05-0653-07基于FPGA的大气紊流模拟器设计江杰，戴颖超，郭晓阳(内蒙古科技大学信息工程学院，内蒙古包头014010)摘要：为了克服在利用软件模拟大气紊流的过程中所遇到的软件兼容性差和数据传输不方便等缺点，采用FPGA技术，设计了大气紊流模拟器。模拟器以大气紊流Dryden模型为理论基础，将Box—Muller算法与LFSR方法结合，利用Quart

2、usII软件设计了Gauss白噪声生成模块，并利用Dspbuilder设计的成形滤波器将Gauss白噪声滤波，从而产生大气紊流信号。通过串口将大气紊流信号实时进行传输。通过使用模拟器进行多次模拟实验，利用Labview和Matlab软件接收模拟器模拟数据并进行分析，发现产生的大气紊流信号符合Dryden模型的相关函数特性，可以模拟各种状态的大气紊流环境，符合设计要求。该模拟器具有使用方便、实时性较高等特点，可以用于单个飞行器飞行环境模拟，具有很高的实用价值。关键词：大气紊流；FPGA；DSPBuilder；数字仿真；

3、模拟器中图分类号：TP337文献标志码：ADesignofAtmosphericTurbulenceSimulatorBasedonFPGAJIANGJie，DAI一chao，GUOXiao一(InnerMongoliaUniversityofScienceandTechnology，ScienceandTechnologycollege，Baotou014010，China)Abstract：Inordertoovercometheshortcomingsofpoorcompatibilityandinconven

4、ientdatatransmissioninsimulatingatmospherictur-buleneeusingsoftware，thesimulatorofatmosphericturbulencewasdesignedbyvirtueofFPGAtechnology．BasedOilthetheoryofDry-denmodelofatmosphericturbulence，andcombingtheBox—MulleralgorithmandLFSRmethod，thegeneratorofGaussia

5、nwhitenoisewasimplementedthroughQuartusIIsoftware．ThesignalofatmosphericturbulencewasgeneratedafterfilteringtheGaussianwhitenoisebyDspbuilder．Thereal—timesignalwastransmittedthroughserialport．Aftermultiplesimulationexperimentsofthesimulator，thedataofsimulatorwe

6、reanalyzedthroughLabviewandMatlab，whichindicatesthatthegeneratedatmosphericturbulencesignalcoincidewiththecorrespondingfunctionalcharacteristicsofDrydenmode1．Thesimulatorcansimulateatmosphericturbulencewithdifferentsta—tus，whichsatisfiestherequirement．Thesimula

7、tor，withhighpracticalvalue，hasthecharacteristicsofconvenience，real—timeabilityandSOonandcanbeusedtosimulatetheflightenvironmentofasingleaircraft．Keywords：atmosphericturbulence；FPGA；dspbuilder；numricalsimulation；simulator针对以上问题，本文专门设计了基于FPGA的1引言大气紊流模拟器，用来模拟大气紊流环

8、境。该模拟飞行器半物理仿真在无人飞行器的开发和实验器克服了软硬件兼容性等问题，实现了较好的模拟过程中发挥着越来越重要的作用，飞行动力学仿真效果。系统是其主要的核心部分。为了保证飞行器动力学2大气紊流工程化模型仿真的高逼真度，需要建立贴近现实的环境模型。自然环境中风场的主要形式是大气紊流，因此，设大气紊流是指叠加在平均风上的连续随机脉计大气紊流环