航天電子技術(shù)范文

時(shí)間:2023-09-25 18:24:48

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航天電子技術(shù)

篇1

摘要:航天電子產(chǎn)品具有長(zhǎng)壽命、小子樣、失效機(jī)理復(fù)雜等特點(diǎn),難以通過(guò)傳統(tǒng)的統(tǒng)計(jì)方法對(duì)其貯存期進(jìn)行評(píng)估。通過(guò)對(duì)元器件進(jìn)行加速貯存試驗(yàn),給出了一種元器件的退化方程、偽失效壽命、加速因子以及激活能的計(jì)算方法,然后在元器件加速貯存試驗(yàn)的基礎(chǔ)上提出了一種基于失效率的航天電子產(chǎn)品加速因子算法,該算法只需得到整機(jī)元器件數(shù)量、失效率激活能即可計(jì)算加速因子,最后對(duì)某控制器進(jìn)行加速壽命試驗(yàn),驗(yàn)證了所提出的貯存期評(píng)估方法的正確性以及工程適應(yīng)性。

關(guān)鍵詞:電子設(shè)備;貯存期;加速試驗(yàn);評(píng)估

1引言

當(dāng)前,航天導(dǎo)彈武器系統(tǒng)電子產(chǎn)品通常具有“長(zhǎng)期貯存,一次使用”的特點(diǎn),貯存期通??蛇_(dá)十余年,是衡量導(dǎo)彈武器的一個(gè)重要指標(biāo)。在研制階段需要對(duì)電子產(chǎn)品的貯存期進(jìn)行評(píng)估,獲取貯存可靠性信息。目前,國(guó)內(nèi)外通常采用的貯存期評(píng)估方法是對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行加速貯存試驗(yàn),加速貯存試驗(yàn)是在試驗(yàn)中對(duì)樣本施加超過(guò)自然貯存條件的環(huán)境應(yīng)力,采集并記錄相關(guān)參數(shù)的失效或退化數(shù)據(jù),在一定條件下對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析建模,外推出正常應(yīng)力下的貯存可靠性指標(biāo)。加速貯存試驗(yàn)分為加速壽命試驗(yàn)和加速退化試驗(yàn)。加速壽命試驗(yàn)以試驗(yàn)中出現(xiàn)的失效樣本數(shù)作為評(píng)估依據(jù),需要的樣本數(shù)量較多,而加速退化試驗(yàn)以樣本的退化數(shù)據(jù)作為評(píng)估依據(jù),所需樣本數(shù)量較少。航天電子設(shè)備通常由整機(jī)電路及金屬件結(jié)構(gòu)件組成。

為了獲取電子產(chǎn)品的貯存期信息,必須先分別對(duì)電路、非金屬件及金屬件金屬結(jié)構(gòu)件的失效模式、失效機(jī)理及貯存期進(jìn)行評(píng)估。國(guó)內(nèi)大部分的研究?jī)?nèi)容還主要集中在對(duì)電子元器件、金屬材料及非金屬材料進(jìn)行加速試驗(yàn),對(duì)電子產(chǎn)品的整機(jī)加速試驗(yàn)的研究、方法還比較少。由于金屬結(jié)構(gòu)件的貯存可靠性元大于電子元器件,本文主要對(duì)電子產(chǎn)品的整機(jī)進(jìn)行貯存期研究。航天電子產(chǎn)品整機(jī)級(jí)加速貯存試驗(yàn)方法是從元器件老化試驗(yàn)中發(fā)展而來(lái)的,但也存在差別。電子產(chǎn)品整機(jī)中通常包含種類(lèi)各異的電子元器件,在相同試驗(yàn)應(yīng)力下,整機(jī)內(nèi)不同種類(lèi)的電子元器件的加速因子(即老化速率的加速倍數(shù))并不相同,如何通過(guò)元器件的加速因子得到整機(jī)加速貯存試驗(yàn)的加速因子是本文需要解決的問(wèn)題。本文首先以典型電子元器件為例,介紹了其退化方程、偽失效壽命、加速因子以及激活能的計(jì)算方法,然后在元器件加速貯存試驗(yàn)的基礎(chǔ)上提出了一種基于失效率的航天電子產(chǎn)品整機(jī)加速因子的計(jì)算方法,最后以某控制器為例說(shuō)明其貯存期評(píng)估方法。

2電子元器件的加速壽命

影響電子元器件貯存壽命的因素有材料、工藝、結(jié)構(gòu)、封裝等,在同樣的貯存條件下,相同類(lèi)型的元器件其壽命基本相同,因此,對(duì)同類(lèi)型的元器件選取一個(gè)代表品種進(jìn)行試驗(yàn),所得出的壽命信息就適用于該類(lèi)型的所有元器件。本節(jié)以某開(kāi)關(guān)二極管為例,說(shuō)明其加速壽命評(píng)估以及加速因子、激活能的計(jì)算方法。

2.1試驗(yàn)應(yīng)力

選擇將樣品分為4組,采用步進(jìn)應(yīng)力加速貯存試驗(yàn)方法。步進(jìn)應(yīng)力加速貯存壽命試驗(yàn)溫度及時(shí)間分別為T(mén)1:150℃(0~900h);T2:165℃(900~1700h);T3:180℃(1700~2400h);T4:195℃(2400~3000h)。在4個(gè)溫度下共設(shè)置23個(gè)測(cè)試點(diǎn)如下:T1測(cè)試節(jié)點(diǎn):0、300、500、700、900h;T2測(cè)試節(jié)點(diǎn):1060、1220、1360、1540、1700h;T3測(cè)試節(jié)點(diǎn):1900、2000、2100、2200、2300、2400h;T4測(cè)試節(jié)點(diǎn):2490、2580、2670、2760、2840、2920、3000h。開(kāi)關(guān)二極管漏電流IR為敏感電參數(shù),因此,通過(guò)IR對(duì)其壽命進(jìn)行評(píng)估。

2.2試驗(yàn)實(shí)施

在每個(gè)測(cè)試節(jié)點(diǎn)對(duì)4組樣品的漏電流進(jìn)行測(cè)試,對(duì)每次的測(cè)試數(shù)據(jù)分組。

2.3數(shù)據(jù)處理

2.3.1退化方程

退化方程可按以下步驟得出:1)繪制漏電流IR變化趨勢(shì)圖;2)對(duì)趨勢(shì)圖進(jìn)行擬合,得到退化曲線及方程。根據(jù)測(cè)試數(shù)據(jù),繪制4個(gè)應(yīng)力溫度下的退化曲線及方程如圖1~4所示。

2.3.2偽失效壽命

擬合曲線的“線性”擬合程度較好,因此,利用擬合直線方程y=a+bt中得出的a和b的值,外推各溫度下器件的偽失效壽命t。

2.3.3加速壽命方程

得到偽失效壽命后,利用概率圖確定壽命的分布類(lèi)型,利用擬合曲線計(jì)算各個(gè)溫度下的中位壽命t(0.5),4個(gè)溫度下的中位壽命分別為10734.92、7279.093、5051.21、4518.42h。圖中縱坐標(biāo)為lnt(0.5),橫坐標(biāo)為1/T(e-4)。加速壽命曲線近似為直線,根據(jù)加速方程lnt(0.5)=a+b/T,推算出常溫25℃下,該二極管中位壽命為505812h,大約57年。

3電子產(chǎn)品整機(jī)加速因子研究

航天電子產(chǎn)品加速貯存試驗(yàn)首先要確定影響貯存的關(guān)鍵應(yīng)力,在此應(yīng)力下需要選擇相應(yīng)的加速模型進(jìn)行加速因子的計(jì)算。

3.1整機(jī)加速應(yīng)力的選擇

選擇合適的加速應(yīng)力直接決定了試驗(yàn)的有效性及加速效率,一般應(yīng)根據(jù)產(chǎn)品的失效機(jī)理與失效模式來(lái)選擇加速應(yīng)力;航天電子產(chǎn)品在貯存、運(yùn)輸、維修期間受到多種環(huán)境影響,故在選擇加速貯存試驗(yàn)加速應(yīng)力之前,應(yīng)作如下考慮。1)加速應(yīng)力所激發(fā)的失效機(jī)理要與實(shí)際使用狀態(tài)下的失效機(jī)理相同,即保證失效機(jī)理不改變。2)應(yīng)該選擇對(duì)失效過(guò)程起到影響最大的應(yīng)力作為加速應(yīng)力。3)加速應(yīng)力會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)品同時(shí)存在幾種失效機(jī)理時(shí),應(yīng)按照技術(shù)上的判斷,著重關(guān)注主要的失效機(jī)理。結(jié)合航天型號(hào)工程經(jīng)驗(yàn),環(huán)境溫度和濕度是決定產(chǎn)品貯存壽命及可靠性的主要因素。溫度對(duì)電子產(chǎn)品可能引起的熱效應(yīng)主要有如下幾個(gè)方面:1)固定電阻的阻值改變;2)溫度梯度不同和不同材料的膨脹不一致使電子產(chǎn)品的穩(wěn)定性發(fā)生變化;3)變壓器和機(jī)電部件過(guò)熱;4)繼電器以及磁動(dòng)或熱動(dòng)裝置的吸合/釋放范圍變化;5)工作或貯存壽命縮短。濕度環(huán)境對(duì)電子產(chǎn)品的表面效應(yīng),以及材料性質(zhì)的改變會(huì)產(chǎn)生影響。目前,還沒(méi)有成熟的濕度加速試驗(yàn)?zāi)P涂梢砸谩T谠O(shè)計(jì)時(shí),導(dǎo)彈彈上電子設(shè)備大多需進(jìn)行密封性設(shè)計(jì),因此濕度不是貯存的敏感應(yīng)力,本文主要考慮溫度應(yīng)力作為加速貯存的施加應(yīng)力。

3.2整機(jī)加速因子算法

Arrhenius模型廣泛應(yīng)用于與溫度有關(guān)的應(yīng)力加速貯存試驗(yàn),但Arrhenius模型只適用于元器件,不能直接應(yīng)用于整機(jī)[10-11]。

4整機(jī)加速貯存試驗(yàn)方法

4.1整機(jī)加速方法

綜合考慮溫度和加速效果,選定80℃為該控制器的加速應(yīng)力溫度,其對(duì)應(yīng)的加速貯存試驗(yàn)時(shí)間T為T(mén)加速時(shí)間=T貯存期/AFT。假設(shè)該控制器的貯存期為15年,為簡(jiǎn)化試驗(yàn)?zāi)P?,建立加速試?yàn)剖面如圖6所示。樣本為新出廠產(chǎn)品,其自然貯存壽命為0,需要進(jìn)行15個(gè)循環(huán)周期的加速試驗(yàn),每個(gè)循環(huán)的試驗(yàn)時(shí)間為365×24h/35.51=246.7h,也即加速時(shí)間246.7h相當(dāng)于自然貯存1年。試驗(yàn)要求如下:產(chǎn)品在進(jìn)高溫箱前,需要進(jìn)行外觀檢查和2電性能檢查,檢查合格后方可進(jìn)入后續(xù)的高溫試驗(yàn)。高溫箱的升溫和降溫的速度是2℃/min,高溫箱中的溫度保持在80℃并恒溫0.5h后開(kāi)始計(jì)時(shí),每個(gè)循環(huán)周期后進(jìn)行電性能測(cè)試,測(cè)試時(shí)需將高溫箱的溫度降至常溫,常溫恒溫0.5h后,才可以開(kāi)始測(cè)試。高溫加速試驗(yàn)的有效時(shí)間不應(yīng)含納測(cè)試和恒溫的時(shí)間。每個(gè)試驗(yàn)循環(huán)周期結(jié)束后,需對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行性能測(cè)試,若15個(gè)循環(huán)周期測(cè)試均合格,則可以給出15年貯存期評(píng)估結(jié)論。

5結(jié)論

本文以元器件加速試驗(yàn)為基礎(chǔ),分析了元器件的貯存期、加速因子及激活能的計(jì)算方法,在此基礎(chǔ)上提出了一種基于元器件失效率和激活能的整機(jī)加速因子計(jì)算方法,該方法針對(duì)小樣本、故障模式多樣的高可靠航天電子產(chǎn)品的貯存期評(píng)估問(wèn)題進(jìn)行研究,只需得到元器件種類(lèi)及數(shù)量、元器件失效率、激活能即可計(jì)算加速因子。以某彈上控制器為例,給出了其加速試驗(yàn)及真實(shí)度評(píng)價(jià)方法。通過(guò)本文研究,可以對(duì)電子產(chǎn)品的貯存期進(jìn)行評(píng)估,具有一定的工程實(shí)踐意義。對(duì)于加速因子真實(shí)度的評(píng)價(jià)方法是本課題后續(xù)研究的重點(diǎn)。

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篇2

關(guān)鍵詞:電氣工程及其自動(dòng)化 專業(yè) 簡(jiǎn)介 發(fā)展

正是因?yàn)殡姎夤こ痰陌l(fā)展,才有今天龐大的電力工業(yè),人類(lèi)才不可逆轉(zhuǎn)地進(jìn)入偉大的電氣化時(shí)代。人類(lèi)發(fā)展到任何時(shí)候也離不開(kāi)能源,而能源是人類(lèi)永恒的研究對(duì)象,而電能是利用最為方便的能源形式,以電能為研究對(duì)象的電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)有著十分強(qiáng)大的生命力。

一、專業(yè)內(nèi)容介紹

電氣工程及其自動(dòng)化涉及電力電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、電機(jī)電器技術(shù)信息與網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)、機(jī)電一體化技術(shù)等諸多領(lǐng)域,是一門(mén)綜合性較強(qiáng)的學(xué)科。電氣工程及其自動(dòng)化的專業(yè)范圍主要包括電工基礎(chǔ)理論、電氣裝備制造和應(yīng)用、電力系統(tǒng)運(yùn)行和控制三個(gè)部分。電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)的基礎(chǔ)性也決定了它具有很強(qiáng)的學(xué)科交叉和融合能力。

培養(yǎng)要求:該專業(yè)培養(yǎng)能夠從事與電氣工程有關(guān)的系統(tǒng)運(yùn)行、自動(dòng)控制、電力電子技術(shù)、信息處理、試驗(yàn)分析、研制開(kāi)發(fā)、經(jīng)濟(jì)管理以及電子與計(jì)算機(jī)技術(shù)應(yīng)用等領(lǐng)域的“高素質(zhì)、強(qiáng)能力、應(yīng)用型”高級(jí)工程技術(shù)人才。學(xué)生主要學(xué)習(xí)電工技術(shù)、電子技術(shù)、信息控制、計(jì)算機(jī)技術(shù)等方面較寬廣的工程技術(shù)基礎(chǔ)和一定的專業(yè)知識(shí)。本專業(yè)主要特點(diǎn)是強(qiáng)弱電結(jié)合、電工技術(shù)與電子技術(shù)相結(jié)合、軟件與硬件結(jié)合、元件與系統(tǒng)結(jié)合,學(xué)生受到電工電子、信息控制及計(jì)算機(jī)技術(shù)方面的基本訓(xùn)練,具有解決電氣工程技術(shù)分析與控制技術(shù)問(wèn)題的基本能力。

主干學(xué)科:電氣工程、計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)、控制科學(xué)與工程。

主要課程:電路原理、電子技術(shù)基礎(chǔ)、電機(jī)學(xué)、電力電子技術(shù)、電力拖動(dòng)與控制、計(jì)算機(jī)技術(shù)(語(yǔ)言、軟件基礎(chǔ)、硬件基礎(chǔ)、單片機(jī)等)、信號(hào)與系統(tǒng)、控制理論等。

電氣工程一般分為電力系統(tǒng)和應(yīng)用電子(也就是電力電子)。

二、專業(yè)發(fā)展前景

電氣工程學(xué)科涉及工業(yè)、農(nóng)業(yè)、交通運(yùn)輸、國(guó)防及人民生活等各領(lǐng)域,與電子科學(xué)與技術(shù)、計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)、控制科學(xué)與工程、信息與通信工程、環(huán)境科學(xué)與工程、生物醫(yī)學(xué)等學(xué)科交叉滲透,拓寬了電氣工程學(xué)科的內(nèi)涵與外延。隨著科技的發(fā)展,電氣工程的學(xué)科結(jié)構(gòu)、研究領(lǐng)域、技術(shù)領(lǐng)域發(fā)生了很大變化。電氣工程愈來(lái)愈多地應(yīng)用信息技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)、電力電子技術(shù)和自動(dòng)化技術(shù),電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)內(nèi)涵也發(fā)展演變?yōu)閺?qiáng)電和弱電結(jié)合、電工技術(shù)和電子技術(shù)結(jié)合、軟件和硬件結(jié)合、元件和系統(tǒng)結(jié)合。例如“電氣工程”和“電子技術(shù)”以及“控制科學(xué)”交叉融合產(chǎn)生了“電力電子技術(shù)”; “電氣工程”與“材料科學(xué)”的交叉融合產(chǎn)生了“超導(dǎo)電工技術(shù)”和“納米電工技術(shù)”; “ 電氣工程”與“機(jī)械工程”及“計(jì)算機(jī)學(xué)科” 的交叉融合產(chǎn)生了“機(jī)電一體化”新學(xué)科,已形成了以“機(jī)械”為主體、電氣工程和計(jì)算機(jī)控制為技術(shù)核心、“機(jī)械+電氣+計(jì)算機(jī)”的有機(jī)融合,“機(jī)電一體化”技術(shù)實(shí)際上就是電氣自動(dòng)化技術(shù)高度發(fā)展的一個(gè)階段的必然產(chǎn)物,它是電氣自動(dòng)化領(lǐng)域中機(jī)械技術(shù)與電子技術(shù)有機(jī)結(jié)合的一種高新技術(shù),也可以說(shuō)隸屬于“電氣工程及其自動(dòng)化”的專業(yè)范疇。隨著科學(xué)技術(shù)的高速發(fā)展,電力成為國(guó)民經(jīng)濟(jì)中重要的生產(chǎn)資料及人民生活中必不可少的生活資料。當(dāng)今,電氣化水平的提高使得各種經(jīng)濟(jì)活動(dòng)都離不開(kāi)電(用油的交通工具除外),我國(guó)電能占終端能源消費(fèi)的比重已接近20%,高于世界平均水平。我國(guó)的電氣化水平也決定了電力數(shù)據(jù)具有大范圍的覆蓋性。有專家表示,電力工業(yè)的發(fā)展方向是智能電力系統(tǒng),或者是堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)或者是智能電網(wǎng)。智能電力系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)電力工業(yè)發(fā)展價(jià)值特征的最有效途徑,也是現(xiàn)代電力工業(yè)的發(fā)展方向,發(fā)展智能電力系統(tǒng)能夠確保更安全、更經(jīng)濟(jì)、更綠色、更和諧,同時(shí)智能電力系統(tǒng)是一個(gè)廣義的堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng),能夠有效地破解未來(lái)發(fā)展的挑戰(zhàn)。

三、專業(yè)應(yīng)用與就業(yè)方向

電氣工程及其自動(dòng)化的幾個(gè)方向:

電力系統(tǒng)、電氣技術(shù)、應(yīng)用電子技術(shù)、高電壓與絕緣技術(shù)、電機(jī)電器及其控制

1.電力系統(tǒng)方向

電力系統(tǒng)專業(yè)方向是電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)中最具有優(yōu)勢(shì)和特色的專業(yè)方向,為國(guó)家級(jí)一類(lèi)特色專業(yè)的重要組成部分,主要培養(yǎng)從事高壓電器設(shè)備設(shè)計(jì)、制造和運(yùn)行維護(hù)等方面的高級(jí)工程技術(shù)人才。該專業(yè)方向依托電氣工程一級(jí)博士學(xué)位授權(quán)學(xué)科和博士后科研流動(dòng)站,覆蓋了高電壓與絕緣技術(shù)和電介質(zhì)工程2個(gè)二級(jí)博士、碩士學(xué)位授權(quán)學(xué)科,電力系統(tǒng)為國(guó)家級(jí)重點(diǎn)學(xué)科。同時(shí),該專業(yè)方向設(shè)置高電壓絕緣技術(shù)和電氣絕緣與電纜兩個(gè)專業(yè)模塊。

就業(yè)方向:可在電力設(shè)備制造行業(yè)從事高電壓設(shè)備的設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)、生產(chǎn)和管理等工作,可在電力系統(tǒng)從事高壓設(shè)備的運(yùn)行維護(hù)方面的技術(shù)工作和管理工作,就業(yè)于電業(yè)局、供電局、發(fā)電廠,也可在科研院所從事教學(xué)和科研工作。

2.電氣技術(shù)方向

電氣技術(shù)是電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)的一個(gè)方向。該專業(yè)是重點(diǎn)專業(yè),具有電氣工程一級(jí)學(xué)位博士學(xué)位授予權(quán),電氣工程領(lǐng)域擁有博士后流動(dòng)站,在高電壓與絕緣技術(shù)、電機(jī)與電氣和電力電子與電力信息處理學(xué)科具有工學(xué)碩士授予權(quán)。

就業(yè)方向:電氣技術(shù)方向主要培養(yǎng)電氣測(cè)量與控制技術(shù)方面的高級(jí)電氣工程技術(shù)人才,從事電參量和磁參信息獲取與處理技術(shù)研究工作,以及電氣技術(shù)自動(dòng)化控制領(lǐng)域的裝置與系統(tǒng)的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)與應(yīng)用研究工作。學(xué)位獲得后,可在電氣工程技術(shù)領(lǐng)域的企業(yè)、承擔(dān)理論研究、技術(shù)開(kāi)發(fā)、運(yùn)行管理等技術(shù)工作,也可以在研究機(jī)構(gòu)和高等學(xué)校從事研究與教學(xué)工作。

3.電機(jī)與電氣方向

電機(jī)與電氣學(xué)科在一體化電機(jī)的理論與技術(shù)方面,主要研究了步進(jìn)電機(jī)、無(wú)刷直流電機(jī)、感應(yīng)同步器等。在電機(jī)的電力電子驅(qū)動(dòng)技術(shù)方面,研究了電動(dòng)車(chē)、電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與控制策略,變頻電源諧波抑制技術(shù)。在高環(huán)境、高可靠電機(jī)與電器方面,研究了高環(huán)境電器可靠性理論與技術(shù)航天電器的理論與技術(shù)、衛(wèi)星姿控用飛輪的可靠性設(shè)計(jì)。在新型電磁機(jī)構(gòu)的理論與應(yīng)用方面,研究了特種電機(jī)、磁性流體密封、旋轉(zhuǎn)軸的在線平衡、電磁成型技術(shù)。其中在步進(jìn)電機(jī)和無(wú)刷直流電機(jī)等特種電機(jī)及航天電器方面具有較大的影響。

就業(yè)方向:可在電力、電子、通信、機(jī)械、交通、建筑等行業(yè)從事電子領(lǐng)域的研究、設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)、運(yùn)行及管理等工作,也可以在研究機(jī)構(gòu)和高等學(xué)校從事研究與教學(xué)工作。

4.應(yīng)用電子技術(shù)方向

應(yīng)用電子技術(shù)方向是電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)的一個(gè)特色專業(yè)方向,特點(diǎn)是電氣與電子兼?zhèn)?,電力電子與信息電子相融。培養(yǎng)從事電氣工程、電子技術(shù)、電力電子技術(shù)、自動(dòng)控制、信號(hào)變換與處理等方面工作的寬口徑、復(fù)合型高級(jí)工程技術(shù)人才。

就業(yè)方向:可在電力、電子、通信、機(jī)械、交通、建筑等行業(yè)從事應(yīng)用電子技術(shù)領(lǐng)域的研究、設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)、運(yùn)行及管理等工作,也可以在研究機(jī)構(gòu)和高等學(xué)校從事研究與教學(xué)工作。

篇3

【關(guān)鍵詞】導(dǎo)線對(duì)接 熱縮焊錫管 對(duì)接質(zhì)量 原因分析 工藝改進(jìn)

現(xiàn)在使用“熱縮焊錫管”實(shí)現(xiàn)導(dǎo)線對(duì)接普遍應(yīng)用在很多產(chǎn)品的生產(chǎn)中尤其應(yīng)用在質(zhì)量要求極高的航天產(chǎn)品中,采用正確合理的操作工藝技術(shù),可以提高產(chǎn)品質(zhì)量,降低故障率,延長(zhǎng)使用壽命,降低生產(chǎn)成本。

1 “熱縮焊錫管”導(dǎo)線對(duì)接技術(shù)介紹

1.1 “熱縮焊錫管”特點(diǎn)

(1)“熱縮焊錫管”一般用于導(dǎo)線對(duì)接連接(如圖1、圖2所示),熱縮焊錫管中間自帶焊錫環(huán),對(duì)其加熱后焊錫直接滲透到對(duì)接的芯線間,保證了對(duì)接處的可靠連接。

(2)外層護(hù)套管具有保護(hù)對(duì)接點(diǎn)的作用,當(dāng)產(chǎn)品受到振動(dòng)或沖擊等外力時(shí),外層護(hù)套能對(duì)對(duì)接的兩芯線起到可靠固定和支撐的效果。

(3)焊錫管兩端具有熱熔膠,加熱熔融后能保證線纜外絕緣層與熱縮管間無(wú)縫隙,起到了防水密封功能,因此對(duì)接后的產(chǎn)品可用到戶外高溫高濕環(huán)境中。

“熱縮焊錫管”能將以上三功能一次完成,操作簡(jiǎn)捷、性能可靠,所以越來(lái)越多的產(chǎn)品選用此形式進(jìn)行對(duì)接。

1.2 導(dǎo)線對(duì)接出現(xiàn)的質(zhì)量問(wèn)題分析

對(duì)發(fā)生對(duì)接問(wèn)題的線纜進(jìn)行解剖查看,發(fā)現(xiàn)芯線從對(duì)接熱縮焊錫管中脫出,說(shuō)明對(duì)接點(diǎn)已斷開(kāi);從外觀上看導(dǎo)線端頭沒(méi)有光澤,表面為暗黑色,焊點(diǎn)為焊渣堆積狀(如圖3、圖4所示),說(shuō)明焊接面潤(rùn)濕性和可焊性差。

1.2.1 故障機(jī)理分析

焊點(diǎn)外在的形貌表現(xiàn)為焊點(diǎn)不光滑、有粗糙的顆粒、光澤性差,焊接基材與焊料間實(shí)際上是未能完全融合,焊件之間沒(méi)有形成合金,這是典型的虛焊焊點(diǎn)。

從外觀上看出導(dǎo)線端頭沒(méi)有光澤,表面為暗黑色,說(shuō)明導(dǎo)線已氧化。若導(dǎo)線焊接前,沒(méi)有對(duì)導(dǎo)線引線進(jìn)行去氧化層處理,引線表面被氧化層覆蓋,液態(tài)焊料與被焊引線之間不能互相溶解,防礙融化的金屬原子自由地接近,不會(huì)產(chǎn)生潤(rùn)濕作用,熔融焊料粘附在被焊引線表面,遺留下不規(guī)則的焊錫疙瘩或錫渣,即焊接面出現(xiàn)半潤(rùn)濕現(xiàn)象,導(dǎo)致焊接可靠性降低,形成了對(duì)接虛焊。

1.2.2 造成對(duì)接虛焊的原因分析

(1)焊點(diǎn)不易檢。航天電子電氣產(chǎn)品的焊點(diǎn)和連接部位均需檢,一般采用目測(cè)進(jìn)行焊點(diǎn)外觀檢查,必要時(shí)借助4~10倍放大鏡。合格焊點(diǎn)的判定為:焊點(diǎn)表面應(yīng)光滑明亮、無(wú)針孔或非結(jié)晶狀態(tài);焊料應(yīng)潤(rùn)濕所有焊接表面,形成良好的焊錫輪廓線,潤(rùn)濕角一般小于30℃;焊點(diǎn)和連接部位間不應(yīng)有劃痕、尖角、焊劑殘?jiān)虍愇?;焊料與連接件間不存在裂縫、斷裂或分離等。

一般焊點(diǎn)是在外,焊點(diǎn)及連接部位的焊接質(zhì)量可視、可觸及,而采用焊錫管對(duì)接的焊點(diǎn)在熱縮管內(nèi),只能看到連接部位的最外層,觀察焊錫環(huán)是否熔融,是否向兩側(cè)流動(dòng),而不能有效識(shí)別焊點(diǎn)潤(rùn)濕情況,此形式的虛焊不易識(shí)別。

(2)導(dǎo)線未進(jìn)行去氧化層處理。元器件、導(dǎo)線進(jìn)行焊接前,必須先去氧化層,然后搪錫處理,搪錫過(guò)程不但方便焊接,更能直接判定元件和導(dǎo)線是否氧化。部分元件氧化不嚴(yán)重時(shí)外觀不易發(fā)現(xiàn),但搪錫焊接時(shí)若出現(xiàn)元件管腿或芯線不上錫,操作人員能立刻發(fā)現(xiàn),避免了后續(xù)的質(zhì)量問(wèn)題。用焊錫管對(duì)接焊接時(shí),工藝人員開(kāi)始未意識(shí)到此點(diǎn),沒(méi)有要求對(duì)接的兩導(dǎo)線先搪錫焊接到一起,只是要求對(duì)準(zhǔn)焊錫環(huán)直接進(jìn)行熱縮處理。若兩導(dǎo)線先焊接到一起,能盡早發(fā)現(xiàn)導(dǎo)線氧化現(xiàn)象。

一般元件或?qū)Ь€搪錫前,用橡皮擦或金相砂紙進(jìn)行去氧化層處理,氧化層去除2h內(nèi)要完成搪錫,搪錫后應(yīng)在7小時(shí)內(nèi)焊接裝聯(lián),暫不裝聯(lián)的應(yīng)放在塑料袋中密封加以保護(hù),若超過(guò)7天,需對(duì)引線重新搪錫。

2 導(dǎo)線對(duì)接操作工藝技術(shù)改進(jìn)

用“熱縮焊錫管”實(shí)現(xiàn)導(dǎo)線對(duì)接的優(yōu)勢(shì)是明顯的,但因前期對(duì)對(duì)接工藝技術(shù)的了解和認(rèn)識(shí)不全面,出現(xiàn)了些質(zhì)量問(wèn)題。但隨著對(duì)質(zhì)量問(wèn)題的原因定位、機(jī)理分析、問(wèn)題復(fù)現(xiàn)等環(huán)節(jié)的研究,掌握了對(duì)導(dǎo)線對(duì)接工技術(shù)的操作要點(diǎn)、難點(diǎn),對(duì)導(dǎo)線對(duì)接操作技術(shù)進(jìn)行了改進(jìn),梳理出了對(duì)接工藝的正確操作流程。

2.1 導(dǎo)線對(duì)接操作流程

用“熱縮焊錫管”實(shí)現(xiàn)導(dǎo)線對(duì)接的正確操作流程為:導(dǎo)線脫頭穿套“熱縮焊錫管”對(duì)接的兩芯線先焊接焊錫環(huán)移至芯線絞合處熱縮槍加熱(如圖5~圖9)。

2.2 導(dǎo)線對(duì)接注意事項(xiàng)

(1)熱縮焊錫管規(guī)格的選用:若使焊錫管實(shí)現(xiàn)可靠對(duì)接,選用的焊錫管規(guī)格必須與對(duì)接導(dǎo)線相匹配,匹配原則是導(dǎo)線應(yīng)能順暢穿過(guò)熱縮焊錫管,且選擇與管壁間隙小的規(guī)格,導(dǎo)線直徑不應(yīng)小于熱縮焊錫管內(nèi)徑的1/2;

(2)導(dǎo)線脫頭長(zhǎng)度:搭接的兩導(dǎo)線脫頭長(zhǎng)度應(yīng)參照熱縮焊錫管內(nèi)兩熱熔膠環(huán)間距,應(yīng)小于環(huán)間距3~5mm;

(3)對(duì)接位置確定:將對(duì)接兩芯線對(duì)插裝到焊錫管內(nèi),對(duì)接部位要重合,焊錫環(huán)對(duì)中,然后將導(dǎo)線端頭捻緊合并焊接在一起;

(4)熱縮溫度和距離要求:將對(duì)接部位平行放置,熱縮槍控制溫度調(diào)至330℃~350℃,距熱縮錫管表面約30~40mm均勻?qū)ζ溥M(jìn)行加熱,使其口徑均勻縮小,目視套管口徑貼緊導(dǎo)線(圖9示)。錫環(huán)融化后再延續(xù)10~15秒停止加熱,讓其自然冷卻;

(5)若一束芯線需對(duì)接,對(duì)接時(shí)應(yīng)錯(cuò)開(kāi),避免局部堆積在一起,但要保證長(zhǎng)度一致(如圖10)。

3 結(jié)語(yǔ)

本文對(duì)“熱縮焊錫環(huán)”實(shí)現(xiàn)導(dǎo)線對(duì)接特點(diǎn)和對(duì)接操作工藝進(jìn)行了介紹,尤其對(duì)發(fā)生的質(zhì)量問(wèn)題進(jìn)行了原因定位和機(jī)理分析,實(shí)現(xiàn)了問(wèn)題共享,希望大家引以為戒,避免后續(xù)重復(fù)質(zhì)量問(wèn)題的發(fā)生。

參考文獻(xiàn)

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篇4

關(guān)鍵詞: PD雷達(dá); 電磁脈沖干擾; SystemVue; 對(duì)抗試驗(yàn)

中圖分類(lèi)號(hào): TN97?34 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼: A 文章編號(hào): 1004?373X(2016)21?0044?03

Design of PD radar countermeasure simulation system based on SystemVue

WU Ruowu, XU Xiong, HAN Hui, ZENG Yonghu, WANG Liandong

(State Key Laboratory of Complex Electromagnetic Environment Effects on Electronics and Information System, Luoyang 471003, China)

Abstract: To deeply analyze the experiment phenomenon of PD radar countermeasure, and acquire the response characteristic of PD radar signal processing link under different confrontation conditions, a set PD radar countermeasure simulation system composed of echo signal generation module, interference signal generation module, antenna characteristic simulation module, clutter characteristic simulation module, receiver module, A/D conversion module, MTD processing module and CFAR detection module was constructed by means of system simulation software SystemVue and Matlab for collaborative modeling and simulation. The system provides an efficient, flexible and intuitive simulation mode. The results of pulse interference signal simulation test show that the system has the ability to study the link response characteristic under different confrontation conditions, and provides a powerful support for the assessment of PD radar countermeasure test.

Keywords: pulsed Doppler radar; electromagnetic pulse interference; SystemVue; countermeasure test

0 引 言

脈沖多普勒雷達(dá)[1?3]因其具有高速度分辨率、抑制雜波能力強(qiáng)等特點(diǎn),已經(jīng)被越來(lái)越廣泛地應(yīng)用在機(jī)載預(yù)警雷達(dá)、機(jī)載和地面火力控制雷達(dá)、彈載制導(dǎo)雷達(dá)等方面,脈沖多普勒雷達(dá)的使用極大地提高了軍事裝備的作戰(zhàn)性能。與此同時(shí),伴隨著脈沖多普勒雷達(dá)的廣泛使用以及電子對(duì)抗技術(shù)的發(fā)展,針對(duì)脈沖多普勒體制的對(duì)抗干擾技術(shù)也在不斷發(fā)展,此時(shí)提高脈沖多普勒雷達(dá)在特定干擾對(duì)抗和多電磁環(huán)境要素[4?6]影響條件下的抗干擾能力成為制約軍事裝備作戰(zhàn)能力提高的關(guān)鍵因素。

為了提高脈沖多普勒雷達(dá)的抗干擾能力,建立了一個(gè)脈沖多普勒雷達(dá)信號(hào)處理仿真系統(tǒng)。研究在干擾條件下對(duì)其信號(hào)處理鏈路的影響,分析其對(duì)各處理環(huán)節(jié)影響的特性,為進(jìn)行相關(guān)電子抗干擾技術(shù)提供幫助。SystemVue[7?9]是一款專為電子系統(tǒng)級(jí)設(shè)計(jì)的EDA產(chǎn)品,它可以進(jìn)行真正的射頻鏈路仿真,支持射頻系統(tǒng)鏈路與數(shù)字信號(hào)處理單元協(xié)同仿真,其作為專用的ESL設(shè)計(jì)和信號(hào)處理算法開(kāi)發(fā)平臺(tái),可以替代通用的數(shù)字、模擬和數(shù)學(xué)仿真環(huán)境。本文結(jié)合實(shí)際的電磁脈沖干擾試驗(yàn)的仿真需求,選取SystemVue設(shè)計(jì)軟件構(gòu)建了一套電磁脈沖特性分析用的脈沖多普勒雷達(dá)仿真系統(tǒng)。

1 模型設(shè)計(jì)

1.1 模型構(gòu)建

一個(gè)采用二級(jí)變頻超外差體制的典型PD雷達(dá)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示,其主要組成包含變頻濾波模塊、功率放大器、收發(fā)開(kāi)關(guān)、天線、零中頻正交解調(diào)器以及相應(yīng)的視頻信號(hào)處理系統(tǒng)。上述PD雷達(dá)系統(tǒng)加上實(shí)際目標(biāo)、干擾以及信號(hào)傳播特性,構(gòu)成了PD雷達(dá)特性分析系統(tǒng)的物理模型。

本文設(shè)計(jì)PD雷達(dá)特性分析系統(tǒng)是在圖1所示物理模型的基礎(chǔ)上進(jìn)行數(shù)學(xué)行為級(jí)模型的建立,根據(jù)設(shè)計(jì)需要,把行為級(jí)模型分為干擾信號(hào)、目標(biāo)回波型號(hào)、接收處理三個(gè)基本單元,同時(shí)為了滿足特性分析的需要在各單元關(guān)鍵信號(hào)節(jié)點(diǎn)處加入了測(cè)試分析節(jié)點(diǎn)。整個(gè)特性分析仿真模型如圖2所示。

系統(tǒng)主要針對(duì)多普勒帶寬內(nèi)受到速度、距離欺騙干擾和受到高能電磁脈沖壓制的情況下,接收機(jī)各信息鏈路節(jié)點(diǎn)的特性變化情況。如圖2所示,電磁脈沖信號(hào)經(jīng)過(guò)發(fā)射機(jī)、天線、雜波和目標(biāo)信息模塊后進(jìn)入到接收處理模塊。速度和距離干擾部分的仿真模型圖如圖3所示。信號(hào)生成模塊可結(jié)合實(shí)際需求從系統(tǒng)庫(kù)或者存儲(chǔ)的波形文件中調(diào)用。與實(shí)際仿真的PD雷達(dá)模型相對(duì)應(yīng),發(fā)射機(jī)選取了兩級(jí)上變頻到射頻的結(jié)構(gòu)。經(jīng)天線模塊出來(lái)的射頻信號(hào)調(diào)制速度信息和雜波信息后進(jìn)入到接收機(jī)部分。目標(biāo)回波信號(hào)和干擾信號(hào)經(jīng)接收機(jī)兩級(jí)下變頻,在視頻進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換后再進(jìn)入到多普勒濾波器組,之后再進(jìn)行CFAR和視頻積累處理。

1.2 仿真參數(shù)設(shè)置

SystemVue仿真環(huán)境是建立在數(shù)據(jù)流計(jì)算的基礎(chǔ)上的,數(shù)據(jù)流分析引擎是數(shù)據(jù)流仿真的核心,任意一個(gè)SystemVue仿真系統(tǒng)執(zhí)行之前,都需要根據(jù)數(shù)據(jù)流特點(diǎn)為其配備相應(yīng)的分析引擎,系統(tǒng)的數(shù)據(jù)流分析設(shè)置圖如圖4所示。它包含數(shù)據(jù)分析開(kāi)始和結(jié)束時(shí)間設(shè)置,系統(tǒng)采樣率、采樣點(diǎn)數(shù)以及頻率分辨率等內(nèi)容。

2 模型功能測(cè)試

在建立了PD雷達(dá)特性分析系統(tǒng)仿真模型之后,需要對(duì)其功能進(jìn)行驗(yàn)證。本文通過(guò)驗(yàn)證系統(tǒng)建立的頻譜測(cè)試節(jié)點(diǎn)和數(shù)據(jù)測(cè)試節(jié)點(diǎn)輸出實(shí)現(xiàn)驗(yàn)證過(guò)程。設(shè)定電磁脈沖信號(hào)重頻為10 kHz,脈寬為500 ns,干擾信號(hào)的重頻為5 kHz,脈寬為500 ns,觀測(cè)接收機(jī)中頻輸出的頻譜。無(wú)干擾和有干擾情況接收機(jī)中頻檢測(cè)到的頻譜圖如圖5和圖6所示。

多普勒濾波器組和CFAR數(shù)據(jù)處理后的輸出是整個(gè)PD雷達(dá)系統(tǒng)的核心內(nèi)容。未做雜波處理的條件下,目標(biāo)多普勒頻率為8 000 Hz,距離為1 600時(shí)的距離?多普勒速度圖和CFAR檢測(cè)輸出圖,如圖7所示。

加入干擾的情況下多普勒濾波器組處理輸出,如圖8所示。

3 結(jié) 語(yǔ)

本文針對(duì)實(shí)際PD雷達(dá)電磁脈沖干擾試驗(yàn)仿真分析需求,利用SystemVue搭建了一套用于PD雷達(dá)電磁脈沖特性分析的仿真系統(tǒng),該系統(tǒng)由信號(hào)和干擾、射頻發(fā)射接收、天線、雜波及目標(biāo)和干擾回波生成、MTD處理和顯示、CFAR檢測(cè)等模塊組成。通過(guò)對(duì)搭建系統(tǒng)各關(guān)鍵輸出節(jié)點(diǎn)的測(cè)試,系統(tǒng)具備了典型PD雷達(dá)系統(tǒng)仿真模擬的能力,可進(jìn)行不同對(duì)抗條件下的PD雷達(dá)電磁脈沖干擾特性分析實(shí)驗(yàn)。

參考文獻(xiàn)

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篇5

【關(guān)鍵詞】可重構(gòu);電子系統(tǒng);數(shù)據(jù)壓縮;ADV212;FPGA

Abstract:This paper introduces the development status of reconfigurable electronic systems technology,after analyzing on ADV212,a JPEG2000 standard codec ASIC,proposed a design scheme of an reconfigurable image data compression system,it combines the flexibility of FPGA devices and the efficiency of ASIC,it used FPGA resources on system reconfiguration.Tests and experimental results show that the reconfigurable image compression system with higher peak signal to noise ratio(PSNR),it is able to meet a communication system’s requirement on real time and data integrity of image compression.

Key words:reconfigurable;electronic systems;data compression;ADV212;FPGA

1.引言

隨著多媒體應(yīng)用不斷發(fā)展,圖像的傳輸與處理技術(shù)在高速光通信領(lǐng)域的應(yīng)用越來(lái)越普遍?;诎l(fā)光二極管的海量圖像數(shù)據(jù)通信受到傳輸時(shí)間和信道帶寬等因素制約,為突破這類(lèi)瓶頸更好實(shí)現(xiàn)圖像等大數(shù)據(jù)的及時(shí)傳輸處理,圖像數(shù)據(jù)壓縮近年來(lái)技術(shù)研究十分活躍。圖像數(shù)據(jù)運(yùn)用與通信已是無(wú)處不在,對(duì)多媒體數(shù)據(jù)處理、傳輸?shù)男阅芤笠草^高,使得運(yùn)用專用集成電路(ASIC)和專用指令處理器(ASIP)進(jìn)行圖像壓縮成為業(yè)界的主流選擇[1],但專用硬件對(duì)圖像數(shù)據(jù)壓縮等處理過(guò)程實(shí)時(shí)性追求必然導(dǎo)致其使用靈活性受到限制。采用純軟件和嵌入式處理器實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)壓縮信息處理雖然靈活,但壓縮處理速度較慢,也不易實(shí)現(xiàn)通用的數(shù)據(jù)壓縮信息處理機(jī)[2]。隨著應(yīng)用需求擴(kuò)展和微電子技術(shù)進(jìn)步,一種可重構(gòu)的電子系統(tǒng)應(yīng)用已經(jīng)逐步成熟,它兼顧了硬件的高速性和軟件的靈活性,是發(fā)光二極管數(shù)據(jù)通信等領(lǐng)域研發(fā)的重要組成部分。本文結(jié)合圖像數(shù)據(jù)壓縮信號(hào)處理單元的技術(shù)需求和可重構(gòu)電子系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀,提出一種以單片編解碼芯片ADV212為核心系統(tǒng)架構(gòu),結(jié)合FPGA器件的靈活性和專用編解碼芯片的高效性,設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)一種具有功能可重構(gòu)的、適應(yīng)JPEG2000協(xié)議的數(shù)據(jù)壓縮信息處理系統(tǒng)。

2.可重構(gòu)電子系統(tǒng)技術(shù)研究現(xiàn)狀

美國(guó)超級(jí)計(jì)算機(jī)研究中心已推出了基于XC3090和XC4010 FPGA陣列的兩代SPLASH系統(tǒng),SPLASH-2已廣泛應(yīng)用于模板匹配、圖像處理等領(lǐng)域。Lockheed Sanders公司設(shè)計(jì)的CHAMP(Configurable Hardware Algorithm Mappable Preprocessor),是一種基于XC4013 FPGA的可配置硬件算法映射系統(tǒng),用于空間濾波、光譜濾波和背景歸一化,已經(jīng)在新型導(dǎo)彈預(yù)警系統(tǒng)中使用。美國(guó)Brigham Young大學(xué)的一個(gè)研究小組把FPGA和DSP結(jié)合在一起,構(gòu)成面向高性能的嵌入式數(shù)字信號(hào)處理的可重構(gòu)處理器,是一種面向應(yīng)用的解決方案,構(gòu)成DSP-RL(可重構(gòu)邏輯)結(jié)構(gòu)的處理器。其基本思想是在數(shù)字信號(hào)處理器中嵌入一塊可重構(gòu)邏輯陣列,常規(guī)控制和簡(jiǎn)單計(jì)算由DSP完成,計(jì)算量大的任務(wù)由可重構(gòu)陣列完成。英國(guó)牛津大學(xué)的程序研究小組利用Xilinx4000系列的FPGA對(duì)可重構(gòu)計(jì)算進(jìn)行了卓有成效的研究。他們將FPGA、設(shè)計(jì)自動(dòng)化和適應(yīng)性計(jì)算融為一體,提出了一種基于FPGA的可重構(gòu)處理器思想[3]。美國(guó)加州大學(xué)伯克利分校的BRASS研究小組開(kāi)發(fā)了將一個(gè)MIPS微處理器和細(xì)粒度FPGA組合在一起的系統(tǒng),稱為Garp。XPP(eXtreme Processing Platform)結(jié)構(gòu)是PACT公司提出的一種粗粒度實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)可重構(gòu)的數(shù)據(jù)處理技術(shù),其中心思想是用配置流來(lái)替代指令流。目前國(guó)內(nèi)對(duì)可重構(gòu)計(jì)算進(jìn)行多方面的研究。西北工業(yè)大學(xué)航空微電子中心,在國(guó)內(nèi)較早進(jìn)行了單芯片可重構(gòu)計(jì)算系統(tǒng)的概念驗(yàn)證原型,在一個(gè)芯片中集成微處理器核、可編程資源和嵌入式的存儲(chǔ)器系統(tǒng)。哈爾濱工業(yè)大學(xué)在線程計(jì)算方面的可重構(gòu)做過(guò)研究[3]。華為公司在程控處理方面提出過(guò)自己的專用可重構(gòu)處理機(jī)。

可重構(gòu)計(jì)算的編譯技術(shù)處于起步階段,傳統(tǒng)的計(jì)算系統(tǒng)就是將軟件代碼下載到RAM中,這樣提供了極大的靈活性,同樣使用可重構(gòu)件也是基于RAM的配置代碼加載,它不能從軟件編譯得到,需要有相應(yīng)的協(xié)同編譯技術(shù)。協(xié)同編譯包括自動(dòng)的軟件/配置代碼劃分,決定分割和調(diào)度計(jì)算的順序以及哪部門(mén)電路需要被改變。在此方面已經(jīng)有一些研究成果,但還需開(kāi)發(fā)更先進(jìn)的工具來(lái)充分利用新硬件技術(shù)的優(yōu)勢(shì)。對(duì)于2020年及其后的硬件結(jié)構(gòu),可演化性將成為其一個(gè)關(guān)鍵特征[3]。在固定功能的硬件和可演化硬件(Evolvable Hardware,EH)之后,下一代將是可以自我配置和演化的硬件。可演化硬件或可演化方法代表一個(gè)新的研究領(lǐng)域,也是FPGA的一個(gè)新的應(yīng)用領(lǐng)域,其動(dòng)態(tài)可重構(gòu)電路的配置是由演化進(jìn)程決定的,演化的方法如遺傳算法被用來(lái)產(chǎn)生及進(jìn)化出一系列FPGA的配置,最終產(chǎn)生具有所需功能的設(shè)計(jì),由此可能產(chǎn)生超出現(xiàn)有模型、技術(shù)綜合或設(shè)計(jì)者能力的具有新型功能的電路。它可以看成是控制論和仿生學(xué)的復(fù)蘇,主要推動(dòng)技術(shù)就是現(xiàn)在出現(xiàn)的可重構(gòu)硬件技術(shù)。當(dāng)今在日本、韓國(guó)和美國(guó)都出現(xiàn)了越來(lái)越多的與可演化硬件相關(guān)的研究。

隨著社會(huì)、經(jīng)濟(jì)和信息技術(shù)的進(jìn)步,海量的圖像或視頻信息數(shù)據(jù)處理與運(yùn)用已經(jīng)延伸到各個(gè)領(lǐng)域,另一方面發(fā)光二極管數(shù)據(jù)通信帶寬等因素的限制日益突出,圖像數(shù)據(jù)壓縮就成為了通信信息處理中重要的技術(shù)分支。正因?yàn)閿?shù)據(jù)傳輸處理應(yīng)用無(wú)處不在,圖像壓縮的技術(shù)要求也是多種多樣,運(yùn)用可重構(gòu)電子系統(tǒng)相關(guān)技術(shù)實(shí)現(xiàn)一種面向多用途的圖像數(shù)據(jù)壓縮信息處理,對(duì)于實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信處理平臺(tái)的通用化系列化意義重大。鑒于當(dāng)前圖像數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)和可重構(gòu)電子系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀,用可編程邏輯實(shí)現(xiàn)全部圖像編解碼算法不管在開(kāi)銷(xiāo)和效率上均不太具備可行性,而另一方面類(lèi)似ADV212這種基于JEPG2000協(xié)議的圖像編解碼專用芯片(ASIC)技術(shù)在技術(shù)成熟度、運(yùn)算效率和成本等各方面是目前FPGA器件加載的編解碼軟核所不能比擬的[2],所以面向多用途的圖像數(shù)據(jù)壓縮信息處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)上兼顧FPGA的靈活性和專用ASIC的高效性是必然的選擇。

3.基于ADV212圖像數(shù)據(jù)壓縮系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

3.1 可重構(gòu)的圖像數(shù)據(jù)壓縮電子系統(tǒng)架構(gòu)

本文提出的設(shè)計(jì)方案采用“FPGA+ADV212” 的架構(gòu),用硬件電路實(shí)現(xiàn)通信系統(tǒng)中圖像數(shù)據(jù)壓縮,該可重構(gòu)電子系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。核心的圖像編解碼運(yùn)算由ASIC芯片ADV212來(lái)實(shí)現(xiàn),充分發(fā)揮該ASIC的實(shí)時(shí)性和成熟性,為適應(yīng)不同的應(yīng)用需求,運(yùn)用FPGA器件的靈活性達(dá)成電子系統(tǒng)的可重構(gòu),F(xiàn)PGA邏輯主要實(shí)現(xiàn)對(duì)ADV212芯片的配置、整個(gè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)流控制以及系統(tǒng)時(shí)序邏輯適配,還配置了電源轉(zhuǎn)換管理模塊、高速存儲(chǔ)模塊、輸入輸出接口模塊、USB控制模塊以及顯控模塊等。該方法具有開(kāi)發(fā)周期短、實(shí)時(shí)性好、功能擴(kuò)展和算法升級(jí)方便等優(yōu)點(diǎn),較好地貫徹了系統(tǒng)可重構(gòu)的設(shè)計(jì)思想。

圖1 圖像數(shù)據(jù)壓縮系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

3.2 ADV212結(jié)構(gòu)及工作原理

ADV212是AD公司推出的一款單片JPEG2000編解碼芯片,是業(yè)界具有實(shí)時(shí)壓縮和解壓縮標(biāo)準(zhǔn)視頻、高清視頻的專用芯片,適用于多種視頻和靜止圖像格式。ADV212的內(nèi)部功能框圖如圖2所示[4],該芯片主要由像素接口、小波變換引擎、熵編解碼器、嵌入式處理器、存儲(chǔ)器系統(tǒng)和內(nèi)部DMA引擎等組成。輸入圖像和像素?cái)?shù)據(jù)輸入像素接口,采樣值則經(jīng)過(guò)隔行掃描傳輸?shù)叫〔ㄗ儞Q引擎中。在小波引擎中,每個(gè)圖塊或幀將通過(guò)5/3或9/7濾波器分解成許多子帶。生成的小波系數(shù)寫(xiě)入內(nèi)部寄存器中。熵編解碼器將圖像數(shù)據(jù)編碼為符合JPEG2000標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)。內(nèi)部DMA引擎提供存儲(chǔ)器之間的高帶寬傳輸及各模塊和存儲(chǔ)器之間的高性能傳輸。提供的RISC處理器具有每一個(gè)程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、中斷控制器、標(biāo)準(zhǔn)總線接口及定時(shí)器計(jì)數(shù)器所對(duì)應(yīng)的ROM和RAM。

圖2 ADV212內(nèi)部功能框圖

圖3 HIPI模式工作下的ADV212配置流程

3.3 ADV212芯片的初始化配置流程及關(guān)鍵寄存器說(shuō)明

在本系統(tǒng)中,通過(guò)FPGA內(nèi)嵌NIOSII軟核實(shí)現(xiàn)對(duì)JPEG2000壓縮芯片ADV212的初始化,初始化的過(guò)程包括直接寄存器的配置、間接寄存器的配置以及固件的加載,其中,配置所需的ADV212 RISC固件存儲(chǔ)在NIOS II外部存儲(chǔ)總線的FLASH芯片上。對(duì)于本系統(tǒng)中壓縮芯片設(shè)置為HIPI模式,其初始化的具體流程如圖3所示[5]。系統(tǒng)上電后,先進(jìn)行上電復(fù)位(BOOT=0x008A),然后配置內(nèi)部鎖相環(huán)(PLL),至少等待20us鎖相環(huán)配置成功后,設(shè)置No-Boot Host模式(BOOT=0x008A),配置主機(jī)接口訪問(wèn)方式(BMODE=0x000A,這里主要設(shè)置主機(jī)控制數(shù)據(jù)寬度和DMA數(shù)據(jù)寬度)和間接寄存器的訪問(wèn)方式(MMODE=0x000A,這里主要設(shè)置數(shù)據(jù)存取位數(shù)和間接地址步長(zhǎng)大?。?,然后NIOS II軟核將存儲(chǔ)在片外FLASH中大小為32KB的固件讀出并且寫(xiě)入ADV212中0x57F00~0x57FF0存儲(chǔ)空間上,軟復(fù)位(BOOT=0x008D),重新設(shè)置BUSMODE和MMODE,再設(shè)置編碼參數(shù)如圖像格式、精度、小波變換級(jí)數(shù)、小波類(lèi)型、編碼塊的大小、壓縮比、量化步長(zhǎng)、輸出碼流格式等[4],配置間接寄存器(行列計(jì)數(shù)器、F0_START、F1_START、V0_START、V1_START、V0_END、V1_END、PIXEL_START、PIXEL_END、PMODE2、VMODE、DMA等),配置完這些寄存器后使能中斷,查詢固件是否正確加載(SWFLAG=0XFF82),如果固件被正確加載,清標(biāo)志(EIRQFLAG=0xFFFF)后可進(jìn)行編碼,否則繼續(xù)查詢。

一些重要寄存器的說(shuō)明如下:

1)PMODE1:配置VDATA或者HDATA總線上的像素格式及精度;

2)XTOT:設(shè)置每行的掃描樣本數(shù),對(duì)于灰度圖像,它等于圖像寬度;對(duì)于YCbCr圖像,它等于圖像寬度的2倍;對(duì)于VDATA工作模式的HVF形式,它至少要有16個(gè)行消隱,既要多加16;

3)YTOT:設(shè)置每幀的行數(shù),一般等于圖像的高度,對(duì)于VDATA工作模式的HVF形式,它至少要有6個(gè)行消隱,既要多加6;

4)EDMOD0和EDMOD1:設(shè)置DMA模式;

5)PMODE2:設(shè)置H、V、H以及VCLK的有效沿;

6)VMODE:設(shè)置ADV202的視頻接口操作模式;

7)FFTHRP、FFTHRC、FFTHRA:設(shè)置FIFO門(mén)限值;

8)其它F0_START、F1_START、V0_START、V1_START、V0_END、V1_END、PIXEL_START、PIXEL_END參照用戶手冊(cè)[6]。

3.4 運(yùn)用NIOSⅡ軟核實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)重構(gòu)

NIOSⅡ是Altera公司開(kāi)發(fā)的32位嵌入在FPGA芯片中的RISC軟核處理器,其指令執(zhí)行速度可達(dá)200DMIPS,時(shí)鐘頻率可達(dá)200MHz,并利用內(nèi)部Avalon總線與FPG內(nèi)各邏輯電路單元、片外各類(lèi)接口相連,可利用SOPC Builder工具自動(dòng)生成嵌入式片上系統(tǒng)[7]。Altera公司提供NIOSⅡ IDE軟件集成開(kāi)發(fā)環(huán)境,應(yīng)用C語(yǔ)言編程,可實(shí)現(xiàn)外設(shè)接口控制編程、信號(hào)處理算法編程等。硬件調(diào)試可采用QuatusⅡ提供的SignalTapⅡ邏輯分析儀,便于調(diào)試分析多組時(shí)序信號(hào)。運(yùn)用NIOSⅡ進(jìn)行軟硬件協(xié)同設(shè)計(jì)的方法,可快速組建功能復(fù)雜的嵌入式系統(tǒng)[8],本設(shè)計(jì)正是在FPGA上運(yùn)用NIOSⅡ?qū)崿F(xiàn)電子系統(tǒng)的可重構(gòu)。

如圖4所示為基于ADV212的圖像數(shù)據(jù)壓縮信息處理樣機(jī)的NIOSⅡ系統(tǒng)配置模塊,這是達(dá)成可重構(gòu)設(shè)計(jì)的NIOSⅡ部分的核心,在FPGA芯片上實(shí)現(xiàn)的SOPC硬件架構(gòu)包括FPGA、存儲(chǔ)器和外設(shè)接口三部分。

圖4 NIOSⅡ系統(tǒng)配置模塊

圖像數(shù)據(jù)壓縮系統(tǒng)調(diào)度控制流程全部是運(yùn)行在FPGA芯片內(nèi)部的,核心是NIOSⅡ嵌入式CPU模塊,與一般的嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)不同,當(dāng)SOPC設(shè)計(jì)需要新的外設(shè)模塊時(shí),不需要在PCB上加入相應(yīng)的外設(shè)芯片,在FPGA芯片內(nèi)部加入相應(yīng)的外設(shè)模塊,并通過(guò)在片上的Avalon總線與NIOSⅡ CPU相連即可。存儲(chǔ)器部分的設(shè)計(jì)有作為代碼運(yùn)行和變量交換的空間的片上RAM;有用于將程序固化EPCS;還有FLASH控制器,控制NIOSⅡ CPU對(duì)Flash的讀寫(xiě),F(xiàn)lash中事先寫(xiě)入了ADV212的配置數(shù)據(jù)。另外還有ADV212控制器用于控制NIOSⅡ CPU對(duì)ADV212寄存器的讀寫(xiě),從而配置ADV212;SYSID是一個(gè)簡(jiǎn)單的只讀設(shè)備,它作為SOPC Builder工具提供唯一的標(biāo)識(shí)符;Avalon三態(tài)總線橋用來(lái)連接NIOSⅡ CPU與SDRAM、Flash。SOPC Builder工具提供了各種通用的外設(shè)控制邏輯IP核,其運(yùn)行穩(wěn)定可靠,可在很大程度上直接調(diào)用而不用關(guān)心其具體實(shí)現(xiàn)[9],在圖像壓縮信息處理機(jī)系統(tǒng)重構(gòu)過(guò)程中,重點(diǎn)關(guān)注核心算法和關(guān)鍵配置的實(shí)現(xiàn)即可,使得數(shù)據(jù)通信與處理系統(tǒng)產(chǎn)品的研發(fā)周期大幅縮短。

圖5 原始圖像(左)與壓縮解壓圖像(右)對(duì)比

4.測(cè)試試驗(yàn)結(jié)果

為了驗(yàn)證該可重構(gòu)圖像壓縮信息處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)的實(shí)際效果,將一副512*512大小的灰度圖輸入到系統(tǒng)可重構(gòu)圖像數(shù)據(jù)壓縮信息處理樣機(jī)進(jìn)行測(cè)試驗(yàn)證,如圖5左側(cè)所示為原始圖像,按10:1的壓縮比,不可逆的5級(jí)定點(diǎn)97小波變換將此圖像壓縮成JPEG2格式,然后利用開(kāi)源軟件kakadu.exe進(jìn)行解壓[10],圖5右側(cè)為解壓后的圖像顯示,用肉眼幾乎很難分辨圖像壓縮前后的差異,這里用數(shù)學(xué)統(tǒng)計(jì)的方法來(lái)計(jì)算圖像的峰值信噪比和實(shí)時(shí)性等圖像壓縮信息處理的評(píng)價(jià)指標(biāo),定量說(shuō)明這種系統(tǒng)可重構(gòu)的圖像壓縮信息處理系統(tǒng)的使用效果。

圖像壓縮信息處理系統(tǒng)的信息處理質(zhì)量評(píng)價(jià),一般用到以下兩種公式[11]。

均方差:

(1)

峰值信噪比:

(2)

其中,和分別表示原始圖像和重構(gòu)圖像坐標(biāo)為(i,j)處的像素幅值。表示原始圖像中可能取的最大值。由公式(1)和公式(2)計(jì)算可知,經(jīng)樣機(jī)對(duì)測(cè)試圖像(512*512,coffee)進(jìn)行處理的壓縮比為10:1,壓縮后重構(gòu)圖像和原始圖像的峰值信噪比計(jì)算得到PSNR結(jié)果為37.8354。

實(shí)時(shí)性評(píng)價(jià)主要通過(guò)軟件跟蹤測(cè)試,將原始圖像coffee輸入到ADV212的HDATA數(shù)據(jù)總線上[12],從輸入開(kāi)始計(jì)時(shí),到從HDATA數(shù)據(jù)總線讀出壓縮后的圖像信息,時(shí)間小于0.1ms,能滿足某通信系統(tǒng)對(duì)于數(shù)據(jù)壓縮實(shí)時(shí)性的要求。

5.結(jié)論

運(yùn)用NIOSⅡ的軟/硬件統(tǒng)一編程模型,完成了基于ADV212芯片的可重構(gòu)圖像數(shù)據(jù)壓縮信息處理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn),一方面充分運(yùn)用了該型專用ASIC芯片的技術(shù)成熟度和運(yùn)算實(shí)時(shí)性,另一方合理運(yùn)用了可重構(gòu)電子系統(tǒng)相關(guān)技術(shù)的研究成果。提出了基于ASIC的系統(tǒng)可重構(gòu)的圖像數(shù)據(jù)壓縮信息處理解決方案,系統(tǒng)架構(gòu)和接口簡(jiǎn)潔,系統(tǒng)重構(gòu)和配置算法升級(jí)方便,體現(xiàn)了某發(fā)光二極管通信系統(tǒng)信息傳輸處理單元模塊化、通用化、可重構(gòu)等設(shè)計(jì)思想。

設(shè)計(jì)方案較好地解決了圖像壓縮運(yùn)算實(shí)時(shí)性要求和當(dāng)前可編程器件及開(kāi)發(fā)高質(zhì)量軟核驗(yàn)證過(guò)程漫長(zhǎng)的矛盾。經(jīng)測(cè)試考核,樣機(jī)能夠滿足某發(fā)光二極管通信系統(tǒng)對(duì)于圖像信息處理的性能指標(biāo)要求,為圖像數(shù)據(jù)壓縮處理單元的通用化、重構(gòu)升級(jí)與二次開(kāi)發(fā)奠定了基礎(chǔ)。

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基金資助:上海市科委科技攻關(guān)項(xiàng)目(項(xiàng)目編號(hào):12dz1143100)。

作者簡(jiǎn)介:

宋曉東(1975―),男,碩士,上海航天電子技術(shù)研究所高級(jí)工程師,主要研究方向:信號(hào)與信息處理,嵌入式系統(tǒng)架構(gòu)。

篇6

隨著人類(lèi)探索領(lǐng)域的不斷擴(kuò)大,對(duì)于空間的拓展能力也不斷增強(qiáng)。當(dāng)前,無(wú)論是海域還是大氣層,人類(lèi)的發(fā)現(xiàn)都已經(jīng)相對(duì)較為成熟。航空航天事業(yè)作為人類(lèi)領(lǐng)域探索的產(chǎn)物,也得到了進(jìn)一步發(fā)展。對(duì)于電子通信系統(tǒng)綜合性能的要求不斷提高。然而,傳統(tǒng)的電子通信系統(tǒng)具有較多的缺陷,從而使得其穩(wěn)定可靠等性能的保證缺乏,這就使得航空航天事業(yè)的發(fā)展受阻,另外,當(dāng)前航空電子通信系統(tǒng)難以提供對(duì)應(yīng)的通信通道,自然也就無(wú)法保證通信信號(hào)的質(zhì)量。因此,在近年來(lái)的發(fā)展中,人們一直在對(duì)其電子通信系統(tǒng)加以研究。DSP技術(shù)的存在,能夠?yàn)樾盘?hào)的穩(wěn)定運(yùn)行提供一個(gè)更加可靠的保證,同時(shí),還具有特殊的通道。因此,成為當(dāng)前航天電子通信系統(tǒng)建設(shè)的重要依據(jù)。本文在DSP的基礎(chǔ)上,對(duì)航空電子通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)加以分析,主要從總體設(shè)計(jì)、硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)三個(gè)方面著手,并對(duì)其調(diào)試方法加以復(fù)分析,希望能夠?yàn)槲覈?guó)航空電子通信系統(tǒng)的發(fā)展提供一定的參考,進(jìn)而推動(dòng)我國(guó)航天事業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展。

【關(guān)鍵詞】DSP 航空 電子通信系統(tǒng) 設(shè)計(jì)研究

通信系統(tǒng)讓作為航空事業(yè)發(fā)展的必要基礎(chǔ)設(shè)施,其質(zhì)量的高低對(duì)于航空工作質(zhì)量以及航空領(lǐng)域的長(zhǎng)期發(fā)展都具有較強(qiáng)的影響力。而隨著航空事業(yè)的發(fā)展,也間接使得其對(duì)科學(xué)技術(shù)水平要求更高。因此,電子通信系統(tǒng)必要做出對(duì)應(yīng)的調(diào)整,才能有效地推動(dòng)航空事業(yè)的整體發(fā)展。DSP即數(shù)字信號(hào)技術(shù),是隨著科學(xué)發(fā)展所產(chǎn)生的一種新型技術(shù),其對(duì)于信號(hào)的接受以及處理,有著較好的效果。當(dāng)前,已經(jīng)逐步出現(xiàn)在人們的生產(chǎn)與生活之中?;贒SP所創(chuàng)建的航空電子通信系統(tǒng),能夠有效地保障其信號(hào)的可靠性與穩(wěn)定性,同時(shí),還會(huì)為信號(hào)提供一個(gè)新的通道,使得其整體性能得到保障。然而,由于我國(guó)航空事業(yè)發(fā)展有限,新型技術(shù)的使用還不能達(dá)到對(duì)應(yīng)的熟練度。目前,DSP應(yīng)用下,創(chuàng)建航空電子通信系統(tǒng)還不能對(duì)其的整體設(shè)計(jì)以及后續(xù)效果加以保障。故而,需要針對(duì)該條件下的電子通信系統(tǒng)加以研究,并且就其各個(gè)設(shè)計(jì)方面進(jìn)行調(diào)整,希望能夠使得其達(dá)到對(duì)應(yīng)的使用效果,推動(dòng)航空事業(yè)的持續(xù)發(fā)展。

1 DSP的內(nèi)涵

DSP,英文全稱為Digital Singnal Processing ,即數(shù)字信號(hào)處理,是面向電子信息學(xué)科的專業(yè)基礎(chǔ)課程。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō),數(shù)字信號(hào)處理也就是使用數(shù)值計(jì)算的方式來(lái)對(duì)信號(hào)進(jìn)行加工的理論與技術(shù)。在日常使用中,是將其作為一項(xiàng)實(shí)際存在的基礎(chǔ),將事物的運(yùn)動(dòng)變化,都轉(zhuǎn)化為對(duì)應(yīng)的數(shù)字,使用計(jì)算的方式,從中提取對(duì)應(yīng)的消息,并對(duì)這些信息加以運(yùn)用,實(shí)現(xiàn)人類(lèi)生產(chǎn)發(fā)展中的某個(gè)運(yùn)用活動(dòng)。目前,已經(jīng)有對(duì)應(yīng)的處理芯片,也就是數(shù)字信號(hào)處理器,一般來(lái)說(shuō),這是集成計(jì)算機(jī)所特有的一種芯片,相對(duì)較小。其實(shí)際運(yùn)用,也就是該芯片的工作過(guò)程。相對(duì)傳統(tǒng)的信號(hào)傳輸來(lái)說(shuō),該種技術(shù)的信號(hào)獲取與分析能力更強(qiáng),穩(wěn)定性較高,能夠在較短的時(shí)間內(nèi),對(duì)信息進(jìn)行準(zhǔn)確的處理。因此,目前很多領(lǐng)域都將其運(yùn)用于自身的通信系統(tǒng)之中。航空電子通信系統(tǒng)對(duì)于信號(hào)的穩(wěn)定性與可靠性要求更高,尤其是在當(dāng)前社會(huì)發(fā)展的背景下,人們對(duì)于航空領(lǐng)域的認(rèn)知不斷深化,對(duì)其應(yīng)用也相對(duì)擴(kuò)展。保證航空領(lǐng)域發(fā)展的穩(wěn)定性與應(yīng)用的安全性,成為當(dāng)前航空領(lǐng)域的主要目標(biāo)。自然,對(duì)其電子通信系統(tǒng)的要求也達(dá)到了一個(gè)相對(duì)的高度。航空電子通信系統(tǒng)要求提高,DSP技術(shù)的信號(hào)處理優(yōu)勢(shì)不斷突出,這就使得航空電子通信對(duì)其運(yùn)用的重視提高,對(duì)應(yīng)的通信系統(tǒng)建設(shè),成為當(dāng)前的主要方向。

2 航空電子通信系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)

基于DSP的航空電子通信系統(tǒng),一般來(lái)說(shuō),其主要結(jié)構(gòu)為:軟件、硬件、調(diào)試。

2.1 軟件也就是整個(gè)系統(tǒng)的核心部分

其對(duì)系統(tǒng)中的所有程序都會(huì)產(chǎn)生一個(gè)控制作用,通常來(lái)說(shuō),軟件發(fā)出命令后,硬件就會(huì)按照其之前的設(shè)定,去執(zhí)行這個(gè)命令,從而使得整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行正常化。在實(shí)際的運(yùn)行中,硬件本身沒(méi)有生命,而軟件則是賦予其生命的重要內(nèi)容。可以說(shuō),軟件是硬件適應(yīng)外部環(huán)境的重要保障。

2.2 硬件是整個(gè)系統(tǒng)的物理基礎(chǔ)

在可科學(xué)技術(shù)不斷先進(jìn)化的今天,人們?cè)絹?lái)越追求軟件所能夠賦予硬件的內(nèi)容。然而,在軟件不斷的發(fā)展下,硬件必須要具有一定的發(fā)展,才能使得兩者契合。從某種程度上來(lái)說(shuō),軟件是硬件的的核心,而硬件則是軟件的必要基礎(chǔ)。如果沒(méi)有硬件或者硬件的性能缺乏,那么將無(wú)法滿足系統(tǒng)運(yùn)行的必然要求。而如果是航空電子通信系統(tǒng)中的硬件仍舊沒(méi)有進(jìn)行更新,其軟件的發(fā)展也不過(guò)是空談??梢哉f(shuō),軟件必須要配合對(duì)應(yīng)的硬件,才能實(shí)現(xiàn)其操作效果,達(dá)到對(duì)應(yīng)的性能高度。

2.3 系統(tǒng)調(diào)試部分是保證軟件與硬件可靠運(yùn)行的重要保障

對(duì)于DSP技術(shù)的使用來(lái)說(shuō),其主要針對(duì)系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)該具備的簡(jiǎn)單、靈活等特征,從而在軟件、硬件都沒(méi)有瑕疵的基礎(chǔ)上,來(lái)使得其信號(hào)的處理更加有效化。然而,DSP技術(shù)本身就是近年出現(xiàn)的一種新型技術(shù),將其運(yùn)用在航空電子信息系統(tǒng)上,也當(dāng)是屬于一個(gè)整體的進(jìn)步,還沒(méi)有對(duì)應(yīng)的經(jīng)驗(yàn)。因此,對(duì)于DSP背景下,所設(shè)計(jì)出來(lái)的航空電子通信系統(tǒng),其性能的好壞,運(yùn)行的實(shí)際,都沒(méi)有人可以加以保障。系統(tǒng)調(diào)試的存在,就是為了針對(duì)其中的不足,來(lái)進(jìn)行必然的調(diào)整,從而使得其更加符合運(yùn)行的原理,保證航空電子系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性與可靠性。

3 基于DSP的航空電子通信系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

硬件作為電子通信系統(tǒng)運(yùn)作的基礎(chǔ),其設(shè)計(jì)的合理性直接影響軟件的性能實(shí)現(xiàn)。尤其是在科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展的今天,各種硬件的精致性與準(zhǔn)確性不斷深化,從而使得其實(shí)用性更強(qiáng)。而在DSP的引導(dǎo)下,航空電子通信系統(tǒng)硬件的要求也就更高。筆者認(rèn)為,其硬件的設(shè)計(jì)需要注意如下幾個(gè)部分:

3.1 控制模塊設(shè)計(jì)

控制模塊是整個(gè)DSP航空電子通信系統(tǒng)的核心,一般來(lái)說(shuō),是由DSP芯片與周?chē)δ軉卧M成。DSP芯片一般是選用的低功耗、功能性能較好的TMS320系列的TMS320LF2407A,并且配合周?chē)墓δ軉卧瑥亩鴮?shí)現(xiàn)控制機(jī)載總線數(shù)據(jù)通信、存儲(chǔ)以及處理的子系統(tǒng)。 其基本結(jié)構(gòu)如圖1。

從圖1可以看出,其整個(gè)是以中心向四周擴(kuò)散的模式存在。也就是說(shuō),其控制模版聯(lián)合了周?chē)墓δ軉卧?。而且,直接?duì)周?chē)δ軉卧M(jìn)行負(fù)責(zé)。一旦其發(fā)出任何指令,周?chē)墓δ軉卧紩?huì)在第一時(shí)間來(lái)對(duì)其進(jìn)行實(shí)現(xiàn)。并且,在實(shí)現(xiàn)之后,會(huì)存在一個(gè)反饋,讓中心能夠?qū)ζ溥M(jìn)行準(zhǔn)確的狀況了解,實(shí)現(xiàn)其控制功能。

3.2 上位機(jī)與下位機(jī)的通信模塊設(shè)計(jì)

在該處,可以使用RAM技術(shù),從而使得雙CPU之間的通信得到保障。一般來(lái)說(shuō),普通的系統(tǒng)中只會(huì)存在一個(gè)CPU,從而對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行總控制。然而,航空電子通信系統(tǒng)的復(fù)雜性較強(qiáng),其面臨的問(wèn)題較多。在實(shí)踐中,其可能會(huì)存在天空、地面兩者的溝通。因此,其必須要保證CPU的運(yùn)行。而為了使得其運(yùn)行更加符合自身的狀況,雙CPU成為其主要的控制模式。采用對(duì)應(yīng)的技術(shù),從而使得兩個(gè)CPU的信息可以共享,實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的交換,從而使得其訪問(wèn)的便捷性更強(qiáng),在信息的提取上,也可以更加準(zhǔn)確。

3.3 ARINC429總線通信模塊設(shè)計(jì)

通信模塊的存在,是為了保證各個(gè)部分的信息能夠得到準(zhǔn)確的傳輸。一般來(lái)說(shuō),ARINC429總線通信模塊主要由兩個(gè)部分組成,即接收器與發(fā)送器。接收器負(fù)責(zé)信息的采集與過(guò)濾,而發(fā)送器則負(fù)責(zé)將其信息加以傳遞,從而使得其信息的運(yùn)用更加便捷化。在電子通信的過(guò)程中,其應(yīng)該表述為:將接收數(shù)據(jù)串并轉(zhuǎn)化,從而完成其數(shù)據(jù)發(fā)送的并串轉(zhuǎn)換,在某些狀況下,也可以及時(shí)的對(duì)其通信加以阻隔,從而使得通信質(zhì)量得以保證??梢哉f(shuō),總線通信模塊實(shí)際上是對(duì)通信質(zhì)量的保障,也是對(duì)通信傳輸度的控制模塊。

3.4 LON WORKS數(shù)據(jù)通信模塊設(shè)計(jì)

在LON WORKS通信模塊的設(shè)計(jì)中,一般選擇FT3150智能收發(fā)器為主要控制器,從而完成各個(gè)采集模塊數(shù)據(jù)采集的同步,并且,還添加了傳送采集數(shù)據(jù)等多種功能。為了保證該模塊功能,實(shí)現(xiàn)應(yīng)用的廣泛性,當(dāng)前還對(duì)該模塊與PC機(jī)的串行接口加以延伸,這樣就可以使得LON WORKS模塊中所采集到的數(shù)據(jù),可直接發(fā)送到上位機(jī)。在傳統(tǒng)的電子通信系統(tǒng)中,其獲取到的信息一般都是需要經(jīng)過(guò)處理,然后經(jīng)特殊的通道傳送。在這個(gè)傳輸?shù)倪^(guò)程中,可能會(huì)使得信息丟失或者不不準(zhǔn)確。這就給傳輸帶來(lái)了較大的困難。而其直接傳輸?shù)那来嬖冢涂梢杂行У乇WC傳輸質(zhì)量。其基本結(jié)構(gòu)圖如圖2。

4 基于DSP的航空電子通信系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

4.1 設(shè)計(jì)要求

在硬件設(shè)計(jì)完成之后,為了使得硬件能夠發(fā)揮其作用,必須要對(duì)其軟件加以設(shè)計(jì)。在這個(gè)設(shè)計(jì)的過(guò)程中,必須要保證系統(tǒng)軟件具有一定的實(shí)時(shí)性、可靠性與可維護(hù)性等基本特點(diǎn)。

4.1.1 基于DSP的航空電子通信系統(tǒng)需要具有良好的時(shí)效性

也就是說(shuō),系統(tǒng)的處理器需要在較短的時(shí)間內(nèi),完成一系列的軟件處理工作。例如,在其接收到對(duì)應(yīng)信號(hào)后,快速對(duì)信號(hào)進(jìn)行分析與處理,并且做出邏輯判斷,然后輸出對(duì)應(yīng)的控制信號(hào),完成正確的動(dòng)作。在這個(gè)過(guò)程中,如果存在延誤,則可能會(huì)使得整個(gè)系統(tǒng)的進(jìn)度受到影響,影響系統(tǒng)的性能實(shí)現(xiàn)。

4.1.2 基于DSP的航空電子通信系統(tǒng)需要具備一定的可靠性

這主要是針對(duì)系統(tǒng)發(fā)生故障而言,一般來(lái)說(shuō),系統(tǒng)故障會(huì)產(chǎn)生一定的問(wèn)題,在這種狀況下,必須要采取一定的措施,來(lái)對(duì)其進(jìn)行緊急處理。

4.1.3 基于DSP的航空電子通信系統(tǒng)必須要具備可維護(hù)性

一般來(lái)說(shuō),可維護(hù)性也就是說(shuō),在其設(shè)備軟件和硬件存在某種問(wèn)題時(shí),能夠通過(guò)簡(jiǎn)單調(diào)控等,達(dá)到對(duì)應(yīng)的效果,或者存在故障,能夠以維護(hù)的方式使之恢復(fù)到之前的狀況。本身航空電子通信設(shè)備都是相對(duì)精密的設(shè)備,其結(jié)構(gòu)與功能決定了是否能夠達(dá)到對(duì)應(yīng)的效果。在該種狀況下,很難一次性的就能使得整個(gè)系統(tǒng)協(xié)調(diào)化。因此,必須要采取一定的措施,使得整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)作效果更好。某些設(shè)備的可維護(hù)能力較低,其在維護(hù)的同時(shí),就會(huì)使得設(shè)備的性能受到影響,進(jìn)而降低了使用質(zhì)量。因此,必須要求設(shè)備的可維護(hù)性。

4.2 軟件的模塊劃分

在軟件設(shè)計(jì)中,需要將其模塊化,從而保證每個(gè)模塊的設(shè)計(jì)合理性與適用性,才能間接的保證系統(tǒng)整體軟件的有效性。通常來(lái)說(shuō),軟件設(shè)計(jì)主要包涵:上位機(jī)軟件設(shè)計(jì)與下位機(jī)軟件設(shè)計(jì)。上位機(jī)軟件設(shè)計(jì)主要是為了實(shí)現(xiàn)各種相關(guān)數(shù)據(jù)的有效管理,并且實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的智能糾錯(cuò)。而下位機(jī)軟件設(shè)計(jì)則是執(zhí)行軟件,保證系統(tǒng)指令實(shí)施的確切性。而上位機(jī)的模塊又包涵了四個(gè):系統(tǒng)的初始化模塊、通訊模塊、控制模塊和數(shù)據(jù)處理模塊。

5 基于DSP的航空電子通信系統(tǒng)的調(diào)試方案設(shè)計(jì)

無(wú)論是經(jīng)過(guò)多少人或者有多么精密的設(shè)備作為基礎(chǔ),其設(shè)計(jì)出來(lái)的系統(tǒng)都會(huì)存在一定的瑕疵。而調(diào)試的存在,則為系統(tǒng)的運(yùn)行提供了一定的保障。由于DSP系統(tǒng)本身相對(duì)復(fù)雜,而適用于電子通信系統(tǒng)后,兩者的復(fù)雜性有所切合,就會(huì)使得整個(gè)系統(tǒng)的復(fù)雜程度更甚。在系統(tǒng)調(diào)試時(shí),需要以系統(tǒng)的基本要求為主,確保調(diào)試的全面性。一般 來(lái)說(shuō),系統(tǒng)調(diào)試主要包括8個(gè)方面:電路板裸板檢測(cè)、焊接裝配器件、通電前檢測(cè)、電源輸出檢查、時(shí)鐘電路測(cè)試、DSP 工作狀態(tài)檢查、RAM 讀寫(xiě)測(cè)試以及上位機(jī)與下位機(jī)聯(lián)機(jī)測(cè)試。每一個(gè)方面調(diào)試工作都需要落實(shí),才能夠保證系統(tǒng)整個(gè)性能的良好。同時(shí),在調(diào)試之前,需要對(duì)軟件硬件等進(jìn)行多次確認(rèn),需要保證其不會(huì)影響調(diào)試的效果。

調(diào)試并不是單純的包涵調(diào)控的內(nèi)容,對(duì)于系統(tǒng)的維護(hù)也是有所包涵的。一般來(lái)說(shuō),系統(tǒng)調(diào)試是指系統(tǒng)正式投入使用之前,所需要進(jìn)行的試行,并在整個(gè)試行過(guò)程中,去發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)的不足,并且,對(duì)其進(jìn)行一定的調(diào)整。而維護(hù)則是在系統(tǒng)運(yùn)行中,對(duì)其進(jìn)行定期或者不定期的檢測(cè)與休整。在筆者看來(lái)維護(hù)也應(yīng)該是調(diào)試的一個(gè)部分。也就是使用后調(diào)試。在使用過(guò)程中,人們對(duì)于系統(tǒng)的了解程度不斷加強(qiáng)。而對(duì)于系統(tǒng)也會(huì)存在一定的新構(gòu)思。因此,在維護(hù)的同時(shí)對(duì)其進(jìn)行一定的調(diào)試,也十分必要。通常來(lái)說(shuō),維護(hù)也指定期維護(hù)與臨時(shí)維護(hù)。定期維護(hù)是在規(guī)定的時(shí)間中,對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行檢測(cè)與調(diào)整。而臨時(shí)維護(hù)則是需要在發(fā)生故障的背景下進(jìn)行。另外,調(diào)試并不是單純的指整個(gè)系統(tǒng)。也可以是系統(tǒng)中的某個(gè)部分。因此,調(diào)試方案的設(shè)計(jì)需要具有針對(duì)性。

6 結(jié)束語(yǔ)

DSP是社會(huì)不斷發(fā)展下,所出現(xiàn)的一種新型信號(hào)處理技術(shù)。社會(huì)各界對(duì)于其的使用都具有一定的嘗試性,航空領(lǐng)域也是一樣。傳統(tǒng)的航空領(lǐng)域信號(hào)傳輸質(zhì)量難以得到保障,其傳輸處理效率缺乏,從而使得該領(lǐng)域的發(fā)展受到了嚴(yán)重的制約。面對(duì)該種狀況,必須要對(duì)其通信系統(tǒng)進(jìn)行必要的創(chuàng)新,使之符合社會(huì)發(fā)展的需求。然而,由于技術(shù)本身相對(duì)運(yùn)用難度較大,使用經(jīng)驗(yàn)缺乏。實(shí)踐中,航空電子通信系統(tǒng)運(yùn)用DSP技術(shù)加以創(chuàng)建,必然會(huì)存在一定的問(wèn)題。這就需要人們加強(qiáng)對(duì)其的研究,從軟件、硬件兩個(gè)方面的設(shè)計(jì)著手,保證其設(shè)計(jì)出來(lái)的適應(yīng)度與精密度較強(qiáng)。另外,為了保障其正式投入使用后的效果。還需要在使用之前,進(jìn)行對(duì)應(yīng)的系統(tǒng)調(diào)試。在反復(fù)調(diào)試中發(fā)現(xiàn)問(wèn)題,解決問(wèn)題。除此之外,維護(hù)也具有一定的必要性。本文從多個(gè)方面論述了基于DSP的航空電子通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí),需要注意的問(wèn)題,從而對(duì)系統(tǒng)兼容性與通用性的保證,提供了一定的可能性。并且,還賦予了一定的擴(kuò)展能力,希望能夠?yàn)槲覈?guó)航空事業(yè)的發(fā)展提供參考。

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篇7

【關(guān)鍵詞】遠(yuǎn)程測(cè)控 技術(shù)發(fā)展 特點(diǎn) 現(xiàn)狀

1 現(xiàn)代測(cè)控的特點(diǎn)

1.1 網(wǎng)絡(luò)化

我國(guó)科學(xué)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的革新讓越來(lái)越多的領(lǐng)域都在不斷應(yīng)用新技術(shù),為人民的生活和生產(chǎn)提供了便利。由于網(wǎng)絡(luò)在生活中應(yīng)用到了各個(gè)方面,具有很強(qiáng)的滲透性,延伸到了工業(yè)、農(nóng)業(yè)也如此,隨著我國(guó)測(cè)控技術(shù)的不斷發(fā)展,網(wǎng)絡(luò)技術(shù)逐漸應(yīng)用進(jìn)來(lái),并且隨著技術(shù)的逐步提高,遠(yuǎn)程測(cè)控的可靠性和精準(zhǔn)度達(dá)到了大幅的提升,給我國(guó)農(nóng)業(yè)和工業(yè)生產(chǎn)提供了重要的技術(shù)支持。

1.2 分布式化

伴隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用,測(cè)控技術(shù)如今也進(jìn)入了一個(gè)新時(shí)期?,F(xiàn)代遠(yuǎn)程測(cè)控技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)在不同區(qū)域內(nèi)的控制作業(yè),并且精確度較之前更高,并且能準(zhǔn)確找到需要放置檢測(cè)儀器的方位。對(duì)于分布式測(cè)控系統(tǒng)來(lái)說(shuō),它是通過(guò)微型計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)的,利用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)將不同區(qū)域內(nèi)的設(shè)備相聯(lián)系,在實(shí)際生產(chǎn)操作中,此種測(cè)控系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)由測(cè)量到控制,然后實(shí)現(xiàn)全面管理的目的,這種測(cè)控技術(shù)有點(diǎn)非常明顯,它可以有效的提升測(cè)控效率,并且能控制成本支出,安全可靠性也更高,如果在測(cè)控的過(guò)程中有一個(gè)零件或部位有故障,它仍然可以確保整個(gè)系統(tǒng)不會(huì)停擺,仍然會(huì)正常運(yùn)行。

1.3 智能化

在現(xiàn)代遠(yuǎn)程測(cè)控系統(tǒng)中,采用的都是智能化的設(shè)備,智能化的設(shè)備減少了人為操作的繁瑣,讓使用更加簡(jiǎn)便,并且測(cè)控系統(tǒng)中采用的是微處理器,在操作系統(tǒng)運(yùn)行時(shí),人工智能和微電子控制一起使用,能讓計(jì)算方法更加完善。

1.4 數(shù)字化

現(xiàn)代遠(yuǎn)程測(cè)控技術(shù)的數(shù)字化簡(jiǎn)單地說(shuō)就是將一些復(fù)雜的信息轉(zhuǎn)變成一些系統(tǒng)能夠分析、測(cè)量的數(shù)據(jù),并且將這些分析出來(lái)的數(shù)字建立成數(shù)字模型,然后進(jìn)入計(jì)算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行批量處理。這種數(shù)字化的測(cè)控方式能夠?qū)崿F(xiàn)從遠(yuǎn)程到終端的具體控制,并且能在處理中得到可靠準(zhǔn)確的數(shù)據(jù),實(shí)現(xiàn)數(shù)字化控制。

2 遠(yuǎn)程測(cè)控技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

2.1 采用光纖通道的遠(yuǎn)程測(cè)控系統(tǒng)

運(yùn)用光纖通道的意思就是運(yùn)用光纜來(lái)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程測(cè)控,這種測(cè)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)的傳輸和分析都是通過(guò)光纜來(lái)實(shí)現(xiàn)的,并且系統(tǒng)也能充分實(shí)現(xiàn)光纜的最大容量傳輸,并且具有穩(wěn)定性好、抗干擾性好的優(yōu)點(diǎn),此系統(tǒng)主要分為測(cè)控中心和控制子系統(tǒng)兩個(gè),測(cè)控中心包括主站、串行口,以及光纜和光纖收發(fā)器,這些部件相互配合,實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)采集。

在光線通道的遠(yuǎn)程測(cè)控系統(tǒng)中,負(fù)責(zé)進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換的裝置是光纖收發(fā)器,它能夠通過(guò)串行口進(jìn)行信號(hào)接收。光纖收發(fā)器具有可靠性和穩(wěn)定性的有點(diǎn),能夠通過(guò)接入以太網(wǎng)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程測(cè)控,因此,此種遠(yuǎn)程測(cè)控系統(tǒng)在設(shè)計(jì)時(shí)要特別重視接口的選擇,確保光纖收發(fā)器能夠正常對(duì)接。運(yùn)用光纜的遠(yuǎn)程測(cè)控系統(tǒng)投入資金較高,但是由于抗雷性能加,數(shù)據(jù)傳輸更加穩(wěn)定,因此目前廣泛應(yīng)用在了廣播、通信站內(nèi)。比如下圖中電氣遠(yuǎn)程控制系統(tǒng),就是采用了光纖收發(fā)器。

2.2 采用Internet或者是Intranet的遠(yuǎn)程測(cè)控系統(tǒng)

采用Internet或者是Intranet的遠(yuǎn)程測(cè)控系統(tǒng),是以現(xiàn)代先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為核心,實(shí)現(xiàn)了人們對(duì)任何時(shí)間、任何地區(qū)數(shù)據(jù)信息的獲得該系統(tǒng)的組成分為現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集控制子系統(tǒng),Internet或者是Intranet,測(cè)控中心PC機(jī)、WebServer,InternetTCP/IP、數(shù)據(jù)庫(kù)(分析處理算法),Explorer等。

該系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)需要解決很多重要問(wèn)題,主要分為以下幾個(gè)方而:是傳輸數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性、準(zhǔn)確性、可靠性等;一是網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行的安個(gè)性問(wèn)題;三是InternetTCP/IP協(xié)議與現(xiàn)場(chǎng)總線協(xié)議的兼容性問(wèn)題,是否能實(shí)現(xiàn)傳輸數(shù)據(jù)的暢通無(wú)阻;四是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫(kù)的更新與連接問(wèn)題,是否能確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性、可靠性與動(dòng)態(tài)性;五是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫(kù)是否具有良好的兼容性與編程的高效率性。采用Internet或者是Intranet的遠(yuǎn)程測(cè)控系統(tǒng)適用于遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)或者是不同地區(qū)數(shù)據(jù)的收集、采集、報(bào)警、故障監(jiān)測(cè)等,在現(xiàn)代各個(gè)領(lǐng)域中廣泛應(yīng)用。

3 遠(yuǎn)程測(cè)控技術(shù)發(fā)展的趨勢(shì)

3.1 數(shù)據(jù)傳輸方式的多樣化發(fā)展

隨著遠(yuǎn)程測(cè)控范圍與距離的不斷擴(kuò)大,遠(yuǎn)程測(cè)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)復(fù)雜化程度的不斷增加,過(guò)去數(shù)據(jù)傳輸?shù)膯畏绞揭褵o(wú)法滿足現(xiàn)代社會(huì)發(fā)展的需求遠(yuǎn)程測(cè)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸方式的多樣化發(fā)展,是將多種數(shù)據(jù)傳輸方式結(jié)合運(yùn)用,有效降低系統(tǒng)的復(fù)雜程度,有利于遠(yuǎn)程測(cè)控系統(tǒng)的模塊化發(fā)展例如無(wú)線通信技術(shù)中的藍(lán)牙技術(shù)應(yīng)用到遠(yuǎn)程測(cè)控系統(tǒng)中,實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程測(cè)控系統(tǒng)與Internet或者是Intranet的連接,達(dá)到網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程測(cè)控的目的。

3.2 嵌入式微型因特網(wǎng)互聯(lián)技術(shù)與嵌入系統(tǒng)的應(yīng)用

嵌入式微型因特網(wǎng)互聯(lián)技術(shù)與嵌入系統(tǒng)技術(shù)的應(yīng)用,促進(jìn)了遠(yuǎn)程測(cè)控技術(shù)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集與控制子系統(tǒng)的智能化發(fā)展,方便了遠(yuǎn)程測(cè)控系統(tǒng)通信渠道的建立。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷創(chuàng)新,微處理器與嵌入式技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用,進(jìn)步促進(jìn)了遠(yuǎn)程測(cè)控系統(tǒng)的智能化發(fā)展,大大降低了測(cè)控系統(tǒng)主控機(jī)CPU的負(fù)載量,提高了測(cè)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)臏y(cè)控性與實(shí)時(shí)性,此外,測(cè)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集與控制子系統(tǒng)的智能化發(fā)展,有效擴(kuò)大了Internet與Intranet數(shù)據(jù)通信范圍。

4 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述,科學(xué)技術(shù)的發(fā)展必定不斷推動(dòng)遠(yuǎn)程測(cè)控技術(shù)的發(fā)展和完善,隨著技術(shù)的不斷更新,遠(yuǎn)程測(cè)控技術(shù)必定會(huì)在更多的領(lǐng)域得以應(yīng)用,而我們只有看清形勢(shì),不斷提升技術(shù),才能真正促進(jìn)我國(guó)遠(yuǎn)程測(cè)控領(lǐng)域的發(fā)展。

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篇8

關(guān)鍵詞:DC/DC變換器;升壓隔離變換技術(shù);升壓隔離控制技術(shù)

中圖分類(lèi)號(hào):TM46 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1674-7712 (2014) 04-0000-01

DC/DC也叫直流斬波器,主要功能就是將固定的直流電壓轉(zhuǎn)變?yōu)榭勺兊闹绷麟妷?。將直流低壓變換成直流高壓,同時(shí)實(shí)現(xiàn)電氣隔離就是隔離升壓型DC/DC變換器的主要特征。此技術(shù)被廣泛應(yīng)用在電動(dòng)車(chē)、地鐵和無(wú)軌電車(chē)的無(wú)級(jí)變速和控制上,同時(shí)使上述控制獲得加速平穩(wěn)、快速響應(yīng)的性能,并同時(shí)收到節(jié)約電能的效果。在儲(chǔ)能系統(tǒng)和超導(dǎo)儲(chǔ)能系統(tǒng)以及新型可再生能源的開(kāi)發(fā)和利用等眾多領(lǐng)域具有非常廣闊的前景,這種技術(shù)現(xiàn)已加入航天電源系統(tǒng)和新能源汽車(chē)領(lǐng)域。

一、隔離升壓DC/DC變換器變換和控制中存在問(wèn)題

與Buck(Forward)變換器的電壓源變換器相比,DC/DC變換器具有強(qiáng)大的輸出容量和飛快的變換效率,以及具有單項(xiàng)功率流,輸出電壓波紋小的特點(diǎn),而且作為儲(chǔ)能式變壓器,能夠起到限流的作用,處于過(guò)載狀態(tài)時(shí),可抑制功率開(kāi)關(guān)電流上升速率,使功率開(kāi)關(guān)有足夠的時(shí)間進(jìn)行動(dòng)作,從而保護(hù)電路,它的穩(wěn)定性、可靠性也更高。而電壓源變換器在過(guò)載狀態(tài)時(shí),功率開(kāi)關(guān)電流上升率就不能像DC/DC變換器那樣進(jìn)行很好的抑制,使功率開(kāi)關(guān)保護(hù)電路的緩沖時(shí)間變短。

雖然DC/DC變換器具有諸多優(yōu)點(diǎn),但也會(huì)存在不完善的地方。

(一)起動(dòng)問(wèn)題。升壓電感上的電流在剛起動(dòng)時(shí)是無(wú)法控制的,因?yàn)槠饎?dòng)時(shí)的輸出電壓為零,升壓電感上與負(fù)載之間還存在緩沖,無(wú)法傳遞能量,這樣很用以導(dǎo)致?lián)p壞。

(二)功率開(kāi)關(guān)管電壓應(yīng)力問(wèn)題。狀態(tài)切換時(shí),由于變壓器漏感,功率開(kāi)關(guān)管所承受的電壓電流應(yīng)力大大增加,對(duì)開(kāi)關(guān)管的損害較大,降低了電路的可靠性。

(三)輸入磁感復(fù)位問(wèn)題。變換器停止運(yùn)行或發(fā)生故障時(shí)或發(fā)生功率開(kāi)關(guān)管突然阻斷的情況下,儲(chǔ)能電感為了釋放能量,需要復(fù)位電路,否則會(huì)導(dǎo)致電感兩段的電壓增強(qiáng),損壞元器件。

二、起動(dòng)變換研究

(一)串電阻起動(dòng)。這種起動(dòng)方法就是在整個(gè)電路的串聯(lián)進(jìn)一個(gè)有電阻和接觸器的電路,起動(dòng)時(shí),接通接觸器,電阻就被串聯(lián)在電路中,起到限制起動(dòng)電流的作用,然后再斷開(kāi)接觸器,使電阻旁路掉,讓原有電路恢復(fù)正常工作即可。

(二)輔助電路起動(dòng)。輔助起動(dòng)電力較為常見(jiàn)的就是正激式,起動(dòng)時(shí)即把能量傳送到負(fù)載,自己建立輸出電壓,而后進(jìn)入正常工作狀態(tài)。

三、磁復(fù)位控制技術(shù)研究

變換運(yùn)行過(guò)程中的升壓電感,會(huì)汲取電源的能量,并在磁場(chǎng)中儲(chǔ)存,再把這些能量(不算過(guò)程中的消耗)轉(zhuǎn)到負(fù)載,待變換器運(yùn)行停止后,升壓電感在變換器運(yùn)行時(shí)汲取的能量必需全部釋放,完成磁復(fù)位,不然產(chǎn)生出的高電壓應(yīng)力會(huì)損壞元器件.能量在通過(guò)變壓器時(shí),變壓器會(huì)一邊儲(chǔ)存一邊釋放,盡量不把能量留在變壓器上,與變壓器相同的是,變換器也會(huì)存在漏感,漏感時(shí)能量不能傳給負(fù)載,當(dāng)功率開(kāi)關(guān)關(guān)閉,也是與變壓器一樣需要將能量釋放,不然一樣會(huì)產(chǎn)生高電壓應(yīng)力,損壞零件.都不能進(jìn)行理想的磁復(fù)位.

(一)RCD磁復(fù)位。功率開(kāi)關(guān)閉斷時(shí),相電感中電流通過(guò)的點(diǎn)充電,這樣通電過(guò)程中的儲(chǔ)能就轉(zhuǎn)移到了電容上,然后電容對(duì)電阻放電,能量會(huì)以電阻發(fā)熱的形式被消耗掉。且RCD磁復(fù)位電路,沒(méi)有過(guò)多復(fù)雜結(jié)構(gòu),且價(jià)位低,對(duì)變換頻率沒(méi)有太高要求的地方非常合適。

(二)LCD磁復(fù)位技術(shù)。此方法通過(guò)對(duì)電路的一系列專業(yè)操作,可是變壓器產(chǎn)生的漏感能量和磁化能量完全回到電源中,在保留打開(kāi)方式的同時(shí),使功率開(kāi)關(guān)管實(shí)現(xiàn)了零電壓關(guān)閉,一般適用于開(kāi)關(guān)頻率較低的場(chǎng)合。

(三)能量反饋到輸入端的繞組復(fù)位。這種磁復(fù)位電路實(shí)際上是讓變換器進(jìn)行反激式的變換,讓電路與變壓器的同名端相反,當(dāng)功率開(kāi)關(guān)關(guān)閉時(shí),磁化電感中的能量會(huì)通過(guò)復(fù)位繞組的方式返給電源,從而成功完成磁復(fù)位。該復(fù)位電路的特點(diǎn)是,首先磁化電能可完全回歸到電源里,且該技術(shù)相對(duì)成熟,其次,變壓器力的磁化電感不用必須釋放,可在電路中循環(huán)。

四、軟開(kāi)關(guān)控制技術(shù)發(fā)展

隨著社會(huì)發(fā)展,電子技術(shù)不斷進(jìn)步,不論在那個(gè)領(lǐng)域,設(shè)備的小型化、輕量化、易安裝、可攜帶都是基本要求,但同時(shí)一定要思考如何在減小體積和重量的同時(shí),增大DC/DC變換器功率開(kāi)關(guān)頻率。當(dāng)先,變換器主要使用的還是硬開(kāi)關(guān)技術(shù),功率開(kāi)關(guān)工作時(shí)是硬開(kāi)關(guān)狀態(tài),它存在以下問(wèn)題:(一)功率開(kāi)關(guān)管在開(kāi)通或關(guān)斷瞬間會(huì)承受較高的電壓沖擊,容易對(duì)開(kāi)關(guān)管造成損壞。(二)硬開(kāi)關(guān)技術(shù)對(duì)開(kāi)關(guān)的損耗傷害較大,且開(kāi)關(guān)的次數(shù)越多,造成傷害的幾率及成倍增加,降低變換效率。而且對(duì)開(kāi)關(guān)的損害如果過(guò)大會(huì)導(dǎo)致功率開(kāi)關(guān)管的溫度上升,很大程度上會(huì)限制工作頻率,并且會(huì)導(dǎo)致器件的電流、電壓容量超負(fù)荷運(yùn)行。(三)大的di/dt,dv/dt將產(chǎn)生電磁干擾(Electromagnetic Interfere,EMI),很容易導(dǎo)致系統(tǒng)不穩(wěn)定。(四)為了改善功率開(kāi)關(guān)管的開(kāi)關(guān)條件,可以給它附加緩沖電路,但只是將開(kāi)關(guān)損耗轉(zhuǎn)移到緩沖電路中,系統(tǒng)總的損耗不會(huì)減小。同時(shí),增加緩沖電路不僅增加了系統(tǒng)的復(fù)雜性,而且提高了成本。

軟開(kāi)關(guān)技術(shù)的出現(xiàn)正好克服了硬開(kāi)關(guān)存在的技術(shù)缺點(diǎn)。軟開(kāi)關(guān)技術(shù)就是指讓功率開(kāi)關(guān)管在不用必須釋放電感能量的零負(fù)荷條件下開(kāi)關(guān),開(kāi)關(guān)的損耗理論上為零,技能購(gòu)機(jī)大提升工作頻率,又可使開(kāi)關(guān)損耗降到最小,提高了變換效率,使散熱器可以減小,從而減小變換器的體積和重量。

五、結(jié)束語(yǔ)

本文主要立足于DC/DC變換器升壓隔離變換及控制技術(shù)研究的關(guān)鍵性技術(shù)要求,并考慮到其在工程應(yīng)用中的實(shí)際作用及各方面因素,進(jìn)行多樣的理論分析和實(shí)際研究,為實(shí)際的工程方案設(shè)計(jì)提供充足的理論依據(jù),并有待于在關(guān)鍵領(lǐng)域的實(shí)際應(yīng)用中得到驗(yàn)證。

篇9

關(guān)鍵詞:DDS;雷達(dá)中頻模擬器; AD9854; FPGA

中圖分類(lèi)號(hào):TN95 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A

文章編號(hào):1004-373X(2010)13-0060-03

Radar Intermediate Frequency Simulator Based on DDS

LI Shu-jing

(Research Institute of ECM, Xidian University, Xi’an 710071, China)

Abstract: A radar intermediate frequency simulator based on DDS chip AD9854 is introduced. The simulator uses the ADSP-BF532 processor as the core, the AD9854ASQ frequency synthesis chip as target signal generator, and generates a group of analog intermediate frequency echo. The simulator can produce different modulation modes of radar intermediate frequency echo, suchas general pulse, phasecoding and LFM, and output a team of adder, subtract return wave. It can be applied to debugging and training of multi-kinds of new system tracking radar.

Keywords: DDS; radar intermediate simulator; AD9854; FPGA

0 引 言

直接數(shù)字頻率合成技術(shù)(Direct Digital Synthesis,DDS)是20世紀(jì)80年代初發(fā)展起來(lái)的一種新的波形產(chǎn)生方法,具有體積小、功耗低、頻率分辨率高、易于編程控制等優(yōu)點(diǎn),被廣泛應(yīng)用于電子對(duì)抗、雷達(dá)、通信等領(lǐng)域?;贒DS的雷達(dá)目標(biāo)模擬器,近年來(lái)得到越來(lái)越多的研究和應(yīng)用[1-5],為雷達(dá)研制、算法驗(yàn)證、故障檢測(cè)和模擬訓(xùn)練等方面提供了很大的便利。本文介紹一種基于DDS芯片AD9854的雷達(dá)中頻目標(biāo)模擬器設(shè)計(jì),可產(chǎn)生常規(guī)脈沖、相位編碼、線性調(diào)頻等多種不同的雷達(dá)調(diào)制方式,輸出一組和、差兩路模擬中頻回波信號(hào),可用于多種新體制跟蹤雷達(dá)[6]的調(diào)試和訓(xùn)練,并已裝備部分雷達(dá),取得了不錯(cuò)的效果。

1 雷達(dá)中頻回波模擬器總體結(jié)構(gòu)

模擬器采用DSP+FPGA+DDS系統(tǒng)結(jié)構(gòu)[7],以ADSP-BF532處理器為核心,以AD9854ASQ頻率合成芯片為基本目標(biāo)/雜波信號(hào)產(chǎn)生器,產(chǎn)生一組和、差模擬中頻回波信號(hào),模擬動(dòng)目標(biāo)參數(shù),供數(shù)字信號(hào)處理分機(jī)故障檢測(cè)和再現(xiàn)模擬訓(xùn)練使用,基本組成如圖1所示。

圖1 中頻回波模擬器原理框圖

系統(tǒng)復(fù)位后,DSP利用UART串口,接收上位機(jī)送來(lái)的目標(biāo)參數(shù),將模擬目標(biāo)的距離、方位、速度等換算成相應(yīng)的控制字,傳送給FPGA,并對(duì)DDS進(jìn)行初始化。雷達(dá)信號(hào)處理機(jī)將收發(fā)控制信號(hào)TR送給FPGA,作為脈沖延時(shí)電路的時(shí)間基準(zhǔn),脈沖延時(shí)電路根據(jù)TR模擬目標(biāo)的距離信息。天線當(dāng)前波位信息通過(guò)UART串口實(shí)時(shí)傳送給DSP,DSP將模擬目標(biāo)的方位與當(dāng)前波位進(jìn)行比較,當(dāng)目標(biāo)在雷達(dá)波束內(nèi)時(shí),打開(kāi)脈沖產(chǎn)生電路,產(chǎn)生目標(biāo)回波,當(dāng)目標(biāo)不在雷達(dá)波束內(nèi)時(shí),關(guān)閉脈沖產(chǎn)生電路,不產(chǎn)生目標(biāo)回波,模擬出目標(biāo)的方位。DSP根據(jù)目標(biāo)的速度,計(jì)算出相應(yīng)的多普勒頻率,對(duì)DDS的頻率控制字進(jìn)行修改,使DDS輸出為中頻+fd,從而使得回波脈沖具有速度信息。和差模擬電路根據(jù)天線的方向圖,產(chǎn)生一組和差中頻信號(hào),供雷達(dá)精確測(cè)向和跟蹤使用。

2 脈沖信號(hào)的產(chǎn)生

在使用DDS的雷達(dá)模擬器中,有一種常用的脈沖調(diào)制方法是在DDS輸出端增加1個(gè)模擬開(kāi)關(guān)或數(shù)控衰減器[8]。工作時(shí),DDS始終輸出信號(hào),模擬開(kāi)關(guān)打開(kāi)時(shí),DDS輸出信號(hào)送到后級(jí)電路;當(dāng)開(kāi)關(guān)關(guān)閉時(shí),DDS輸出信號(hào)被隔斷,從而產(chǎn)生所需要的脈沖。這種方法控制簡(jiǎn)單,易于實(shí)現(xiàn),所獲得脈沖相位連續(xù)。缺點(diǎn)是增加了硬件,而且開(kāi)關(guān)的隔離度、響應(yīng)時(shí)間和開(kāi)關(guān)速度也影響產(chǎn)生脈沖的質(zhì)量。另一個(gè)被使用過(guò)的脈沖調(diào)制方法是采用控制DDS內(nèi)部相位累加器的辦法來(lái)獲得脈沖信號(hào)[3],即在信號(hào)產(chǎn)生起始時(shí)刻配置DDS內(nèi)部寄存器,使相位累加器工作,從而產(chǎn)生出期望頻率的信號(hào);在信號(hào)結(jié)束時(shí),重新配置DDS內(nèi)部寄存器,中止相位累加器的工作,使輸出保持在0相位上,而A/D輸出則變成0電平,從而產(chǎn)生出期望的脈沖信號(hào)。這種方法雖然克服了方法一的缺點(diǎn),但是這種方法產(chǎn)生的脈沖相位不連續(xù),需要進(jìn)行相位連續(xù)性控制,不但增加了編程的難度,而且增加了配置DDS的時(shí)間開(kāi)銷(xiāo),不利于產(chǎn)生高重頻、短脈沖回波信號(hào)。本模擬器使用異于以上兩種方法的第三種方法,由于AD9854芯片內(nèi)部在I,Q兩路D/A輸出之前分別有一個(gè)數(shù)字乘法器,所以可以將此乘法器作為脈沖調(diào)制的開(kāi)關(guān)使用。工作時(shí),相位累加器始終工作,需要產(chǎn)生脈沖時(shí),乘數(shù)不為零,當(dāng)脈沖結(jié)束時(shí),配置乘數(shù)為零。所得脈沖具有相位連續(xù)性,且編程簡(jiǎn)單,無(wú)需增加電路[3]。

3 脈內(nèi)調(diào)制

借助ADSP-BF532芯片強(qiáng)大的運(yùn)算處理能力以及AD9854靈活的信號(hào)生成模式,不但可以同時(shí)產(chǎn)生多個(gè)波形,還能產(chǎn)生多種形式的波形,包括脈沖調(diào)制信號(hào)、相位編碼信號(hào)、線性調(diào)頻信號(hào)和非線性調(diào)頻信號(hào)[2]。具體實(shí)現(xiàn)方法如下:

(1) 固定中頻:選擇AD9854的Single-Tone模式只需設(shè)置相應(yīng)的頻率和相位控制字,即可產(chǎn)生所需的中頻信號(hào)[9]。在距離延遲同步脈沖的啟動(dòng)下,經(jīng)過(guò)脈沖調(diào)制,即可生成未經(jīng)壓縮的脈沖調(diào)制信號(hào)。

(2) 線性調(diào)頻:選擇AD9854的RampdeFSK模式,設(shè)置線性調(diào)頻的起始頻率控制字和結(jié)束頻率控制字,并根據(jù)調(diào)頻斜率設(shè)置步進(jìn)頻率和步進(jìn)值,在距離延遲同步脈沖的作用下,即可產(chǎn)生所需要的線性調(diào)頻信號(hào)[9]。

(3) 非線性調(diào)頻:同樣選擇AD9854的RampdeFSK模式,不同的是步進(jìn)頻率和步進(jìn)值需要根據(jù)非線性調(diào)頻規(guī)律來(lái)設(shè)置。在系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)中,是將脈寬時(shí)間T內(nèi)的信號(hào)均勻分為若干段,分段調(diào)整DDS的頻率和相位參數(shù),從而近似生成非線性調(diào)頻信號(hào)。

(4) 相位編碼:選擇AD9854的BPSK模式,同時(shí)需要DSP提供相位編碼序列表。

4 和差波束產(chǎn)生

為了簡(jiǎn)化設(shè)計(jì),將和波束做成矩形方向圖,差波束根據(jù)測(cè)好的和差波束比值進(jìn)行幅度調(diào)制,形成一組和差波束。如圖2所示,對(duì)2路頻率合成器的輸出的同相信號(hào)S1,S2進(jìn)行求和、驅(qū)動(dòng),形成和路信號(hào)輸出;根據(jù)FPGA輸出的差信號(hào)方向A1,A2和偏差角C1,C2,選擇AD9854輸出的同相Si或反相信號(hào)/Si,經(jīng)過(guò)與偏差角對(duì)應(yīng)的幅度調(diào)制形成一路差信號(hào)。4路差信號(hào)經(jīng)過(guò)合成、驅(qū)動(dòng),構(gòu)成差路信號(hào)輸出。

圖2 和、差波束產(chǎn)生電路

5 多目標(biāo)模擬

多目標(biāo)模擬分為獨(dú)立和非獨(dú)立2種多目標(biāo)模擬。由于單個(gè)DDS無(wú)法同時(shí)產(chǎn)生2個(gè)在時(shí)間上部分或全部重疊的脈沖,因此就無(wú)法同時(shí)產(chǎn)生兩個(gè)方位相同、距離上很近的目標(biāo),目標(biāo)之間的最小徑向距離必須大于脈沖寬度,因此稱為非獨(dú)立目標(biāo)。相應(yīng)地,可以任意設(shè)置的多目標(biāo)稱為獨(dú)立目標(biāo)。1個(gè)DDS可以產(chǎn)生多個(gè)非獨(dú)立目標(biāo),但是只能產(chǎn)生1個(gè)獨(dú)立的目標(biāo)。因此若想模擬┒喔霆獨(dú)立的目標(biāo),必須增加相應(yīng)數(shù)量的DDS及控制電路。本方案采用兩套DDS電路,可模擬產(chǎn)生2個(gè)獨(dú)立目標(biāo)。

6 程序設(shè)計(jì)

程序設(shè)計(jì)包括DSP的程序設(shè)計(jì)和FPGA的設(shè)計(jì)兩方面,DDS的配置全部由FPGA完成。DSP主要擔(dān)任模擬器的主控,包括利用UART異步串行接口接受異步通信數(shù)據(jù),并執(zhí)行相應(yīng)的控制命令;根據(jù)接收到的模擬對(duì)象的參數(shù),計(jì)算出各個(gè)模擬對(duì)象所對(duì)應(yīng)的距離、方位、速度和多普勒等參數(shù),并將這些參數(shù)配置到FPGA中;根據(jù)接收到的模擬對(duì)象的參數(shù),計(jì)算出模擬信號(hào)受天線方向圖調(diào)制的參數(shù),實(shí)現(xiàn)對(duì)和、差信號(hào)的相位和幅度控制。主程序流程如圖3所示,串口子程序接收上位機(jī)送來(lái)的控制命令和數(shù)據(jù),計(jì)算FPGA所需參數(shù)和執(zhí)行控制命令操作。定時(shí)子程序?qū)崟r(shí)刷新參數(shù)值,完成運(yùn)動(dòng)目標(biāo)模擬。

圖3 DSP主程序流程圖

FPGA主要包括地址譯碼、時(shí)鐘產(chǎn)生、數(shù)據(jù)鎖存以及脈沖產(chǎn)生等模塊。脈沖產(chǎn)生模塊是FPGA設(shè)計(jì)的核心,負(fù)責(zé)對(duì)DDS的配置及脈沖的生成,如圖4所示。

圖4 FPGA頂層程序設(shè)計(jì)框圖

7 結(jié) 語(yǔ)

基于DDS的雷達(dá)中頻模擬器,使用新穎的和差波束生成方式、獨(dú)特的FPGA設(shè)計(jì),給模擬器的控制和擴(kuò)

展提供了便利。若增加獨(dú)立目標(biāo)的數(shù)量和用于有俯仰角測(cè)角能力的雷達(dá),都可以很方便地升級(jí)。

參考文獻(xiàn)

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篇10

1.1用工總量大

對(duì)于企業(yè)來(lái)說(shuō),一條生產(chǎn)線投入巨大,在整個(gè)微電子產(chǎn)品的前期研發(fā)、中期生產(chǎn)以及后期安裝與維護(hù)中,每個(gè)環(huán)節(jié)都需要投入大量的人力、物力.

1.2多樣性

微電子產(chǎn)業(yè)是由設(shè)計(jì)、掩模、芯片制造、封裝、測(cè)試、材料、設(shè)備及各種支撐服務(wù)等行業(yè)及其衍生的多種產(chǎn)業(yè)構(gòu)成的產(chǎn)業(yè)鏈,其產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造與服務(wù)的復(fù)雜性、交叉性與繁衍性,給微電子產(chǎn)業(yè)人才帶來(lái)了工作崗位的多樣性,也相應(yīng)帶來(lái)了微電子人才的多樣性.

1.3用工形式多樣化

微電子制造企業(yè)的用工形式呈現(xiàn)出多樣化,既包括正式職工,也包括人事用工、勞務(wù)工和臨時(shí)性、季節(jié)性用工等靈活多樣的用工形式.

1.4復(fù)合型

微電子產(chǎn)業(yè)中技術(shù)的復(fù)合性(如設(shè)計(jì)中的微電子知識(shí)與整機(jī)及系統(tǒng)知識(shí)的復(fù)合、制造中工藝與設(shè)備的復(fù)合、工藝中的物理與化學(xué)的復(fù)合、設(shè)備中的機(jī)械與光電技術(shù)的復(fù)合等等),技術(shù)與管理的交叉性(生產(chǎn)線中微電子技術(shù)的專門(mén)性與管理知識(shí)的交叉等)以及技術(shù)與市場(chǎng)的交融性(集成電路設(shè)計(jì)技術(shù)與市場(chǎng)需求知識(shí)的交融、代工線與設(shè)計(jì)公司的知識(shí)交融等),造就了微電子人才的復(fù)合型.

1.5人員流動(dòng)性大

微電子產(chǎn)業(yè)是一個(gè)全球性的產(chǎn)業(yè),主要的競(jìng)爭(zhēng)實(shí)力較強(qiáng)的微電子公司都是跨國(guó)公司,而且其產(chǎn)業(yè)的周期性明顯,這就給后起地區(qū)一個(gè)發(fā)展的機(jī)會(huì),同時(shí)造成微電子產(chǎn)業(yè)在全球的流動(dòng).如微電子產(chǎn)業(yè)曾經(jīng)歷過(guò)由其發(fā)祥地美國(guó)流動(dòng)到日本、新加坡、韓國(guó)和臺(tái)灣,現(xiàn)在又開(kāi)始向中國(guó)流動(dòng).微電子產(chǎn)業(yè)的這種流動(dòng)性會(huì)帶來(lái)在一個(gè)時(shí)期內(nèi)某一地區(qū)微電子人才的短缺性,這也就帶來(lái)了微電子人才的薪金高于一般行業(yè)平均工資的現(xiàn)象,由此,也帶來(lái)了微電子人才的流動(dòng)性,有些地方甚至稱他們?yōu)椤坝文撩褡濉?

1.6代層性

由于微電子產(chǎn)品數(shù)年就要更新?lián)Q代一次,而且每更新一次產(chǎn)品,都有更加先進(jìn)的、特殊的技術(shù)(工藝及設(shè)計(jì))產(chǎn)生,這種產(chǎn)品的更新?lián)Q代,帶來(lái)了從設(shè)計(jì)到設(shè)備,從工藝到管理甚至廠房布局等多方面的變革.因此經(jīng)歷過(guò)某一代產(chǎn)品設(shè)計(jì)或工藝的微電子人才,未必一定能掌握新一代產(chǎn)品的技術(shù)關(guān)鍵,這就使得微電子人才的代層性顯得特別明顯.

1.7對(duì)于管理人員素質(zhì)的高要求

微電子是一個(gè)典型的知識(shí)和技術(shù)密集型企業(yè),這表現(xiàn)在,公司員工中具有較高專業(yè)技術(shù)知識(shí)與技能的員工比重較大;公司擁有大量高、尖、新技術(shù)設(shè)備;產(chǎn)品具有較高的知識(shí)與技術(shù)含量;公司的無(wú)形資產(chǎn)占有相當(dāng)?shù)谋戎?正因?yàn)槲㈦娮赢a(chǎn)業(yè)這些固有的特點(diǎn),對(duì)管理和技術(shù)團(tuán)隊(duì)建設(shè)要求是極為嚴(yán)格的.微電子企業(yè)的管理層必須精通管理、技術(shù)和市場(chǎng);企業(yè)中層管理人員必須具有良好的技術(shù)和管理專業(yè)背景;技術(shù)團(tuán)隊(duì)成員,必須具有精湛的技術(shù)素質(zhì),是某一方面的專家;團(tuán)隊(duì)成員間必須有極強(qiáng)的團(tuán)隊(duì)協(xié)作意識(shí)和能力.

2微電子制造企業(yè)實(shí)施人力資源管理系統(tǒng)的必要性

在當(dāng)今電氣化時(shí)代,從日常生活電器到航天電子設(shè)備,可以說(shuō)微電子產(chǎn)品無(wú)處不在.微電子制造業(yè)從一開(kāi)始就采用了先進(jìn)的制造工藝和管理思想,與傳統(tǒng)的制造業(yè)(如機(jī)械、紡織等)相比更能夠吸收先進(jìn)的技術(shù)成果.不僅如此,微電子產(chǎn)品更新?lián)Q代快的特性和行業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)激烈程度決定了微電子制造企業(yè)必須快速響應(yīng)市場(chǎng)的變化,提高生產(chǎn)效率,降低管理成本,要求企業(yè)管理者對(duì)企業(yè)內(nèi)外事務(wù)做出快速準(zhǔn)確的決策,以提高市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力.因此在實(shí)現(xiàn)制造信息化過(guò)程中,微電子制造行業(yè)是首批實(shí)施信息系統(tǒng)的行業(yè)之一.但微電子制造企業(yè)的特點(diǎn)導(dǎo)致其在現(xiàn)階段普遍存在投資結(jié)構(gòu)不合理、投入過(guò)大而回收時(shí)間相對(duì)較慢、企業(yè)發(fā)展不均衡等等一系列問(wèn)題.在知識(shí)經(jīng)濟(jì)的今天,人力資源已成為影響企業(yè)發(fā)展的原動(dòng)力之一,企業(yè)的發(fā)展已由過(guò)去的資金、技術(shù)等的競(jìng)爭(zhēng)轉(zhuǎn)變?yōu)槿瞬诺母?jìng)爭(zhēng),人力資源成為企業(yè)間競(jìng)爭(zhēng)的關(guān)鍵點(diǎn),所以除了上述一些外在問(wèn)題制約其進(jìn)一步發(fā)展外,傳統(tǒng)的人力資源在使用和配置上已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)跟不上信息化大潮下企業(yè)發(fā)展的需要,也大大制約著企業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展,傳統(tǒng)的人力資源在人員調(diào)度上、人員培訓(xùn)等諸多方面遠(yuǎn)遠(yuǎn)滯后于微電子企業(yè)戰(zhàn)略發(fā)展的要求.企業(yè)只有具備了經(jīng)營(yíng)生產(chǎn)所需要的人才,以及訓(xùn)練有素、組織有序、積極主動(dòng)的團(tuán)隊(duì),才能保障企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)與良好發(fā)展.所有經(jīng)營(yíng)、管理、協(xié)調(diào)等問(wèn)題的解決,歸根結(jié)底是人的問(wèn)題.因此,企業(yè)的管理問(wèn)題,重要的內(nèi)容之一是人力資源管理的控制、規(guī)范、協(xié)同、共享問(wèn)題.而人力資源管理信息化正是提升人力資源工作效率、工作能力的關(guān)鍵因素,人力資源管理信息化已成為信息化進(jìn)程中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一.鑒于人力資源管理的信息需求量龐大,特別是微電子制造企業(yè)人力資源的信息管理,既要滿足自身的管理需求,還要負(fù)責(zé)不同用工形式、不同崗位類(lèi)型、不同崗位層級(jí)員工的管理;另外還要編制包括人員基本信息、單位信息、勞動(dòng)用工管理信息、薪酬福利保險(xiǎn)信息、培訓(xùn)信息、招聘信息、能力水平信息、業(yè)績(jī)考核信息等等,從而導(dǎo)致信息需求量和信息管理工作量巨大,在這種情形下,傳統(tǒng)的人力資源管理模式已經(jīng)難以滿足企業(yè)信息化的要求,這就需要理念、技術(shù)更為先進(jìn)的現(xiàn)代化的人力資源管理系統(tǒng)來(lái)應(yīng)對(duì)以上傳統(tǒng)人力資源管理模式所不能應(yīng)對(duì)的情形.

3微電子制造企業(yè)實(shí)施人力資源管理系統(tǒng)的現(xiàn)狀分析

如前所述微電子制造產(chǎn)業(yè)作為全球信息化的先鋒,其發(fā)展受到了各國(guó)政府的高度關(guān)注,無(wú)論是在產(chǎn)業(yè)政策制定上還是人力、物力上都予以傾斜,這些年來(lái)中國(guó)的微電子制造行業(yè),作為優(yōu)先發(fā)展的產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域,在政府的高度重視和政策的扶持下,信息化建設(shè)快速發(fā)展,雖然目前整個(gè)微電子制造企業(yè)信息化的發(fā)展速度非常快,但通過(guò)對(duì)目前我國(guó)微電子制造企業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀進(jìn)行深入分析,從人力資源管理系統(tǒng)應(yīng)用的角度來(lái)看,整個(gè)行業(yè)還普遍存在一些不足,這主要表現(xiàn)在:

3.1企業(yè)管理層在觀念意識(shí)上重視不夠

在微電子制造行業(yè),許多國(guó)內(nèi)外大型企業(yè)都建立了完善的信息化系統(tǒng),包括內(nèi)部的ERP系統(tǒng)和供應(yīng)鏈管理系統(tǒng).對(duì)于這一行業(yè)的企業(yè)來(lái)說(shuō),有非常多的問(wèn)題需要他們用信息化手段來(lái)解決:設(shè)計(jì)新產(chǎn)品滿足客戶需要、縮短新品從推介到出廠的時(shí)間、提高產(chǎn)品可靠性、提高工廠工作效率、減少和控制庫(kù)存、合理預(yù)期價(jià)格以獲得利潤(rùn)、優(yōu)化資源分配與使用、提高部門(mén)間的溝通等等.然而一直以來(lái),眾多微電子制造企業(yè)重視生產(chǎn)、銷(xiāo)售、庫(kù)存管理方面信息化建設(shè),而人力資源信息化建設(shè)卻相對(duì)滯后.很多企業(yè)領(lǐng)導(dǎo)“重生產(chǎn),輕管理”的意識(shí)仍然存在,忽視人力資源建沒(méi),對(duì)人力資源信息化建設(shè)的必要性認(rèn)識(shí)不足,沒(méi)有意識(shí)到人力資源信息化工作的緊迫性,行動(dòng)上缺乏動(dòng)力.企業(yè)在總體實(shí)施規(guī)劃中,常常把人力資源管理模塊放在后期實(shí)施,在ERP實(shí)施一期中,企業(yè)通常實(shí)施財(cái)務(wù)管理、生產(chǎn)管理、物料管理等模塊,而人力資源管理與企業(yè)其它業(yè)務(wù)管理是緊密相聯(lián)系的,人力資源模塊與其它模塊是緊密集成的.人力資源管理部門(mén)是一個(gè)平臺(tái)性的職能部門(mén),具有很強(qiáng)的集成性,同時(shí)在ERP的實(shí)施過(guò)程中也需要大量的人力資源管理工作.如果把人力資源管理模塊放在最后實(shí)施,不利于在實(shí)施ERP過(guò)程中所進(jìn)行的大量人力資源管理工作的開(kāi)展,不利于ERP的順利實(shí)施和價(jià)值最大化.[1]

3.2企業(yè)信息化人才缺乏

我國(guó)的信息化過(guò)程經(jīng)常是由技術(shù)人才主導(dǎo),一般的技術(shù)人員不懂得管理協(xié)調(diào),而信息化的目的就是為了開(kāi)展業(yè)務(wù),為企業(yè)經(jīng)營(yíng)管理服務(wù),從應(yīng)用需求調(diào)研、應(yīng)用分析,到系統(tǒng)的選型、實(shí)施規(guī)劃,都離不開(kāi)人力資源管理人員的協(xié)同工作.同時(shí)項(xiàng)目小組的業(yè)務(wù)人員也不了解技術(shù)應(yīng)用的實(shí)際情況,不對(duì)技術(shù)提具體的要求,企業(yè)信息技術(shù)部門(mén)和人力資源部的配合程度較差,結(jié)果各干各的,各管各的.

3.3人力資源的信息化管理與企業(yè)發(fā)展的需要存在著差距

隨著信息技術(shù)的不斷發(fā)展,特別是網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的逐步成熟和運(yùn)用,為進(jìn)一步提升企業(yè)人力資源管理水平,微電子制造企業(yè)在建設(shè)人力資源管理系統(tǒng)方面進(jìn)行了有益的嘗試,但在管理理念和信息系統(tǒng)開(kāi)發(fā)和應(yīng)用方面還存在著一些問(wèn)題,主要包括:一是開(kāi)發(fā)的系統(tǒng)軟件多為人力資源的某一項(xiàng)特定業(yè)務(wù)(如統(tǒng)計(jì)報(bào)表上報(bào)匯總)提供支持和服務(wù),開(kāi)放性和集成性差,缺乏系統(tǒng)的整體構(gòu)思和項(xiàng)目的整體規(guī)劃;二是在開(kāi)發(fā)時(shí)需求不清晰,系統(tǒng)擴(kuò)展性不強(qiáng),對(duì)業(yè)務(wù)差異和業(yè)務(wù)變化的適應(yīng)能力差.三是企業(yè)內(nèi)部信息流沒(méi)有打通,形成了“信息孤島”現(xiàn)象,部分企業(yè)在管理理念、設(shè)計(jì)思路和資金、人力投入上存在差距,系統(tǒng)低水平、重復(fù)開(kāi)發(fā)和重復(fù)投資問(wèn)題嚴(yán)重;四是由于業(yè)務(wù)處理流程規(guī)范化的管理上的差距,導(dǎo)致標(biāo)準(zhǔn)化程度比較低.[2]

3.4人力資源管理信息化應(yīng)用整體水平較低

在實(shí)施人力資源管理系統(tǒng)的企業(yè)中,應(yīng)用最多的是薪資發(fā)放流程處理/工資單信息(78%)、人事行政管理(76%)及出勤管理(66%),這些均屬于基本員工信息資料維護(hù)或交易性行政業(yè)務(wù)操作處理的功能.至于高層次的策略,如人力資源規(guī)劃、個(gè)人職業(yè)發(fā)展規(guī)劃及核心能力管理,則較少被應(yīng)用.建立一個(gè)準(zhǔn)確的員工信息數(shù)據(jù)庫(kù),是大部分企業(yè)發(fā)展較高層次人力資源管理職能的先決條件,但是,企業(yè)也應(yīng)當(dāng)開(kāi)始計(jì)劃將人力資源技術(shù)應(yīng)用于一般交易性業(yè)務(wù)操作處理轉(zhuǎn)向策略性的功能上.由圖1可以看出,企業(yè)目前對(duì)功能需求最多的是“事務(wù)處理層面”的功能,其次是“業(yè)務(wù)流程層面”的功能.人力資源管理系統(tǒng)在績(jī)效評(píng)估、員工能力發(fā)展與管理、知識(shí)管理、職業(yè)生涯管理等方面的拓展功能遠(yuǎn)未實(shí)現(xiàn).這說(shuō)明國(guó)內(nèi)企業(yè)人力資源管理信息化水平處于初級(jí)階段,人力資源管理信息化應(yīng)用水平較低.

4微電子制造企業(yè)實(shí)施人力資源管理系統(tǒng)的對(duì)策探討

4.1系統(tǒng)在實(shí)施過(guò)程中應(yīng)注重對(duì)微電子制造企業(yè)相關(guān)數(shù)據(jù)信息的收集

一是收集項(xiàng)目環(huán)境方面的數(shù)據(jù)資料.任何一個(gè)項(xiàng)目的建設(shè)實(shí)施和建成后的運(yùn)行都離不開(kāi)與其相關(guān)的環(huán)境.對(duì)于企業(yè)人力資源管理信息化建設(shè)來(lái)講,環(huán)境將會(huì)對(duì)信息化項(xiàng)目的建設(shè)產(chǎn)生重大的影響.這里的環(huán)境既包括宏觀的政治、經(jīng)濟(jì)、文化環(huán)境,也包括企業(yè)外部的合作單位,如管理咨詢機(jī)構(gòu)、軟件供應(yīng)商,以及企業(yè)內(nèi)部微觀的組織、管理、企業(yè)文化等環(huán)境.二是收集類(lèi)似項(xiàng)目的有關(guān)數(shù)據(jù)資料.包括以前經(jīng)歷的項(xiàng)目的數(shù)據(jù)資料以及其他微電子制造企業(yè)類(lèi)似項(xiàng)目的數(shù)據(jù)資料,對(duì)于類(lèi)似的項(xiàng)目,還可以是類(lèi)似的建設(shè)環(huán)境,也可以是類(lèi)似的項(xiàng)目結(jié)構(gòu),或者兩方面均類(lèi)似則更好,它們的建設(shè)經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)對(duì)當(dāng)前項(xiàng)目的風(fēng)險(xiǎn)分析也是很有幫助的.因此要注重這兩方面數(shù)據(jù)資料的收集,包括過(guò)去建設(shè)過(guò)程中的檔案記錄、總結(jié)、驗(yàn)收資料以及過(guò)程變更資料等.

4.2微電子制造企業(yè)必須明確自己的需求和實(shí)施重點(diǎn)

不是每家企業(yè)都需要人力資源管理系統(tǒng),也不是每一項(xiàng)人力資源職能都需要信息化,更不是每一項(xiàng)人力資源職能內(nèi)的每一項(xiàng)作業(yè)步驟都需要信息化,企業(yè)在實(shí)施之前,首先要對(duì)自身作一個(gè)客觀而充分的評(píng)估,要了解企業(yè)自身人力資源管理當(dāng)前所處的階段、實(shí)施人力資源管理系統(tǒng)的預(yù)算以及是否需要引入管理咨詢等等,然后才能確定將要實(shí)施的系統(tǒng)的范圍與邊界.一方面,不能只要求簡(jiǎn)單地滿足企業(yè)當(dāng)前的人力資源管理需求,還要充分考慮系統(tǒng)是否能為人力資源管理層次的提升帶來(lái)幫助;另一方面,要從企業(yè)的實(shí)際情況出發(fā),不能盲目地貪大求全,追求時(shí)髦,要盡可能做到量體裁衣.同時(shí),既要考慮企業(yè)今后的長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展,又要分析找出近期企業(yè)最迫切需要解決的問(wèn)題.根據(jù)現(xiàn)有的系統(tǒng)基礎(chǔ)、流程改進(jìn)的迫切性、模塊實(shí)現(xiàn)的難易程度等,對(duì)系統(tǒng)包含的不同模塊劃定其必要性和優(yōu)先次序,有的放矢,避免出現(xiàn)由于盲目鋪開(kāi)、資源精力分散而帶來(lái)的問(wèn)題.例如可以從建立簡(jiǎn)單的人力資源管理系統(tǒng)做起,降低事務(wù)處理的手工操作,將人力資源人員解放出來(lái),然后再進(jìn)行專項(xiàng)的系統(tǒng)建設(shè),如人事信息、薪資等系統(tǒng),從而最后建設(shè)一個(gè)大型的人力資源管理系統(tǒng).對(duì)于大型企業(yè),如果先前已經(jīng)形成了良好的人力資源管理規(guī)范、行為、流程以及良好的管理平臺(tái),則可以選擇一步到位.[3]

4.3改進(jìn)微電子制造企業(yè)的相關(guān)制度和信息結(jié)構(gòu),完善人力資源的規(guī)范行為與流程

由于歷史的原因和條件的局限,很多微電子制造企業(yè)現(xiàn)行的相關(guān)制度、人事相關(guān)信息的組成和報(bào)表不盡合理和科學(xué).而實(shí)施人力資源管理系統(tǒng)正是一個(gè)非常好的契機(jī)來(lái)回顧本企業(yè)不合理、不科學(xué)或不符合國(guó)家相關(guān)法律和規(guī)章的地方,重新合理地組織人事相關(guān)信息和報(bào)表,從而減少企業(yè)運(yùn)行的潛在風(fēng)險(xiǎn),將人力資源部門(mén)員工的工作放在刀刃上.因此,實(shí)施人力資源管理系統(tǒng),不應(yīng)只是單純地將現(xiàn)行的制度和報(bào)表計(jì)算機(jī)化,而是應(yīng)該充分地回顧本企業(yè)的相關(guān)政策和信息組成,去掉不合理的成分,將改進(jìn)的建議報(bào)告給企業(yè)的決策領(lǐng)導(dǎo)并爭(zhēng)取付諸實(shí)施.

4.4主要領(lǐng)導(dǎo)應(yīng)該全力支持和理解

人力資源管理系統(tǒng)的實(shí)施不只是人事部門(mén)或計(jì)算機(jī)部門(mén)的事.為了保證數(shù)據(jù)的完整、準(zhǔn)確和及時(shí),需要企業(yè)內(nèi)各個(gè)部門(mén)和全體員工的積極配合.同時(shí),采用人力資源管理系統(tǒng),需要在充分回顧企業(yè)政策的基礎(chǔ)上,根據(jù)先進(jìn)的人力資源管理理念,從程序到操作進(jìn)行全面改進(jìn).所有這些工作,如沒(méi)有企業(yè)決策層的支持是很難實(shí)現(xiàn)的.

4.5將項(xiàng)目進(jìn)行細(xì)分

為了避免時(shí)間成本超支,必須把項(xiàng)目進(jìn)行分解,分解得越細(xì)越好,以防止項(xiàng)目的范圍被蔓延.項(xiàng)目按時(shí)、保質(zhì)保量完成的最好辦法是,嚴(yán)格按照進(jìn)度和預(yù)算完成每一個(gè)細(xì)分階段,上一個(gè)階段完成,再接著完成下一個(gè)階段,否則擴(kuò)大了項(xiàng)目的范圍,導(dǎo)致項(xiàng)目拖延的危險(xiǎn)就會(huì)來(lái)臨.嚴(yán)格按照計(jì)劃分步實(shí)施、循序漸進(jìn)地推進(jìn)人力資源信息化建設(shè).

4.6加強(qiáng)宣傳引導(dǎo)

系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)開(kāi)展有效的內(nèi)部動(dòng)員,做好企業(yè)人員的宣傳引導(dǎo)工作,創(chuàng)造良好的實(shí)施環(huán)境.在系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的過(guò)程中必須保證持續(xù)不斷的溝通,才能解決問(wèn)題,使系統(tǒng)的實(shí)施效果達(dá)到最佳.

4.7建立科學(xué)的程序性文件

微電子制造企業(yè)由于人員眾多,人事相關(guān)信息的特點(diǎn)是信息量大、變化頻繁、采集和確認(rèn)困難而且無(wú)內(nèi)聯(lián)關(guān)系.采用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)來(lái)管理人事信息要求數(shù)據(jù)的采集、更新能夠完整、準(zhǔn)確和及時(shí),另外新系統(tǒng)在運(yùn)行后無(wú)疑會(huì)迫使一部分員工改變已經(jīng)熟悉了的工作方法和習(xí)慣,學(xué)習(xí)包括計(jì)算機(jī)知識(shí)在內(nèi)的新知識(shí)、新方法、新程序.在系統(tǒng)的實(shí)施過(guò)程中,很多企業(yè)由于有關(guān)人員素質(zhì)較低、工作責(zé)任心不強(qiáng),加上某些管理人員的隨意指揮,會(huì)造成系統(tǒng)的實(shí)施和運(yùn)行事倍功半,而且降低了系統(tǒng)的功效.所以,除加強(qiáng)培訓(xùn)外,還要建立必要的科學(xué)的程序性文件,做到有章可循,減少和杜絕各種特例情形,為人力資源管理系統(tǒng)的實(shí)施和正常運(yùn)行提供有效的保證.[4]

4.8制定配套的應(yīng)用的管理策略

系統(tǒng)運(yùn)行后制定配套的應(yīng)用管理策略,系統(tǒng)應(yīng)用對(duì)象即各類(lèi)用戶的責(zé)、權(quán)、利不清晰,影響用戶應(yīng)用的積極性,甚至成為系統(tǒng)應(yīng)用推廣的阻力.因此企業(yè)要制定相應(yīng)規(guī)章,進(jìn)行系統(tǒng)使用前培訓(xùn)則可避免此類(lèi)情況發(fā)生.

5總結(jié)