FPGA实现的飞行器冲击信号处理芯片：带宽压缩与关键参数

冲击信号处理芯片设计、实现及应用是一篇专注于解决飞行器遥测系统中冲击信号测量挑战的专业文章。飞行器在运行时，冲击信号的准确测量对于评估其工作环境至关重要。冲击信号通常具有宽广的带宽（10Hz到5kHz），要求采样频率至少达到20kHz/s，并且由于其动态范围大，编码通常需要10位以上。这种高数据率使得遥测系统在传输冲击信号时面临带宽压力，例如，仅传输三个方向（X/Y/Z）的冲击数据就需要600kbit/s的通道容量。 压电加速度计因其小巧和易于安装的特性，常被选用于直接测量冲击波。然而，冲击波本身是复杂的振荡型脉冲，不便直接分析，工程研究关注的是冲击对系统的影响而非波形本身。因此，测量数据通常被处理为最大绝对冲击加速度响应谱，以便于评估飞行器的冲击环境。 文章的核心内容是介绍了一种基于FPGA（可编程门阵列）的冲击信号处理芯片设计。该芯片在飞行过程中能实时分析和处理三路冲击信号，通过频带压缩技术显著降低传输所需带宽。芯片集成了三路冲击信号处理、数据存储以及输入输出管理功能，采用SoC（系统级芯片）设计，以减小体积和电路复杂性。此外，芯片还提供了外围电路的控制信号，以简化产品设计。 最大绝对冲击加速度响应谱的计算采用改进的递归数字滤波法，利用冲击信号的幅值、采样间隔和固有频率等因素，计算出每个固有频率下单自由度系统的最大绝对加速度，这在后续分析中起到了关键作用。 本文探讨了如何通过高效的硬件设计，如FPGA和SoC，来优化飞行器遥测系统中冲击信号的处理过程，以减少数据传输需求，提高系统的实时性和可靠性。这对于保证飞行器在复杂环境下的安全运行具有重要意义。