本文進(jìn)行了基于FPGA的GPS直序偽碼擴(kuò)頻接收機(jī)的設(shè)計(jì)和數(shù)字化硬件實(shí)現(xiàn)。論文首先對GPS衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)進(jìn)行了分析，并對與數(shù)字化接收機(jī)直接相關(guān)聯(lián)的GPS信號中頻部分結(jié)合實(shí)際系統(tǒng)要求進(jìn)行了設(shè)計(jì)和分析，由此確定了數(shù)字化偽碼捕獲跟蹤接收機(jī)研制的具體要求，之后完成了接收機(jī)中頻數(shù)字化方案設(shè)計(jì)。同時(shí)對偽碼捕獲跟蹤后端的載波捕獲跟蹤的實(shí)現(xiàn)方案進(jìn)行了描述和分析。最后利用EDA工具在FPGA芯片上實(shí)現(xiàn)了GPS數(shù)字化接收機(jī)的偽碼捕獲跟蹤。 受工作環(huán)境的制約，GPS衛(wèi)星接收機(jī)系統(tǒng)首先表現(xiàn)為功率受限系統(tǒng)，接收機(jī)必須滿足在低信噪比條件下工作。同時(shí)接收機(jī)與衛(wèi)星間高動(dòng)態(tài)產(chǎn)生的多普勒頻率，給接收機(jī)實(shí)現(xiàn)快速捕獲帶來了難度。通過仿真分析，綜合了實(shí)現(xiàn)難度和性能兩方面因素，針對小信噪比工作條件提出了改進(jìn)型的序貫偽碼捕獲實(shí)施方案。同時(shí)按照捕獲概率和時(shí)間的要求，對接收機(jī)偏壓、上、下門限、NCO增益等進(jìn)行了設(shè)計(jì)和仿真分析，確定了捕獲的數(shù)字化實(shí)現(xiàn)方案，偽碼跟蹤采用超前滯后環(huán)方案。捕獲完成后可使本地偽碼與接收偽碼的相對誤差保持在±1/4碼元范圍內(nèi)，而跟蹤環(huán)路的跟蹤范圍為±4/3碼元，保證了捕獲到跟蹤的可靠銜接，同時(shí)采用可變環(huán)路帶寬措施解決了跟蹤速度和精度的矛盾。 在數(shù)字化實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)中，給出了詳細(xì)的數(shù)字化實(shí)現(xiàn)方案和分析，這樣在保證工作精度的同時(shí)盡量減少硬件資源的開銷，利用EDA工具，采用Veilog設(shè)計(jì)語言在Xilinx的VirtexII系列的XC2V500fg256的FPGA上完成數(shù)字化接收機(jī)偽碼捕獲跟蹤的實(shí)現(xiàn)，并在其開發(fā)平臺(tái)上對數(shù)字化接收機(jī)進(jìn)行了仿真驗(yàn)證，在給定的工作條件下達(dá)到了設(shè)計(jì)性能和指標(biāo)要求。
標(biāo)簽： FPGA GPS 中頻 數(shù)字接收機(jī)
上傳時(shí)間： 2013-04-24
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隨著科學(xué)技術(shù)水平的不斷提高，在科研和生產(chǎn)過程中為了更加真實(shí)的反映被測對象的性質(zhì)，對測試系統(tǒng)的性能要求越來越高。傳統(tǒng)的測試裝置，由于傳輸速度低或安裝不便等問題已不能滿足科研和生產(chǎn)的實(shí)際需要。USB技術(shù)的出現(xiàn)很好的解決了上述問題。USB總線具有支持即插即用、易于擴(kuò)展、傳輸速率高(USB2.0協(xié)議下為480Mbps)等優(yōu)點(diǎn)，已逐漸得到廣泛的應(yīng)用。 本課題研究并設(shè)計(jì)了一套基于USB2.0的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。論文首先詳細(xì)介紹了USB總線協(xié)議，然后從系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)、硬件電路、軟件程序以及系統(tǒng)性能檢測等幾個(gè)方面，詳細(xì)闡述了系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想和實(shí)現(xiàn)方案。系統(tǒng)采用雙12位A/D轉(zhuǎn)換器，提供兩條模擬信號通道，可以同時(shí)采集雙路信號，最高的采樣率為200KHz。USB接口芯片采用Cypress公司的CY7C68013。論文詳細(xì)介紹了其在SlaveFIFO接口模式下的電路設(shè)計(jì)和程序設(shè)計(jì)。系統(tǒng)應(yīng)用FPGA芯片作系統(tǒng)的核心控制，控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集和與USB接口芯片的數(shù)據(jù)交換，并產(chǎn)生其中的邏輯控制信號和時(shí)序信號。同時(shí)應(yīng)用FPGA芯片作系統(tǒng)的核心控制可提高了系統(tǒng)穩(wěn)定性、減小設(shè)備的體積。系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)，主要包括FPGA芯片中的邏輯、時(shí)序控制程序、8051固件程序、客戶應(yīng)用程序及其驅(qū)動(dòng)程序。客戶端選擇了微軟的Visual Studio6.0 C++作開發(fā)平臺(tái)，雖然增加了復(fù)雜程度，但是軟件執(zhí)行效率及重用性均得到提高。 最后，應(yīng)用基于USB2.0的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)測試標(biāo)準(zhǔn)信號及電木的導(dǎo)熱系數(shù)，以驗(yàn)證測試系統(tǒng)的可靠信與準(zhǔn)確性。
標(biāo)簽： FPGA USB 接口 數(shù)據(jù)采集
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人體血液成份的無創(chuàng)檢測是生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域尚未攻克的前沿課題之一，動(dòng)態(tài)光譜法在理論上克服了其它檢測方法難以逾越的障礙——個(gè)體差異和測量條件對檢測結(jié)果的影響。實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)光譜檢測，其關(guān)鍵在于采集多波長的光電容積脈搏波信號，并對其進(jìn)行處理。針對動(dòng)態(tài)光譜檢測中信號微弱、信噪比低、處理數(shù)據(jù)量大的特點(diǎn)，本文設(shè)計(jì)了基于FPGA和面陣CCD攝像頭的動(dòng)態(tài)光譜數(shù)據(jù)采集與預(yù)處理系統(tǒng)，提高檢測精度，采集出滿足動(dòng)態(tài)光譜信號提取要求的光電脈搏波；并對動(dòng)態(tài)光譜頻域提取法的核心算法FFT的FPGA實(shí)現(xiàn)進(jìn)行研究。 課題提出用高靈敏度的面陣CCD攝像頭替代常規(guī)光柵光譜儀中的光電接收器，實(shí)現(xiàn)對多波長的光電容積脈搏波的檢測。結(jié)合面陣CCD的二維圖像特點(diǎn)，采用信號累加法去除噪聲，提高信號的信噪比。 創(chuàng)新性的提出一種不同于以往的信號累加方法——將處于同一行的視頻信號在采樣過程中直接累加，然后再進(jìn)行傳輸和存儲(chǔ)。不同于幀累加和異行累加，這種同行累加方式不但大大的提高了信號的信噪比，同時(shí)減小了數(shù)據(jù)的傳輸速度和傳輸量，降低了對存儲(chǔ)器容量的要求，改善了動(dòng)態(tài)光譜信號檢測系統(tǒng)的性能。 針對面陣CCD攝像頭輸出的復(fù)合視頻信號的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)視頻信號解調(diào)電路，得到高速、高精度的數(shù)字視頻信號和準(zhǔn)確的視頻同步信號，用于后續(xù)的視頻信號采集與處理。 根據(jù)動(dòng)態(tài)光譜信號檢測和視頻信號采集的要求，選擇可編程邏輯器件FPGA作為硬件平臺(tái)，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了基于FPGA和面陣CCD攝像頭的光電脈搏波采集與預(yù)處理系統(tǒng)。該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了視頻信號的精確定位，通過光譜信號的高速同行累加，實(shí)現(xiàn)了光電脈搏波信號的高精度檢測。系統(tǒng)采用基于FPGA的Nios II嵌入式處理器系統(tǒng)，通過對其應(yīng)用程序的開發(fā)，可靠的實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的采集、傳輸和存儲(chǔ)，提高了系統(tǒng)的集成度，降低了開發(fā)成本。 為實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)光譜信號的頻域提取，研究了基于FPGA的FFT實(shí)現(xiàn)方案，對各關(guān)鍵模塊進(jìn)行設(shè)計(jì)，為動(dòng)態(tài)光譜信號的進(jìn)一步處理打下良好的基礎(chǔ)。 最后，通過實(shí)驗(yàn)證明了系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集的正確性和信號預(yù)處理的可行性，得到了符合動(dòng)態(tài)光譜信號提取要求的脈搏波信號。
標(biāo)簽： 動(dòng)態(tài) 光譜數(shù)據(jù)采集 預(yù)處理
上傳時(shí)間： 2013-04-24
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由于其很強(qiáng)的糾錯(cuò)性能和適合硬件實(shí)現(xiàn)的編譯碼算法，卷積編碼和軟判決維特比譯碼目前已經(jīng)廣泛應(yīng)用于衛(wèi)星通信系統(tǒng)。然而隨著航天事業(yè)的發(fā)展，衛(wèi)星有效載荷種類的增多和分辨率的不斷提高，信息量越來越大。如何在低信噪比的功率受限信道條件下提高傳輸速率成為目前亟待解決的問題。本論文結(jié)合在研項(xiàng)目，在編譯碼算法、編譯碼器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)、編譯碼器性能提高三個(gè)方面對卷積編碼和維特比譯碼進(jìn)行了深入研究，并進(jìn)一步介紹了使用VHDL語言和原理圖混合輸入的方式，實(shí)現(xiàn)一種(7,3/4)增信刪余方式的高速卷積編碼器和維特比譯碼器的詳細(xì)過程；然后將設(shè)計(jì)下載到XILINX的Virtex2 FPGA內(nèi)部進(jìn)行功能和時(shí)序確認(rèn)，最終在整個(gè)數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)中測試其性能。本文所實(shí)現(xiàn)的維特比譯碼器速率達(dá)160Mbps，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于目前國內(nèi)此領(lǐng)域內(nèi)的相關(guān)產(chǎn)品速率。 首先，論文具體介紹了卷積編碼和維特比譯碼的算法，研究卷積碼的各種參數(shù)(約束長度、生成多項(xiàng)式、碼率以及增信刪余等)對其譯碼性能的影響；針對項(xiàng)目需求，確定卷積編碼器的約束長度、生成多項(xiàng)式格式、碼率和相應(yīng)的維特比譯碼器的回歸長度。 其次，論文介紹了編解碼器的軟、硬件設(shè)計(jì)和調(diào)試一根據(jù)已知條件，使用VHDL語言和原理圖混合輸入的方式設(shè)計(jì)卷積編碼和維特比譯碼的源代碼和原理圖，分別采用功能和電路級仿真，確定卷積編碼和維特比譯碼分別需要占用的資源，考慮卷積編碼器和維特比譯碼器的具體設(shè)計(jì)問題，包括編譯碼的基本結(jié)構(gòu)，各個(gè)模塊的功能及實(shí)現(xiàn)策略，編譯碼器的時(shí)序、邏輯綜合等；根據(jù)軟件仿真結(jié)果，分別確定卷積編碼器和維特比譯碼器的接口、所需的FPGA器件選型和進(jìn)行各自的印制板設(shè)計(jì)。利用卷積碼本身的特點(diǎn)，結(jié)合FPGA內(nèi)部結(jié)構(gòu)，采用并行卷積編碼和譯碼運(yùn)算，設(shè)計(jì)出高速編譯碼器；對軟、硬件分別進(jìn)行驗(yàn)證和調(diào)試，并將驗(yàn)證后的軟件下載到FPGA進(jìn)行電路級調(diào)試。 最后，論文討論了卷積編碼和維特比譯碼的性能：利用已有的測試設(shè)備在整個(gè)數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)中測試其性能(與沒有采用糾錯(cuò)編碼的數(shù)傳系統(tǒng)進(jìn)行比對)；在信道中加入高斯白噪聲，模擬高斯信道，進(jìn)行誤碼率和信噪比測試。
上傳時(shí)間： 2013-04-24
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普通GPS接收機(jī)在特殊環(huán)境下，如在高樓林立的城市中心，林木遮擋的森林公路，特別是在隧道和室內(nèi)環(huán)境的情況下，由于衛(wèi)星信號非常微弱，載噪比（Carrier Noise Ratio，C/No）通常都在34dB-Hz以下，很難有效捕獲到衛(wèi)星信號，導(dǎo)致無法正常定位。惡劣條件下的定位有廣闊的發(fā)展和應(yīng)用前景，特別是在交通事故、火災(zāi)和地震等極端環(huán)境下，快速準(zhǔn)確定位當(dāng)事者所處位置對于降低事態(tài)損失和營救受傷者是極為重要的。歐美和日本等發(fā)達(dá)國家也都制定了相應(yīng)的提高惡劣條件下高靈敏度定位能力的發(fā)展政策。而高靈敏度GPS接收機(jī)定位的關(guān)鍵在于GPS微弱信號的處理。 本課題的主要研究內(nèi)容是針對GPS微弱信號改進(jìn)處理方法。針對傳統(tǒng)GPS接收機(jī)信號捕獲中的串行搜索方法提出了基于批處理的微弱信號捕獲方法,來提高低信噪比情況下微弱信號的捕獲能力，實(shí)現(xiàn)快速高靈敏度的準(zhǔn)確捕獲；針對捕獲微弱信號處理大量數(shù)據(jù)導(dǎo)致的運(yùn)算量激增，運(yùn)用雙塊零拓展(Double Block Zero Padding，DBZP)處理方法減少運(yùn)算量同時(shí)縮短捕獲時(shí)間。針對傳統(tǒng)GPS接收機(jī)延遲鎖相環(huán)跟蹤算法提出了基于卡爾曼濾波的新型捕獲算法，減小延遲鎖相環(huán)失鎖造成的信號跟蹤丟失概率，來提高惡劣環(huán)境下低信噪比信號的跟蹤能力，實(shí)現(xiàn)微弱信號的連續(xù)可靠跟蹤。通過提高GPS微弱信號的捕獲與跟蹤能力，進(jìn)而使GPS接收機(jī)在惡劣環(huán)境下衛(wèi)星信號微弱時(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)較好的定位與導(dǎo)航。 通過擬合GPS接收機(jī)實(shí)際接收到的原始數(shù)據(jù)，構(gòu)造出不同載噪比的數(shù)字信號，分別對提出的針對微弱信號的捕獲與跟蹤算法進(jìn)行仿真比較驗(yàn)證，結(jié)果表明，對接收機(jī)后端信號處理部分作出的算法改進(jìn)使得GPS接收機(jī)可以更好的處理微弱信號，并且具有較高的靈敏度和精度。文章同時(shí)針對提出的數(shù)據(jù)處理特征使用FPGA技術(shù)對算法主要的數(shù)據(jù)處理部分進(jìn)行了初步的構(gòu)架實(shí)現(xiàn)并進(jìn)行了板級驗(yàn)證，結(jié)果表明，利用FPGA技術(shù)可以較好的實(shí)現(xiàn)算法的數(shù)據(jù)處理功能。文章最后給出了結(jié)論，通過提出的基于批處理和基于DBZP方法的捕獲算法以及基于卡爾曼濾波的信號跟蹤算法，可以有效地解決微弱GPS信號處理的難題，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)微弱信號環(huán)境下的定位與導(dǎo)航。
標(biāo)簽： FPGA GPS 信號實(shí)時(shí)處理
上傳時(shí)間： 2013-04-24
上傳用戶：變形金剛
海信HDP2968CH彩電電路圖海信HDP2968CH彩色電視機(jī)電路圖，海信HDP2968CH彩電圖紙，海信HDP2968CH原理圖
上傳時(shí)間： 2013-05-21
上傳用戶：zhangsan123
本文介紹了用MATLAB 分析、設(shè)計(jì)、和實(shí)現(xiàn)IIR數(shù)字低通濾波器的方法。并依據(jù)IIR型數(shù)字濾波器設(shè)計(jì)的傳統(tǒng)方法，利用MATLAB工具采用兩種不同的方法快速有效的實(shí)現(xiàn)了對IIR數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì). 關(guān)鍵詞：MATLAB IIR數(shù)字低通濾波器
標(biāo)簽： Matlab IIR 數(shù)字 低通濾波器
上傳時(shí)間： 2013-08-05
上傳用戶：ljthhhhhh123
隨著多媒體技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字圖像處理已經(jīng)成為眾多應(yīng)用系統(tǒng)的核心和基礎(chǔ)。它的發(fā)展主要依賴于兩個(gè)性質(zhì)不同、自成體系但又緊密相關(guān)的研究領(lǐng)域：圖像處理算法及其相應(yīng)的電路實(shí)現(xiàn)。圖像處理系統(tǒng)的硬件實(shí)現(xiàn)—般有三種方式：專用的圖像處理器件集成芯片(Application Specific Integrated Circuit)、數(shù)字信號處理器(Digital Signal Process)和現(xiàn)場可編程門陣列(Field Programmable Gate Array)以及相關(guān)電路組成。它們可以實(shí)時(shí)高速完成各種圖像處理算法。圖像處理中，低層的圖像預(yù)處理的數(shù)據(jù)量很大，要求處理速度快，但運(yùn)算結(jié)果相對比較簡單。相對于其他兩種方式，基于FPGA的圖像處理方式的系統(tǒng)更適合于圖像的預(yù)處理。本文設(shè)計(jì)了—種基于FPGA的小波域圖像去噪系統(tǒng)。首先，闡述了基于小波變換的圖像去噪算法原理，重點(diǎn)討論了小波鄰域閾值(NeighShrink)去噪算法，并給出了該算法相應(yīng)的Matlab 仿真；然后，為了改進(jìn)鄰域閾值去噪算法中對每個(gè)分解子帶都采用相同鄰域和閾值的缺點(diǎn)，本文提出了基于最小二乘支持向量機(jī)(LS-SVM)分類的鄰域閾值去噪算法和以斯坦無偏估計(jì) (SURE)為準(zhǔn)則同時(shí)結(jié)合小波系數(shù)尺度間關(guān)系的鄰域閾值去噪算法。經(jīng)Matlab實(shí)驗(yàn)表明，相比于其他幾種經(jīng)典算法，本文提出的兩種改進(jìn)算法在濾除噪聲的同時(shí)能更好地保護(hù)圖像細(xì)節(jié)，并在較高噪聲情況下能獲得更高的峰值信噪比。在此基礎(chǔ)上本文將提出的改進(jìn)小波鄰域閾值去噪算法進(jìn)行了相應(yīng)的簡化，以滿足低噪聲處理要求且易于在FPGA上實(shí)現(xiàn)；最后，給出了基于 FPGA的小波鄰域閾值去噪系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)和FPGA內(nèi)部各功能模塊的具體實(shí)現(xiàn)方案，包括二維離散小波變換模塊、二維離散小波逆變換模塊、SDRAM存儲(chǔ)器控制模塊、去噪計(jì)算模塊和系統(tǒng)核心控制模塊，并對各個(gè)系統(tǒng)模塊和整體進(jìn)行了仿真驗(yàn)證，結(jié)果表明本文設(shè)計(jì)的基于FPGA 的小波鄰域閾值去噪系統(tǒng)能滿足實(shí)際的圖像處理要求，具有一定的理論和實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。關(guān)鍵詞：圖像處理系統(tǒng)，F(xiàn)PGA，圖像去噪算法，小波變換
上傳時(shí)間： 2013-05-16
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基于過采樣和∑-△噪聲整形技術(shù)的DAC能夠可靠地把數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為高精度的模擬信號(大于等于16位)。采用這一架構(gòu)進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換具有諸多優(yōu)點(diǎn)，例如極低的失配噪聲和更高的可靠性，便于實(shí)現(xiàn)嵌入式集成等，最重要的是可以得到其他DAC結(jié)構(gòu)所無法達(dá)到的精度和動(dòng)態(tài)范圍。在高精度測量，音頻轉(zhuǎn)換，汽車電子等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用價(jià)值。 本文采用∑-△結(jié)構(gòu)以FPGA方式實(shí)現(xiàn)了一個(gè)具有高精度的數(shù)模轉(zhuǎn)換器，在24比特的輸入信號下，達(dá)到了約150dB的信噪比。作為一個(gè)靈活的音頻DAC實(shí)現(xiàn)方案。該DAC可以對CD/DVD/HDCD/SACD等多種制式下的音頻信號進(jìn)行處理，接受并轉(zhuǎn)換采樣率為32/44.1/48/88.2/96/192kHz，字長為16/18/20/24比特的PCM數(shù)據(jù)，具備良好的兼容性和通用性。 由于非線性和不穩(wěn)定性的存在，高階∑-△調(diào)制器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)存在較大的難度。本文綜合大量文獻(xiàn)中的經(jīng)驗(yàn)原則和方法，闡述了穩(wěn)定的高階高精度調(diào)制器的設(shè)計(jì)流程；并據(jù)此設(shè)計(jì)了達(dá)到24bit精度和滿量程輸入范圍的的5階128倍調(diào)制器。本文創(chuàng)新性地提出了∑-△調(diào)制器的一種高效率流水線實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)。分析表明，與其他常見的∑-△調(diào)制器實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)相比，本方案具有結(jié)構(gòu)簡單、運(yùn)算單元少等優(yōu)點(diǎn)；此外在同樣信號采樣率下，調(diào)制器所需的時(shí)鐘頻率大大降低。 文中的過采樣濾波模塊采用三級半帶濾波器和一個(gè)可變CIC濾波器級聯(lián)組成，可以達(dá)到最高128倍的過采樣比，同時(shí)具有良好的通帶和阻帶特性。在半帶濾波器的設(shè)計(jì)中采用了CSD編碼，使結(jié)構(gòu)得到了充分的簡化。 本文提出的過采樣DAC方案具有可重配置結(jié)構(gòu)，讓使用者能夠方便地控制過采樣比和調(diào)制器階數(shù)。通過積分梳狀濾波器的配置，能夠獲得32/64/128倍的不同過采樣比，從而實(shí)現(xiàn)對于32～192kHz多種采樣率輸入的處理。在不同輸入字長情況下，通過調(diào)制器的重構(gòu)，則可以將調(diào)制器由高精度的5階模式改變?yōu)楣母偷?階模式，滿足不同分辨率信號輸入時(shí)的不同精度要求。這是本文的另一創(chuàng)新之處。 目前，該過采樣DAC已經(jīng)在XilinxVirtexⅡ系列FPGA器件下得到硬件實(shí)現(xiàn)和驗(yàn)證。測試表明，對于從32kHz到192kHz的不同輸入信號，該DAC模塊輸出1比特碼流的帶內(nèi)信噪比均能滿足24比特?cái)?shù)據(jù)轉(zhuǎn)換應(yīng)用的分辨率要求。
上傳時(shí)間： 2013-07-08
上傳用戶：從此走出陰霾
生物醫(yī)學(xué)信號是源于一個(gè)生物系統(tǒng)的一類信號，像心音、腦電、生物序列和基因以及神經(jīng)活動(dòng)等，這些信號通常含有與生物系統(tǒng)生理和結(jié)構(gòu)狀態(tài)相關(guān)的信息，它們對這些系統(tǒng)狀態(tài)的研究和診斷具有很大的價(jià)值。信號拾取、采集和處理的正確與否直接影響到生物醫(yī)學(xué)研究的準(zhǔn)確性，如何有效地從強(qiáng)噪聲背景中提取有用的生物醫(yī)學(xué)信號是信號處理技術(shù)的重要問題。 設(shè)計(jì)自適應(yīng)濾波器對帶有工頻干擾的生物醫(yī)學(xué)信號進(jìn)行濾波，從而消除工頻干擾，獲得最佳的濾波效果是本研究要解決的問題。生物醫(yī)學(xué)信號具有信號弱、噪聲強(qiáng)、頻率范圍較低、隨機(jī)性強(qiáng)等特點(diǎn)。由于心電(electrocardiogram，ECG)信號的確定性、穩(wěn)定性、規(guī)則性都比其他生物信號高，便于準(zhǔn)確評估和檢測濾波效果，本研究采用ECG信號作為原始的模板信號。 本研究將新的電子芯片技術(shù)與現(xiàn)代信號處理技術(shù)相結(jié)合，從過去單一的軟件算法研究，轉(zhuǎn)向軟件與硬件結(jié)合，從而提高自適應(yīng)速度和精度，而且可以使系統(tǒng)的開發(fā)周期縮短、成本降低、容易升級和變更。 采用現(xiàn)場可編程邏輯器件(Field Programmable Gate Array，F(xiàn)PGA)作為新的ECG快速提取算法的硬件載體，加快信號處理的速度。為了將ECG快速提取算法轉(zhuǎn)換為常用的適合于FPGA芯片的定點(diǎn)數(shù)算法，研究中詳細(xì)分析了定點(diǎn)數(shù)的量化效應(yīng)對自適應(yīng)噪聲消除器的影響，以及對浮點(diǎn)數(shù)算法和定點(diǎn)數(shù)算法的復(fù)合自適應(yīng)濾波器的各種參數(shù)的選擇，如步長因子和字長選擇。研究中以定點(diǎn)數(shù)算法中的步長因子和字長選擇，作為FPGA設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，利用串并結(jié)合的硬件結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)濾波器，并得到了預(yù)期的效果，準(zhǔn)確提取改善后的ECG信號。 研究中，在MATLAB(Matrix Laboratry)軟件的環(huán)境下模擬，選取帶有50Hz工頻干擾的不同信噪比的ECG原始信號，在浮點(diǎn)數(shù)情況下，原始信號通過采用最小均方LMS(LeastMean Squares)算法的浮點(diǎn)數(shù)自適應(yīng)濾波器后，根據(jù)信噪比的改善和收斂速度，確定不同的最佳μ值，并在定點(diǎn)數(shù)情況下，在最佳μ值的情況下，原始信號通過采用LMs算法的定點(diǎn)數(shù)自適應(yīng)濾波器后，根據(jù)信噪比的改善效果和采用硬件的經(jīng)濟(jì)性，確定最佳的定點(diǎn)數(shù)。并了解LMS算法中步長因子、定點(diǎn)數(shù)字長值對信號信噪比、收斂速度和硬件經(jīng)濟(jì)性的影響。從而得出針對含有工頻干擾的不同信噪比的原始ECG，應(yīng)該采用什么樣的μ值和什么樣的定點(diǎn)數(shù)才能對原始ECG的改善和以后的硬件實(shí)現(xiàn)取得最佳的效果，并根據(jù)所得到的數(shù)據(jù)和結(jié)果，在FPGA上實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)濾波器，使自適應(yīng)濾波器能對帶有工頻干擾的ECG原始信號有最佳的濾波效果。
上傳時(shí)間： 2013-04-24
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