這是一篇哈爾濱工業大學2012年 物理電子學工學博士的畢業論文。相干多普勒激光雷達是測量遙感風場和運動目標速度的有力工具。相干多普勒激光雷達的發射源普遍使用單縱模激光器，而鎖模激光所具有的寬頻譜、窄脈寬、高峰值功率等特性使其在作為相干激光雷達發射源方面具有潛在的應用價值。本文從理論上和實驗上對基于鎖模激光的相干多普勒激光雷達進行了研究。 理論上，在單頻外差探測原理的基礎上，考慮了具有 m+1 個模式、縱模間隔為 ω 的本振光，與發生了 Δω 頻移的信號光相干拍頻后的理論模型，證明了相位差恒定的鎖模激光可以實現相干混頻，并可以通過低通濾波或 FFT 頻譜分析的方式檢測出差頻信號。利用這一理論模型進行了數值模擬計算，分析了信號光在不同的頻移值時的拍頻波形，討論了實現相干探測本振光與信號光應滿足的條件。 基于相干多普勒激光雷達系統對發射光源的要求，進行了鎖模激光器的實驗研究。通過使用不同的鎖模器件得到鎖模激光輸出，其中主動鎖模和調 Q 主動鎖模都獲得了單脈沖寬度在百皮秒量級、鎖模深度 100%、鎖模幾率 95%以上的穩定的鎖模脈沖序列輸出。對被動鎖模、主動鎖模、調 Q 主動鎖模的激光輸出特性進行了對比研究，主動鎖模脈沖序列包絡時間較長但峰值功率較低，而調 Q 主動鎖模峰值功率高但包絡時間較短，不同類型的激光輸出為后續的相干測速實驗提供了多種選擇。 利用聲光移頻器模擬外差探測中信號光發生的多普勒頻移，進行了鎖模激光拍頻實驗研究，并與單縱模激光拍頻實驗結果進行了比較。使用鎖模激光在頻移為 30 ~ 80 MHz 的范圍內進行了拍頻實驗研究，拍頻波形及信號處理的結果均與理論分析相符， 測量結果的相對誤差在 0.5%以下。 分別使用脈寬為 10 ns和 16 ns 的調 Q 單縱模脈沖進行拍頻，在信號光頻移為 150 MHz 時測量結果的相對誤差分別為 3.7%和 1.6%。對比實驗結果發現，調 Q 單縱模脈沖由于有限的脈寬限制了拍頻后包絡的數量，導致誤差相對較大，而鎖模脈沖序列由于具有較長包絡時間，在測量較低頻移值時仍具有較高的精度，即測量低速目標時更具有優勢。在具有較長包絡時間的同時，鎖模激光還具有高峰值功率和窄脈寬的特點。使用光纖耦合的方式進行了相干拍頻實驗，得到了穩定的相干拍頻波形，FFT 頻譜分析的結果與設定值和理論分析相符。
標簽： 激光雷達
上傳時間： 2022-02-12
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脈沖多普勒（PD）雷達是一種廣泛被采用的全相參體制的雷達，它利用目標與雷達之間相對運動而產生的多普勒效應進行目標信息提取和處理，具有較高的速度分辨率，可以有效地抑制強地雜波的干擾問題。為了滿足實驗室開發雷達對抗半實物仿真系統的需求，本論文展開對PD雷達信號處理實時仿真算法的研究。本文首先介紹了PD雷達的工作原理，分析了PD雷達的距離、速度模糊問題，對PD雷達的雜波也做了簡單介紹。由于PD雷達信號處理算法研究的需要，本文介紹了PD雷達接收機的組成，詳細分析了正交相位檢波處理的方法，并對接收端信號的處理過程進行了仿真。基于PD雷達工作原理，本文提出了一種低重頻脈沖多普勒雷達信號處理仿真框架，對PD雷達信號處理系統各主要模塊的算法以及其功能、原理進行了詳細的分析，并運用Mailab對低重復頻率PD雷達信號處理進行了仿真。最后，本文基于ADSP-TS201對雷達信號處理算法的實時性進行了分析，在Visual DSP+-開發環境實現了FFT算法和數據求模算法，獲得相應的運算指令周期。整個工作對PD雷達信號處理半實物仿真系統的搭建具有重要的意義。
上傳時間： 2022-06-21
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脈沖多普勒（PD）雷達，它利用了多普勒效應原理，既具備脈沖雷達的測距性能，又具備多普勒雷達的測速性能，同時對雜波的抑制能力也比較突出，是一種重要的全相參體制的雷達。雷達信號處理是雷達技術發展的核心內容，它主要包含了以下幾個方面的技術內容，如信號選擇、正交采樣技術、脈沖壓縮技術、動目標檢測技術和恒虛警檢測技術等。雷達信號處理的仿真研究具有靈活、方便、快速、經濟等特點，對于雷達技術的研究發展具有重要意義。論文首先分析了脈沖多普勒雷達的距離和速度的檢測原理，對PD雷達的模糊函數的含義和性質進行了研究，分析了幾種不同信號所對應的模糊函數并分別進行了仿真。以此為據，選擇能夠獲得較高分辨率的波形設計方法。其次，根據雷達的檢測性能、分辨率以及測量精度等性能要求，以線性調頻（LFM）信號為主進行了研究，主要分析了線性調頻信號的特性。模擬目標回波信號，將其加入噪聲和雜波形成混合信號并對其進行脈沖壓縮、動目標檢測以及恒虛警處理。其中，脈沖壓縮部分，論文選擇采用相關處理器法實現。動目標檢測部分，論文選擇采用脈沖對消器級聯多普勒濾波器組來實現。恒虛警處理部分，論文選擇采用單元平均恒虛警檢測來實現。最后，論文給出了雷達信號處理系統框圖，建立目標函數，對其進行相關處理并進行仿真。對仿真結果進行分析，驗證通過以上方法進行處理，能夠有效獲取目標的距離和速度信息，滿足精度要求。
上傳時間： 2022-07-08
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隨著中國二代導航系統的建設，衛星導航的應用將普及到各個行業，具有自主知識產權的衛星導航接收機的研究與設計是該領域的一個研究熱點。在接收機的設計中，對于成熟技術將利用ASIC芯片進行批量生產，該芯片是專用芯片，一旦制造成型不能改變。但是對于正在研究的接收機技術，特別是在需要利用接收機平臺進行提高接收機性能研究時，利用FPGA通用可編程門陣列芯片是非常方便的。在FPGA上的研究成果，一旦成熟可以很方便的移植到ASIC芯片，進行批量生產。本課題就是基于FPGA研究GPS并行捕獲技術的硬件電路，著重進行了其中一個捕獲通道的設計和實現。 GPS信號捕獲時間是影響GPS接收機性能的一個關鍵因素，尤其是在高動態和實時性要求高的應用中或者對弱GPS信號的捕獲方面。因此，本文在滑動相關法基礎上引出了基于FFT的并行快速捕獲方法，采用自頂向下的方法對系統進行總體功能劃分和結構設計，并采用自底向上的方法對系統進行功能實現和驗證。 本課題以Xilinx公司的Spartan3E開發板為硬件開發平臺，以ISE9.2i為軟件開發平臺，采用Verilog HDL編程實現該系統。并利用Nemerix公司的GPS射頻芯片NJ1006A設計制作了GPS中頻信號產生平臺。該平臺可實時地輸出采樣頻率為16.367MHz的GPS數字中頻信號。 本課題主要是基于采樣率變換和FFT實現對GPS C/A碼的捕獲。該算法利用平均采樣的方法，將信號的采樣率降低到1.024 MHz，在低采樣率下利用成熟的1024點FFT IP核對C/A碼進行粗捕，給出GPS信號的碼相位(精度大約為1/4碼片)和載波的多普勒頻率，符合GPS后續跟蹤的要求。 同時，由于FFT算法是以資源換取時間的方法來提高GPS捕獲速度的，所以在設計時，合理地采用FPGA設計思想與技巧優化系統。基于實用性的要求，詳細的給出了基于FFT的GPS并行捕獲各個模塊的實現原理、實現結構以及仿真結果。并達到降低系統硬件資源，能夠快速、高效地實現對GPS C/A碼捕獲的要求。 本研究是導航研究所承擔的國家863課題“利用多徑信號提高GNSS接收機性能的新技術研究”中關于接收機信號捕獲算法的一部分，對接收機的設計具有一定的參考價值。
上傳時間： 2013-07-22
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自20世紀80年代以來，正交頻分復用技術不但在廣播式數字音頻和視頻領域得到廣泛的應用，而且已經成為無線局域網標準(例如IEEE802.11a和HiperLAN/2等)的一部分。OFDM由于其頻譜利用率高，成本低等原因越來越受到人們的關注。隨著人們對通信數據化、寬帶化、個人化和移動化需求的增強，OFDM技術在綜合無線接入領域將會獲得越來越廣泛的應用。人們開始集中越來越多的精力開發OFDM技術在移動通信領域的應用，本文也是基于無線通信平臺上的OFDM技術的運用。 本文的所有內容都是建立在空地數據無線通信系統下行鏈路FPGA實現基礎上的。本文作者的主要工作集中在鏈路接收端的FPGA實現和調試上。主要包括幀同步(時間同步)算法的研究與設計、OFDM頻率同步算法的研究與設計以及同步模塊、OFDM解調模塊、QAM解調模塊的FPGA實現。最終實現高速數字圖像傳輸系統下行鏈路在無線環境中連通。 對于無線移動通信系統而言，多普勒頻移、收發設備的本地載頻偏差均可能破壞OFDM系統子載波之間的正交性，從而導致ICI，影響系統性能。另外，由于OFDM系統大多采用IFFT/FFT實現調制解調，因此在接收方確定FFT的起點對數據的正確解調也至關重要。同步技術即是針對系統中存在的定時偏差、頻率偏差進行定時、頻偏的估計與補償，來減少各種同步偏差對系統性能的影響。在OFDM實現的關鍵技術中，同步技術是十分重要的一部分。本文花費了三個章節闡述了同步技術的原理、算法和實現方法。 目前OFDM系統的載波同步方案，可以歸納為三大類：輔助數據類，盲估計類和基于循環前綴的半盲估計類。本文首先分析了各種載波同步方案的優缺點，并舉例說明了各個載波同步方式的實現方法。然后具體闡述了本文在FPGA平臺上實現的OFDM接收端同步的同步方式，包括其具體算法和FPGA實現結構。本文所采用的幀同步和頻率同步方案都是采用輔助數據類的，在闡述其具體算法的同時對算法在不同參數和不同形式下的性能做出了仿真對比分析。 OFDM的解調采用FFT算法，在FPGA上的實現是十分方便的。本文主要闡述其實現結構，重點放在提取有效數據部分有效數據位置的推導過程。最后介紹了本文實現QAM軟解調的解調方法。 本文闡述算法采用先提出原理，然后給出具體公式，再根據公式中的系數和變量分析算法性能的方式。在闡述實現方式時首先給出實現框圖，然后對框圖中比較重要或者復雜的部分進行詳細闡述。在介紹完每個模塊實現方式之后給出了仿真或者上板結果，最后再給出整體測試結果。
上傳時間： 2013-06-26
上傳用戶：希醬大魔王
移動無線信道特性對移動通信系統性能具有重要影響，移動信道建模和仿真對移動通信系統的研發具有重要意義。因此，對移動信道建模與仿真進行研究，具有重要的理論意義和實際應用價值。 本文從無線電波的傳播特點出發，分析了無線電波的傳播模型和描述信道特性的主要參數，重點分析了移動小尺度衰落模型；結合無線電波傳輸環境的特點，研究了平坦衰落信道和頻率選擇性信道的特點，設計了基于FPGA的移動無線信道仿真器，同時給予了軟硬件驗證。 本文從衰落的數學模型角度研究了信道傳輸特性，以及各項參數對信道特性的影響。主要做了以下幾個方面的工作： 1.簡要介紹了無線電通信的發展史及信道建模與仿真的意義；論述了信道對無線信號主要的三類影響：自由空間的路徑損失、陰影衰落、多徑衰落；分析了無線通信傳播環境，移動無線通信信道仿真的基本模型，同時介紹了用正弦波疊加法和成型濾波器法建立信道確定型仿真模型的具體實現方法。 2.對移動無線信道特性進行了Matlab仿真，對仿真結果進行了對比分析，對影響信道特性的主要參數設置進行了分析仿真。 3.設計了一種基于FPGA的移動無線信道仿真器，并對實現該仿真器的關鍵技術和實現方法進行了分析。該信道仿真器能夠實時模擬窄帶信號條件下無線信道的主要特點，如多徑時延、多普勒頻移、瑞利衰落等，其主要的技術指標達到了設計要求。該模擬器結構簡單，參數可調，易于擴展，通用性強，可以部分或全部集成到處于研制階段的接收機中，以便于性能測試，也可應用于教學實踐。
上傳時間： 2013-04-24
上傳用戶：suxuan110425
軟件無線電是近年提出的新的通信體系，由于其具有靈活性和可重配置性并且符合通信的發展趨勢，已成為通信系統設計的研究熱點。因此對基于軟件無線電的調制解調技術進行深入細致的研究非常有意義。 本文首先從闡述軟件無線電的理論基礎入手，對多速率信號處理中的內插和抽取、帶通采樣、數字變頻等技術進行了分析與探討，為設計和實現8PSK調制解調器提供了非常重要的理論依據。然后，研究了8PSK調制解調技術，詳細論述了它們的基本概念和原理，提出了系統實現方案，在DSP+FPGA平臺上實現了8PSK信號的正確調制解調。文中著重研究了突發通信的同步和頻偏糾正算法，針對同步算法選取了一種基于能量檢測法的快速位同步算法，采用相關器實現，同時實現位同步和幀同步。并且對于突發通信的多普勒頻偏糾正，設計了一個基于自動頻率控制(AFC)環的頻偏檢測器，通過修改數控振蕩器(NCO)的頻率控制字方法來校正本地載波頻率，整個算法結構簡單，運算量小，頻偏校正速度快，具有較好的實用性。其次，對相干解調的初始相位進行糾正時，提出了一種簡單易行的CORDIC方法，同時對FPGA編程當中的一些關鍵問題進行了介紹。最后，設計了自適應調制解調器，根據信噪比和誤碼率來自適應的改變調制方式，以達到最佳的傳輸性能。
上傳時間： 2013-04-24
上傳用戶：mingaili888
數字超聲診斷設備在臨床診斷中應用十分廣泛，研制全數字化的醫療儀器已成為趨勢。盡管很多超聲成像儀器設計制造中使用了數字化技術，但是我們可以說現代VLSI 和EDA 技術在其中并沒有得到充分有效的應用。隨著現代電子信息技術的發展，PLD 在很多與B 型超聲成像或多普勒超聲成像有關的領域都得到了較好的應用，例如數字通信和相控雷達領域。 在研究現代超聲成像原理的基礎上，我們首先介紹了常見的數字超聲成像儀器的基本結構和模塊功能，同時也介紹了現代FPGA 和EDA 技術。隨后我們詳細分析討論了B 超中，全數字化波束合成器的關鍵技術和實現手段。我們設計實現了片內高速異步FIFO 以降低采樣率，仿真結果表明資源使用合理且訪問時間很小。正交檢波方法既能給出灰度超聲成像所需要的回波的幅值信息，也能給出多普勒超聲成像所需要的回波的相移信息。我們設計實現了基于直接數字頻率合成原理的數控振蕩器，能夠給出一對幅值和相位較平衡的正交信號，且在FPGA 片內實現方案簡單廉價。數控振蕩器輸出波形的頻率可動態控制且精度較高，對于隨著超聲在人體組織深度上的穿透衰減，導致回波中心頻率下移的聲學物理現象，可視作將回波接收機的中心頻率同步動態變化進行補償。 還設計實現了B 型數字超聲診斷儀前端發射波束聚焦和掃描控制子系統。在單片FPGA 芯片內部設計實現了聚焦延時、脈寬和重復頻率可動態控制的發射驅動脈沖產生器、線掃控制、探頭激勵控制、功能碼存儲等功能模塊，功能仿真和時序分析結果表明該子系統為設計實現高速度、高精度、高集成度的全數字化超聲診斷設備打下了良好的基礎，將加快其研發和制造進程，為生物醫學電子、醫療設備和超聲診斷等方面帶來新思路。
上傳時間： 2013-06-18
上傳用戶：hfmm633
隨著海洋勘測技術的發展，研制高性能的海洋測流儀器越來越重要。多普勒聲學海流剖面儀就是一種非常重要的用來測量海流速度的儀器。在調試多普勒聲學海流剖面儀的過程中，多普勒聲學海流剖面儀信號模擬器是很重要的設備，它是數字模擬技術與多普勒聲學技術相結合的產物，它通過模擬的方法產生聲學海流剖面儀回波信號，以便在不具備實際海洋情況的條件下，可以在實驗室環境中對聲學海流剖面儀的樣機進行系統調試。在此情況下，本文研制了一種聲學海流剖面儀信號模擬器，并對聲學海流剖面儀回波信號接收過程中使用的算法進行了研究。 本文首先比較了多普勒聲學海流剖面儀的發射信號與接收信號之間的關系，分析了產生多普勒頻移的原因。選用直接數字頻率合成技術(DDS)生成多普勒聲學海流剖面儀調試所需要的回波信號o DDS技術克服了傳統信號源的頻率精度不高和頻率不穩等問題。本文選用專用DDS芯片AD9833來實現回波信號的產生，利用ARM嵌入式技術對輸出信號進行控制。 信號模擬器以S3C2410處理器為核心構建了硬件平臺，采用核心板與擴展板相結合的硬件結構。核心板主要包括了存儲系統、網絡接口和各種通訊接口。其主要功能是存儲大量數據信號和通訊功能；擴展電路包括了16路DDS信號輸出及信號調理電路，可以通過軟件來配置16路信號相應的工作狀態及選擇信號輸出形式。硬件設計預留了一定數量的I/O接口以備將來擴展之用。 建立嵌入式Linux開發環境；并分析BootLoader啟動機制，移植VIVI；通過配置內核相關文件，移植Linux2.4.18內核到模擬器系統；編寫16路DDS的驅動程序；設計了模擬器的上位機通訊程序及用應程序；對系統進行了軟硬件調試，調試結果表明模擬器完全能夠模擬聲學海流剖面儀的回波信號。 最后，結合回波信號形式，采用基帶解調、復相關等技術對接收回波信號所使用的算法進行了研究，估算出多普勒頻移，配合了調試海流剖面儀樣機工作的進行。該模擬器不但可以模擬回波信號，還可以作為發射信號來用，大大提高了模擬器的實用性。關鍵詞：聲學海流剖面儀；S3C2410； AD9833；嵌入式Linux；回波信號
上傳時間： 2013-04-24
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雙基地合成孔徑雷達(簡稱雙基地SAR或Bistatic SAR)是一種新的成像雷達，也是當今SAR技術的一個發展方向，在軍用及民用領域都具有良好的應用前景，近年來成為研究的熱點。本文則側重于研究雙基地SAR的距離一多普勒(R-D)成像算法的實現。 在雙基地SAR系統及成像算法的研究方面，推導了雙基地SAR的系統分辨特性及雷達方程，分析了主要系統參數之間的約束關系。針對正側視機載雙基地SAR系統，本文對距離一多普勒算法進行了推廣。最后得到點目標的仿真結果。 在成像算法的FPGA實現上，在System Generator環境下對算法進行定點仿真。完成距離一多普勒成像算法的硬件實現，其中包括了FFT快速傅立葉變換、硬件乘法器、：Rocket I/O接口設計、DCM數字時鐘管理等主要部分。針對硬件實現的特點，對算法的部分運算進行了簡化。 為了對算法實現進行驗證，設計開發了該算法的硬件測試平臺。主要基于ML310評估板上XC2VP30芯片中嵌入的Power PC 405，完成其硬件部分的設計，主要包括了Aurora協議接口、RS-232串行接口、DDR RAM接口以及其它如中斷、時鐘等部分。
上傳時間： 2013-07-26
上傳用戶：是王洪文
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