專輯類-單片機(jī)專輯-258冊(cè)-4.20G 華邦用系列單片機(jī)資料3-22頁(yè)-0.3M.pdf
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超聲波電機(jī)(Ultrasonic Motor,簡(jiǎn)稱USM)是近二十年來(lái)發(fā)展起來(lái)的一種新型驅(qū)動(dòng)裝置,該電機(jī)不同于傳統(tǒng)的電磁感應(yīng)電機(jī),它是利用壓電陶瓷的逆壓電效應(yīng)激發(fā)超聲振動(dòng),借助彈性體諧振放大,通過(guò)摩擦耦合產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)或直線運(yùn)動(dòng).這種電機(jī)的具有響應(yīng)快、結(jié)構(gòu)緊湊、低轉(zhuǎn)速、大力矩、不受電磁干擾、斷電自鎖等優(yōu)點(diǎn),在微型機(jī)械、機(jī)器人、精密儀器、家用電器、航空航天、汽車等方面有著廣泛的應(yīng)用前景.隨著超聲波電機(jī)的推廣應(yīng)用和產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的需要,對(duì)超聲波電機(jī)的驅(qū)動(dòng)和控制技術(shù)的研究就非常必要了,小型化、通用化、高性能的驅(qū)動(dòng)電源和簡(jiǎn)單而又實(shí)用的控制技術(shù)已成為國(guó)內(nèi)外研究的熱點(diǎn).該文對(duì)于單一的定位控制,研究一種簡(jiǎn)單且控制精度高的控制算法,結(jié)合所研制的縱扭復(fù)合型超聲波電機(jī)樣機(jī),實(shí)現(xiàn)了高精度(0.010度)的定位控制,另對(duì)基于高性能DSP的驅(qū)動(dòng)電源進(jìn)行了初步的探討和研究,研制了通用性較高的驅(qū)動(dòng)電源.該文開(kāi)展的主要研究工作和取得的成果如下:1.簡(jiǎn)要地介紹了超聲波電機(jī)的原理、發(fā)展歷史和特點(diǎn),重點(diǎn)分析了超聲波電機(jī)驅(qū)動(dòng)電源和定位控制的研究進(jìn)展和存在的問(wèn)題,從而引出該碩士論文的研究意義和主要內(nèi)容.2.從理論和實(shí)驗(yàn)上揭示這種電機(jī)具有的高分辨率和步進(jìn)特性實(shí)質(zhì),提出了利用此特性實(shí)現(xiàn)高精度的定位控制策略——步進(jìn)定位法,并分析了影響其定位精度的因素,結(jié)合所研制的縱扭復(fù)合型超聲波電機(jī)樣機(jī),實(shí)現(xiàn)了高精度(0.010度)的定位控制,并確定了相關(guān)控制參數(shù)的選擇準(zhǔn)則.3.簡(jiǎn)要介紹了常用開(kāi)關(guān)變換器結(jié)構(gòu),設(shè)計(jì)了以MOSFET為開(kāi)關(guān)器件的半橋式逆變功率電路.介紹了高性能DSP(TMS320LF2407)為核心的控制信號(hào)發(fā)生電路和以UC3842為控制芯片的可調(diào)壓直流電源,結(jié)合控制電路和功率變換電路獲得了驅(qū)動(dòng)超聲波電機(jī)所需兩項(xiàng)幅值、頻率、相位可調(diào)的交變方波,具有較高的通用性,為進(jìn)一步開(kāi)展運(yùn)用較復(fù)雜控制策略的超聲波電機(jī)位置和速度伺服控制研究打下一定基礎(chǔ).
上傳時(shí)間： 2013-04-24
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在永磁無(wú)刷直流電機(jī)中，即使電樞繞組不通電，由于水磁體產(chǎn)生的磁場(chǎng)同定子鐵芯的齒槽相互作用而產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，即齒槽定位力矩。定位力矩使電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩波動(dòng)，產(chǎn)生振動(dòng)和噪聲。影響齒槽轉(zhuǎn)矩的因素很多，如齒槽的數(shù)量、齒槽形狀、斜槽角度、磁鋼的極弧系數(shù)以及輔助凹槽等等，因此，準(zhǔn)確計(jì)算定位力矩較為復(fù)雜。本文利用麥克斯韋張量法來(lái)分析定位力矩，為電機(jī)設(shè)計(jì)提供理論參考。文中闡述了齒槽力矩產(chǎn)生機(jī)理，綜述了抑制齒槽轉(zhuǎn)矩的方法，探討了抑制齒槽轉(zhuǎn)矩的發(fā)展趨勢(shì)。 本文以永磁無(wú)刷直流電機(jī)為對(duì)象，利用Ansoft有限元仿真軟件，通過(guò)有限元分析對(duì)改變槽口寬度、定子斜槽、改變極弧系數(shù)和定子沖片增加輔助凹槽對(duì)定位力矩的影響進(jìn)行了研究。深入分析了沖片輔助凹槽對(duì)抑制永磁無(wú)刷直流電機(jī)定位力矩的作用，因?yàn)闆_片面加輔助凹槽的方法，生產(chǎn)中便于加工，對(duì)電機(jī)性能影響很小。結(jié)果表明，同一沖片上在對(duì)稱位置上排布輔助凹槽能取得很好的效果，而以沖片中心線對(duì)稱地加兩個(gè)輔助凹槽時(shí)，輔助凹槽角度不同作用不同。對(duì)不同沖片，適合的輔助凹槽角度也是不同的。 最后對(duì)這幾種抑制定位力矩的方法進(jìn)行優(yōu)化組合，找出了一個(gè)最優(yōu)的抑制永磁無(wú)刷直流電機(jī)定位力矩的方案。
標(biāo)簽： 無(wú)刷直流電機(jī) 定位 力矩
上傳時(shí)間： 2013-06-18
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本文系統(tǒng)地論述了應(yīng)用單片機(jī)開(kāi)發(fā)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)二維運(yùn)動(dòng)控制器的方法。該二維運(yùn)動(dòng)控制器的樣品已經(jīng)研制出來(lái)，經(jīng)過(guò)實(shí)際運(yùn)行測(cè)試，達(dá)到了設(shè)計(jì)要求，既能實(shí)現(xiàn)兩軸獨(dú)立運(yùn)動(dòng)控制，又能靈活方便地進(jìn)行聯(lián)動(dòng)控制。由于控制軟件對(duì)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)采用了適當(dāng)?shù)淖詣?dòng)調(diào)速方案，使得電機(jī)在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中沒(méi)有失步現(xiàn)象，運(yùn)行平穩(wěn)，定位精度高，重復(fù)定位性好。 本文所完成的主要工作有：(1)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電路的研究。(2)系統(tǒng)控制方案設(shè)計(jì)。(3)硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)。單片機(jī)的選擇、串行通信等電路設(shè)計(jì)。(4)軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)。該控制器重點(diǎn)在于步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路硬件與控制軟件的設(shè)計(jì)，以及上下位機(jī)串口通信的實(shí)現(xiàn)。本設(shè)計(jì)的控制環(huán)節(jié)由AT89S52單片機(jī)和環(huán)形分配器PMM8713構(gòu)成，單片機(jī)采用RS-485標(biāo)準(zhǔn)的串口通信與上位機(jī)進(jìn)行通信，利用PMM8713產(chǎn)生步進(jìn)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行和正反轉(zhuǎn)的控制信號(hào)。驅(qū)動(dòng)環(huán)節(jié)采用UC3842實(shí)現(xiàn)恒流驅(qū)動(dòng)，給出特定的脈沖驅(qū)動(dòng)信號(hào)，驅(qū)動(dòng)功率管進(jìn)行開(kāi)通和關(guān)斷，使步進(jìn)電動(dòng)機(jī)按照規(guī)定的軌跡和速度運(yùn)行。軟件部分由上位機(jī)軟件和下位機(jī)軟件共同組成。上位機(jī)軟件用Visual Basic編制，界面友好，下位機(jī)軟件用單片機(jī)匯編語(yǔ)言編制。上位機(jī)輸入的指令經(jīng)編譯生成相應(yīng)的目標(biāo)代碼并通過(guò)計(jì)算機(jī)串口發(fā)送到下位機(jī)中。下位機(jī)的功能：一是接收來(lái)自上位機(jī)的數(shù)據(jù)和命令；二是根據(jù)上位機(jī)發(fā)送的命令執(zhí)行相應(yīng)的動(dòng)作；三是向上位機(jī)發(fā)送有關(guān)提示信息。 該控制系統(tǒng)在設(shè)計(jì)方面具有如下特點(diǎn)： 1.采用內(nèi)部時(shí)鐘方式產(chǎn)生步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)脈沖，而沒(méi)有采用高速脈沖發(fā)生器等外部方式，用軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)，從而降低硬件成本。 2.硬件設(shè)計(jì)方面，盡可能地選擇了標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化的電路，從而提高了設(shè)計(jì)的成功率和結(jié)構(gòu)的靈活性。 3.盡可能選用了功能強(qiáng)、集成度高、通用性好、市場(chǎng)貨源充足的電路或芯片。 控制器硬件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低廉，控制可靠，功能強(qiáng)大，使用方便，因而具有十分廣闊的應(yīng)用前景。
標(biāo)簽： 醫(yī)療器械 二維 運(yùn)動(dòng)控制
上傳時(shí)間： 2013-05-16
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人臉檢測(cè)和定位是在圖像中進(jìn)行人臉檢測(cè),以及確定圖像中人臉的位置、大小、個(gè)數(shù)等信息,最初作為自動(dòng)人臉識(shí)別系統(tǒng)的定位環(huán)節(jié)被提出,近年來(lái)由于其在安全訪問(wèn)、智能監(jiān)測(cè)、虛擬現(xiàn)實(shí)、基于內(nèi)容的檢索和新一代人機(jī)界面等領(lǐng)域的應(yīng)用需求,作為一個(gè)獨(dú)立的課題也備受研究者的重視。 論文針對(duì)人臉檢測(cè)定位和識(shí)別技術(shù)在智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)的特殊應(yīng)用,進(jìn)行人臉檢測(cè)和定位算法研究,并將這些算法通過(guò)DSP進(jìn)行實(shí)現(xiàn)。論文工作如下： 1.本文針對(duì)人臉檢測(cè)和定位問(wèn)題,提出了基于YUV色彩空間的膚色檢測(cè)的改進(jìn)算法,通過(guò)在YUV空間對(duì)人臉膚色的聚類分析,建立了YUV膚色模型。仿真結(jié)果表明,該模型可以有效地檢測(cè)到圖像中的膚色區(qū)域,為人臉的粗定位奠定了基礎(chǔ)。 2.針對(duì)圖像中膚色不一定是人臉的問(wèn)題,在人臉檢測(cè)時(shí),利用膚色確定候選區(qū)域,再利用一些規(guī)則對(duì)人臉候選區(qū)域進(jìn)行判別或合并。針對(duì)圖像只中存在一個(gè)人臉的情況,采用改進(jìn)的坐標(biāo)軸投影方法進(jìn)行單個(gè)人臉的檢測(cè)定位；針對(duì)圖像中存在多個(gè)人臉的情況,利用改進(jìn)的區(qū)域標(biāo)定算法進(jìn)行多個(gè)人臉的檢測(cè)定位,使得算法能夠完成單人臉檢測(cè)和多人臉的檢測(cè)定位,仿真結(jié)果表明了算法的有效性。 3.論文提出了通過(guò)DSP圖像處理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)以上算法的過(guò)程,首先在MATLAB環(huán)境研究算法,然后進(jìn)行算法的DSP移植,采用了有利于DSP處理的圖像存儲(chǔ)格式和算法結(jié)構(gòu),改善了算法的實(shí)時(shí)性。實(shí)際測(cè)試結(jié)果表明了算法在DSP上實(shí)現(xiàn)的正確性和可行性。 基于DSP的人臉檢測(cè)和定位算法的實(shí)現(xiàn),對(duì)監(jiān)控系統(tǒng)的智能化發(fā)展具有重要的實(shí)際意義。
上傳時(shí)間： 2013-05-22
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貴州電解鋁廠供電四車間廠房?jī)?nèi)變壓器、整流柜、電容等設(shè)備種類繁多,同系列設(shè)備安放距離跨度較大.這些電力電子器件長(zhǎng)期運(yùn)行導(dǎo)致系統(tǒng)內(nèi)部某些連接點(diǎn)絕緣介質(zhì)老化,甚至脫落.這種現(xiàn)象單憑肉眼很難觀察,該廠對(duì)此問(wèn)題的解決方法為:技術(shù)工人攜帶小型紅外探測(cè)儀定期采集上述器件的某些連接點(diǎn),從紅外圖像數(shù)據(jù)得出溫度數(shù)據(jù)以此判斷器件工作是否處于良好狀態(tài).由于人為因素,工人不一定能全部獲取所有連接點(diǎn)數(shù)據(jù).可見(jiàn),此方法費(fèi)時(shí)費(fèi)力,還存在隱患. 針對(duì)現(xiàn)行探測(cè)方法存在的弊端,依托"中鋁貴州分公司電解鋁廠整流所安全運(yùn)行監(jiān)控系統(tǒng)開(kāi)發(fā)"項(xiàng)目,利用一臺(tái)直線行走的智能小車停靠在已選擇的定位點(diǎn)處監(jiān)測(cè)車間的電器設(shè)備,因此這就涉及到了監(jiān)控小車的精準(zhǔn)定位問(wèn)題.本文以卞位機(jī)智能監(jiān)控小車為研究對(duì)象,采用模糊PID控制技術(shù)對(duì)PLC發(fā)出的脈沖頻率進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié),依據(jù)脈沖頻率誤差E和誤差變化率EC的變化對(duì)PID控制的參數(shù)進(jìn)行自整定,實(shí)現(xiàn)對(duì)小車速度的模糊控制,從而實(shí)現(xiàn)了小車的精準(zhǔn)定位,為上位機(jī)的監(jiān)控工作做好了準(zhǔn)備. 論文第一章介紹了電解鋁廠供電車間的供電情況,分析了小車定位精準(zhǔn)的重要性,介紹了本文的研究?jī)?nèi)容.第二章對(duì)小車主要結(jié)構(gòu)的硬件設(shè)計(jì)作了介紹.第三章論述了小車的運(yùn)動(dòng)控制,從分析步進(jìn)電機(jī)的矩頻特性和數(shù)學(xué)模型入手,介紹了小車的啟停控制和運(yùn)動(dòng)中的測(cè)速.第四章論述了小車的精準(zhǔn)定位方法,介紹了模糊PID控制器設(shè)計(jì),重點(diǎn)介紹了模糊PID控制算法的程序設(shè)計(jì).第五章列舉了實(shí)際運(yùn)行調(diào)試中出現(xiàn)的幾種問(wèn)題,介紹了相應(yīng)的控制方法加以克服.第六章對(duì)論文進(jìn)行了總結(jié).
標(biāo)簽： 直線 智能監(jiān)控 定位
上傳時(shí)間： 2013-04-24
上傳用戶：kirivir
隨著電子技術(shù)的快速發(fā)展，各種電子設(shè)備對(duì)時(shí)間精度的要求日益提升。在衛(wèi)星發(fā)射、導(dǎo)航、導(dǎo)彈控制、潛艇定位、各種觀測(cè)、通信等方面，時(shí)鐘同步技術(shù)都發(fā)揮著極其重要的作用，得到了廣泛的推廣。對(duì)于分布式采集系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，中心主站需要對(duì)來(lái)自于不同采集設(shè)備的采集數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總和分析，得到各個(gè)采集點(diǎn)對(duì)同一事件的采集時(shí)間差異，通過(guò)對(duì)該時(shí)間差異的分析，最終做出對(duì)事件的準(zhǔn)確判斷。如果分布式采集系統(tǒng)中的各個(gè)采集設(shè)備不具有統(tǒng)一的時(shí)鐘基準(zhǔn)，那么得到的各個(gè)采集時(shí)間差異就不能反映出實(shí)際情況，中心主站也無(wú)法準(zhǔn)確地對(duì)事件進(jìn)行分析和判斷，甚至得出錯(cuò)誤的結(jié)論。因此，時(shí)鐘同步是分布式采集系統(tǒng)正常運(yùn)作的必要前提。 目前國(guó)內(nèi)外時(shí)鐘同步領(lǐng)域常用的技術(shù)有GPS授時(shí)技術(shù)，鎖相環(huán)技術(shù)和IRIG-B 碼等。GPS授時(shí)技術(shù)雖然精度高，抗干擾性強(qiáng)，但是由于需要專用的GPS接收機(jī)，若單純使用GPS 授時(shí)技術(shù)做時(shí)鐘同步，就需要在每個(gè)采集點(diǎn)安裝接收機(jī)，成本較高。鎖相環(huán)是一種讓輸出信號(hào)在頻率和相位上與輸入?yún)⒖夹盘?hào)同步的技術(shù)，輸出信號(hào)的時(shí)鐘準(zhǔn)確度和穩(wěn)定性直接依賴于輸入?yún)⒖夹盘?hào)。IRIG-B 碼是一種信息量大，適合傳輸?shù)臅r(shí)間碼，但是由于其時(shí)間精度低，不適合應(yīng)用于高精度時(shí)鐘同步的系統(tǒng)。基于上述分析，本文結(jié)合這三種常用技術(shù)，提出了一種基于FPGA的分布式采集系統(tǒng)時(shí)鐘同步控制技術(shù)。該技術(shù)既保留了GPS 授時(shí)的高精確度和高穩(wěn)定性，又具備IRIG-B時(shí)間碼易傳輸和低成本的特性，為分布式采集系統(tǒng)中的時(shí)鐘同步提供了一種新的解決方案。 本文中的設(shè)計(jì)采用了Ublox公司的精確授時(shí)GPS芯片LEA-5T，通過(guò)對(duì)GPS芯片串行時(shí)間信息解碼，獲得準(zhǔn)確的UTC時(shí)間，并實(shí)現(xiàn)了分布式采集系統(tǒng)中各個(gè)采集設(shè)備的精確時(shí)間打碼。為了能夠使整個(gè)分布式采集系統(tǒng)具有統(tǒng)一的高精度數(shù)據(jù)采集時(shí)鐘，本論文采用了數(shù)模混合的鎖相環(huán)技術(shù)，將GPS 接收芯片輸出的高精度秒信號(hào)作為參考基準(zhǔn)，生成了與秒信號(hào)高精度同步的100MHZ 高頻時(shí)鐘。本文在FPGA 中完成了IRIG-B 碼的編碼部分，將B 碼的準(zhǔn)時(shí)標(biāo)志與GPS 秒信號(hào)同步，提高了IRIG-B 碼的時(shí)間精度。在分布式采集系統(tǒng)中，IRIG-B時(shí)間碼能直接通過(guò)串口或光纖將各個(gè)采集點(diǎn)時(shí)間與UTC時(shí)間統(tǒng)一，節(jié)約了各點(diǎn)布設(shè)GPS 接收機(jī)的高昂成本。最后，通過(guò)PC104總線對(duì)時(shí)鐘同步控制卡進(jìn)行了數(shù)據(jù)讀取和測(cè)試，通過(guò)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析，提出了改進(jìn)方案。實(shí)驗(yàn)表明，改進(jìn)后的時(shí)鐘同步控制方案具有很高的時(shí)鐘同步精度，對(duì)時(shí)鐘同步技術(shù)有著重大的推進(jìn)意義！
上傳時(shí)間： 2013-08-05
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衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)可以為公路、鐵路、空中和海上的交通運(yùn)輸工具提供導(dǎo)航定位服務(wù)。它能夠軍民兩用，戰(zhàn)略作用與商業(yè)利益并舉。只要持有便攜式接收機(jī)，則無(wú)論身處陸地、海上還是空中，都能收到衛(wèi)星發(fā)出的特定信號(hào)。接收機(jī)選取至少四顆衛(wèi)星發(fā)出的信號(hào)進(jìn)行分析，就能確定接收機(jī)持有者的位置。 GPS導(dǎo)航定位接收機(jī)的理論基礎(chǔ)即是擴(kuò)頻通信理論，擴(kuò)頻通信技術(shù)與常規(guī)的通信技術(shù)相比，具有低截獲率，強(qiáng)抗噪聲，抗干擾性，具有信息隱蔽和多址通信等特點(diǎn)，目前己從軍事領(lǐng)域向民用領(lǐng)域迅速發(fā)展，成為進(jìn)入信息時(shí)代的高新技術(shù)通信傳輸方式之一。擴(kuò)頻通信技術(shù)中，最常見(jiàn)的是直接序列擴(kuò)頻通信(DSSS)系統(tǒng)，本文所研究的就是這一類系統(tǒng)。 目前在衛(wèi)星信號(hào)的捕獲上一般使用兩種方法：順序捕獲方法(時(shí)域法，基于大規(guī)模并行相關(guān)器)和并行捕獲方法(頻域法，基于FFT)。本文在第二章分別分析了現(xiàn)有順序捕獲和并行捕獲技術(shù)的原理，并給出了它們的優(yōu)缺點(diǎn)。 本文第三章對(duì)長(zhǎng)碼的直接捕獲進(jìn)行了深入的研究，基于對(duì)國(guó)內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn)中長(zhǎng)碼直捕方法的分析與對(duì)比，并且結(jié)合在實(shí)際過(guò)程中硬件資源需求的考慮，應(yīng)用了基于分段補(bǔ)零循環(huán)相關(guān)和FFT搜索頻偏的直捕方法。此方法大大減少了計(jì)算量，加快了信號(hào)捕獲的速度。本方法利用FFT實(shí)現(xiàn)接收信號(hào)與本地長(zhǎng)碼的并行相關(guān)，同時(shí)完成頻偏的搜索，將傳統(tǒng)的二維搜索轉(zhuǎn)換為并行的一維搜索，從而能快速實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)碼捕獲。 GPS信號(hào)十分微弱，靈敏度低，在戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境下，GPS接收機(jī)會(huì)面臨各種人為的干擾。如何從復(fù)雜的干擾信號(hào)中實(shí)現(xiàn)對(duì)GPS信號(hào)的捕獲，即抗干擾技術(shù)的研究，是GPS也是本文研究一個(gè)的方面。第四章即研究了GPS接收機(jī)干擾抑制算法，在強(qiáng)干擾環(huán)境下，需要借助信號(hào)處理技術(shù)在不增加信號(hào)帶寬的條件下提高系統(tǒng)的抗干擾能力，以保證后續(xù)捕獲跟蹤模塊有充足的處理增益。 本文在第五章給出了GPS接收機(jī)長(zhǎng)碼捕獲以及干擾抑制的FPGA實(shí)現(xiàn)方案，并對(duì)各主要子模塊進(jìn)行了詳細(xì)地分析。基本型接收機(jī)中長(zhǎng)碼捕獲采用頻域方法，選用Altera StratixⅡ EP2S180芯片實(shí)現(xiàn)；抗干擾型接收機(jī)中選用Xilinx xc4vlx100芯片。實(shí)現(xiàn)了各模塊的單獨(dú)測(cè)試和整個(gè)系統(tǒng)的聯(lián)調(diào)，通過(guò)聯(lián)調(diào)驗(yàn)證，本文提出的長(zhǎng)碼直接捕獲方法正確、可行。 本文提出的長(zhǎng)碼直捕方法可以在不需要C/A碼輔助捕獲下完成對(duì)長(zhǎng)碼的直接捕獲，可以應(yīng)用于GPS接收機(jī)，監(jiān)測(cè)站接收機(jī)的同步等，對(duì)我國(guó)自主研發(fā)導(dǎo)航定位接收機(jī)也有重大的現(xiàn)實(shí)及經(jīng)濟(jì)意義。
標(biāo)簽： FPGA 衛(wèi)星導(dǎo)航 接收機(jī)
上傳時(shí)間： 2013-06-18
上傳用戶：wang5829
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(hào)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(hào)，導(dǎo)致無(wú)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(duì)于降低事態(tài)損失和營(yíng)救受傷者是極為重要的。歐美和日本等發(fā)達(dá)國(guó)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(hào)的處理。 本課題的主要研究?jī)?nèi)容是針對(duì)GPS微弱信號(hào)改進(jìn)處理方法。針對(duì)傳統(tǒng)GPS接收機(jī)信號(hào)捕獲中的串行搜索方法提出了基于批處理的微弱信號(hào)捕獲方法,來(lái)提高低信噪比情況下微弱信號(hào)的捕獲能力，實(shí)現(xiàn)快速高靈敏度的準(zhǔn)確捕獲；針對(duì)捕獲微弱信號(hào)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(duì)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(hào)跟蹤丟失概率，來(lái)提高惡劣環(huán)境下低信噪比信號(hào)的跟蹤能力，實(shí)現(xiàn)微弱信號(hào)的連續(xù)可靠跟蹤。通過(guò)提高GPS微弱信號(hào)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(hào)微弱時(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)較好的定位與導(dǎo)航。 通過(guò)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(hào)，分別對(duì)提出的針對(duì)微弱信號(hào)的捕獲與跟蹤算法進(jìn)行仿真比較驗(yàn)證，結(jié)果表明，對(duì)接收機(jī)后端信號(hào)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(hào)，并且具有較高的靈敏度和精度。文章同時(shí)針對(duì)提出的數(shù)據(jù)處理特征使用FPGA技術(shù)對(duì)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(jí)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(guò)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(hào)跟蹤算法，可以有效地解決微弱GPS信號(hào)處理的難題，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)微弱信號(hào)環(huán)境下的定位與導(dǎo)航。
標(biāo)簽： FPGA GPS 信號(hào)實(shí)時(shí)處理
上傳時(shí)間： 2013-05-31
上傳用戶：cccole0605
互聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)通信、星基導(dǎo)航是21世紀(jì)信息社會(huì)的三大支柱產(chǎn)業(yè)，而GPS系統(tǒng)的技術(shù)水平和發(fā)展歷程代表著全世界衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的發(fā)展?fàn)顩r。目前，我國(guó)已經(jīng)成為GPS的使用大國(guó)，衛(wèi)星導(dǎo)航產(chǎn)業(yè)鏈也已基本形成。然而，我們對(duì)GPS核心技術(shù)的研究還不夠深入，我國(guó)GPS產(chǎn)品的核心部分多數(shù)還是靠進(jìn)口。 GPS接收機(jī)工作時(shí)，為了將本地信號(hào)和接收到的信號(hào)同步，要完成復(fù)雜的信號(hào)處理過(guò)程。其中，如何捕獲衛(wèi)星信號(hào)并保持對(duì)信號(hào)的跟蹤是最重要的核心技術(shù)。很多研究者提出了多種解決方法，但這些方法多數(shù)都只停留在理論階段，無(wú)法應(yīng)用于GPS接收機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)處理。 本課題在分析了多種現(xiàn)有算法的基礎(chǔ)上，研究設(shè)計(jì)了基于FPGA的GPS信號(hào)捕獲與跟蹤系統(tǒng)。在研究過(guò)程中，首先利用Nemerix公司的GPS芯片組設(shè)計(jì)制作了GPS接收機(jī)模塊，它能正常穩(wěn)定地工作，并可用作GPS基帶信號(hào)處理的研究平臺(tái)；該平臺(tái)可實(shí)時(shí)地輸出GPS數(shù)字中頻信號(hào)；本課題在中頻信號(hào)的基礎(chǔ)上深入研究了GPS信號(hào)的捕獲與跟蹤技術(shù)。先詳細(xì)分析比較了幾種GPS信號(hào)捕獲方法，給出了步進(jìn)相關(guān)的捕獲方案；接著分析了跟蹤環(huán)路的特點(diǎn)，給出了鎖頻環(huán)和鎖相環(huán)交替工作跟蹤載波以及載波輔助偽碼的跟蹤方案，并最終實(shí)現(xiàn)了這些方案。 本課題設(shè)計(jì)的GPS信號(hào)捕獲與跟蹤處理系統(tǒng)是通過(guò)硬件和軟件協(xié)同工作的方式實(shí)現(xiàn)的。硬件電路主要實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)速率高、邏輯簡(jiǎn)單的相關(guān)器功能；而基于MicroBlaze軟處理器的軟件主要實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)速率低、邏輯復(fù)雜的功能。本文給出了硬件電路的詳細(xì)設(shè)計(jì)、仿真結(jié)果以及軟件設(shè)計(jì)的詳細(xì)流程。 本課題最終在FPGA上實(shí)現(xiàn)了GPS信號(hào)的捕獲與跟蹤功能，而且系統(tǒng)的性能良好。由此可以得出結(jié)論：本設(shè)計(jì)能夠滿足系統(tǒng)功能和性能的要求，可以直接用于實(shí)時(shí)GPS接收機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，為自主設(shè)計(jì)GPS接收機(jī)奠定了基礎(chǔ)。 本課題的研究得到了大連市信息產(chǎn)業(yè)局集成電路設(shè)計(jì)專項(xiàng)的資助，項(xiàng)目名稱是“定位與通信集成功能的SOC設(shè)計(jì)”，研究成果將在2008年上半年投入試用。
上傳時(shí)間： 2013-04-24
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