雷達截獲接收機、反輻射導彈等電子設備的使用對軍用雷達的生存構成了嚴重威脅。因此,雷達必須避免被敵方電子設備截獲和干擾。這種形式下噪聲雷達應運而生,其中一種很成熟的便是噪聲調頻雷達。上世紀八十年代,我們課題組成功研制了噪聲調頻雷達原理樣機。雖然該雷達具有十分優(yōu)異的LPI性能,但是限于當時的電子技術水平,該雷達采用模擬器件實現(xiàn),使得雷達的體積較大、工作穩(wěn)定性受外界環(huán)境影響大,在小型化、高精度的應用領域受到諸多限制。FPGA是上世紀八十年代發(fā)展起來的數(shù)字技術,具有體積小、精度高、穩(wěn)定性好和速度快等特點。 本文在噪聲雷達課題組研究的基礎上,設計實現(xiàn)噪聲調頻雷達信號處理系統(tǒng)。內容安排如下:第一章介紹噪聲雷達的研究背景和發(fā)展前景;第二章介紹噪聲調頻雷達的原理,證明混頻器輸出信號各態(tài)歷經(jīng)性;第三章介紹FPGA開發(fā)軟硬件環(huán)境;第四章詳細闡述基于FPGA技術的噪聲調頻雷達信號處理系統(tǒng)設計和系統(tǒng)中關鍵模塊的設計實現(xiàn);第五章對設計的FPGA信號處理系統(tǒng)進行仿真和驗證。最后,第六章對全文進行總結,指出了設計中的不足和須改進的地方。
上傳時間: 2013-05-21
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隨著圖像處理技術和投影技術的不斷發(fā)展,人們對高沉浸感的虛擬現(xiàn)實場景提出了更高的要求,這種虛擬顯示的場景往往由多通道的投影儀器同時在屏幕上投影出多幅高清晰的圖像,再把這些單獨的圖像拼接在一起組成一幅大場景的圖像。而為了給人以逼真的效果,投影的屏幕往往被設計為柱面屏幕,甚至是球面屏幕。當圖像投影在柱面屏幕的時候就會發(fā)生幾何形狀的變化,而避免這種幾何變形的就是圖像拼接過程中的幾何校正和邊緣融合技術。 一個大場景可視化系統(tǒng)由投影機、投影屏幕、圖像融合機等主要模塊組成。在虛擬現(xiàn)實應用系統(tǒng)中,要實現(xiàn)高臨感的多屏幕無縫拼接以及曲面組合顯示,顯示系統(tǒng)還需要運用幾何數(shù)字變形及邊緣融合等圖像處理技術,實現(xiàn)諸如在平面、柱面、球面等投影顯示面上顯示圖像。而關鍵設備在于圖像融合機,它實時采集圖形服務器,或者PC的圖像信號,通過圖像處理模塊對圖像信息進行幾何校正和邊緣融合,在處理完成后再送到顯示設備。 本課題提出了一種基于FPGA技術的圖像處理系統(tǒng)。該系統(tǒng)實現(xiàn)圖像數(shù)據(jù)的AiD采集、圖像數(shù)據(jù)在SRAM以及SDRAM中的存取、圖像在FPGA內部的DSP運算以及圖像數(shù)據(jù)的D/A輸出。系統(tǒng)設計的核心部分在于系統(tǒng)的控制以及數(shù)字信號的處理。本課題采用XilinxVirtex4系列FPGA作為主處理芯片,并利用VerilogHDL硬件描述語言在FPGA內部設計了A/D模塊、D/A模塊、SRAM、SDRAM以及ARM處理器的控制器邏輯。 本課題在FPGA圖像處理系統(tǒng)中設計了一個ARM處理器模塊,用于上電時對系統(tǒng)在圖像變化處理時所需參數(shù)進行傳遞,并能實時從上位機更新參數(shù)。該設計在提高了系統(tǒng)性能的同時也便于系統(tǒng)擴展。 本文首先介紹了圖像處理過程中的幾何變化和圖像融合的算法,接著提出了系統(tǒng)的設計方案及模塊劃分,然后圍繞FPGA的設計介紹了SDRAM控制器的設計方法,最后介紹了ARM處理器的接口及外圍電路的設計。
上傳時間: 2013-04-24
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根據(jù)交通部公布的數(shù)據(jù),交通事故呈逐年上升趨勢,交通事故不僅給公民的財產(chǎn)造成了損失,而且給公民的人身安全也會造成威脅。因此如何更好地避免交通事故成為一個焦點課題,汽車安全系統(tǒng)更是成為汽車生產(chǎn)商和研究機構的研究熱點。 當前汽車安全系統(tǒng)有兩大種類:一是被動式安全系統(tǒng)。例如:安全帶,安全氣囊等。二是主動式安全系統(tǒng)。主動安全系統(tǒng)又分為主動被動式和主動自動式。前者有ABS等。后者有汽車自動防撞系統(tǒng)和倒車雷達等。 本文采用激光測距系統(tǒng),開發(fā)一種汽車在高速公路上行駛的主動式防撞系統(tǒng),本文的重點是開發(fā)測距預警系統(tǒng),采用專門的激光測距芯片和接收芯片,并采用FPGA(Filed Programmable Gate Array)作為主控芯片,對前車進行有效的監(jiān)控,根據(jù)檢測得到的數(shù)據(jù),實時提出建議和報警,提醒駕駛員減速或者采取制動措施,從而達到預防追尾碰撞的目的。本文工作主要有以下幾個方面: 1) 在比較分析激光、雷達和毫米波等測距方法的基礎上,根據(jù)市場需求及潛在用戶分析,確定采用激光脈沖測距方式。針對激光脈沖測距存在的技術難題,提出以FPGA作為系統(tǒng)核心控制模塊的測距系統(tǒng)設計方案。 2) 根據(jù)對車載動態(tài)測距系統(tǒng)測量精度、測量頻率和測量范圍的基本要求,結合脈沖激光測距的特點,提出采用多頭脈沖激光測距和多周期脈沖測量的技術方案。該方案可有效提高系統(tǒng)測距精度和測量范圍,降低系統(tǒng)成本。 3) 基于上述方案,完成了基于FPGA的多頭脈沖激光測距系統(tǒng)的各功能模塊的詳細設計、功能仿真、綜合優(yōu)化及板級測試實驗。實驗表明,各主要功能模塊基本達到預期設計要求,為測距系統(tǒng)的后期開發(fā)奠定了基礎。 4) 完成了激光測距傳感器外圍光電轉換電路、電源轉換電路及通訊接口的設計、制作、安裝及實驗室調試。 5) 最后對論文研究工作進行了總結,提出了系統(tǒng)的不足之處和進一步研究工作的方向。
標簽: FPGA 激光測距系統(tǒng)
上傳時間: 2013-05-24
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隨著數(shù)字時代的到來,信息化程度的不斷提高,人們相互之間的信息和數(shù)據(jù)交換日益增加。正交幅度調制器(QAM Modulator)作為一種高頻譜利用率的數(shù)字調制方式,在數(shù)字電視廣播、固定寬帶無線接入、衛(wèi)星通信、數(shù)字微波傳輸?shù)葘拵ㄐ蓬I域得到了廣泛應用。 近年來,集成電路和數(shù)字通信技術飛速發(fā)展,F(xiàn)PGA作為集成度高、使用方便、代碼可移植性等優(yōu)點的通用邏輯開發(fā)芯片,在電子設計行業(yè)深受歡迎,市場占有率不斷攀升。本文研究基于FPGA與AD9857實現(xiàn)四路QAM調制的全過程。FPGA實現(xiàn)信源處理、信道編碼輸出四路基帶I/Q信號,AD9857實現(xiàn)對四路I/Q信號的調制,輸出中頻信號。本文具體內容總結如下: 1.介紹國內數(shù)字電視發(fā)展狀況、國內國際的數(shù)字電視標準,并詳細介紹國內有線電視的系統(tǒng)組成及QAM調制器的發(fā)展過程。 2.研究了QAM調制原理,其中包括信源編碼、TS流標準格式轉換、信道編碼的原理及AD9857的工作原理等。并著重研究了信道編碼過程,包括能量擴散、RS編碼、數(shù)據(jù)交織、星座映射與差分編碼等。 3.深入研究了基于FPAG與AD9857電路設計,其中包括詳細研究了FPGA與AD9857的電路設計、在allegro下的PCB設計及光繪文件的制作,并做成成品。 4.簡單介紹了FPGA的開發(fā)流程。 5.深入研究了基于FPAG代碼開發(fā),其中主要包括I2C接口實現(xiàn),ASI到SPI的轉換,信道編碼中的TS流包處理、能量擴散、RS編碼、數(shù)據(jù)交織、星座映射與差分編碼的實現(xiàn)及AD9857的FPGA控制使其實現(xiàn)四路QAM的調制。 6.介紹代碼測試、電路測試及系統(tǒng)指標測試。 最終系統(tǒng)指標測試表明基于FPGA與AD9857的四路DVB-C調制器基本達到了國標的要求。
上傳時間: 2013-04-24
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隨著3G網(wǎng)絡建設的展開,移動用戶數(shù)量逐漸增加,用戶和運營商對網(wǎng)絡的質量和覆蓋要求也越來越高。而在實際工作中,基站成本在網(wǎng)絡投資中占有很大比例,并且基站選址是建網(wǎng)的主要難題之一。同基站相比,直放站以其性價比高、建設周期短等優(yōu)點在我國移動網(wǎng)絡上有著大量的應用。目前,直放站已成為提高運營商網(wǎng)絡質量、解決網(wǎng)絡盲區(qū)或弱區(qū)問題、增強網(wǎng)絡覆蓋的主要手段之一。但由于傳統(tǒng)的模擬直放站受周邊環(huán)境因素影響較大、抗干擾能力較差、傳輸距離受限、功放效率低,同時設備間沒有統(tǒng)一的協(xié)議規(guī)范,無法滿足系統(tǒng)廠商與直放站廠商的兼容,所以移動通信市場迫切需要通過數(shù)字化來解決這些問題。 本文正是以設計新型數(shù)字化直放站為目標,以實現(xiàn)數(shù)字中頻系統(tǒng)為研究重心,圍繞數(shù)字中頻的相關技術而展開研究。 文章介紹了數(shù)字直放站的研究背景和國內外的研究現(xiàn)狀,闡述了數(shù)字直放站系統(tǒng)的設計思想及總體實現(xiàn)框圖,并對數(shù)字直放站數(shù)字中頻部分進行了詳細的模塊劃分。針對其中的數(shù)字上下變頻模塊設計所涉及到的相關技術作詳細介紹,涉及到的理論主要有信號采樣理論、整數(shù)倍內插和抽取理論等,在理論基礎上闡述了一些具體模塊的高效實現(xiàn)方案,最終利用FPGA實現(xiàn)了數(shù)字變頻模塊的設計。 在數(shù)字直放站系統(tǒng)中,降低峰均比是提高功放工作效率的關鍵技術之一。本文首先概述了降低峰均比的三類算法,然后針對目前常用的幾種算法進行了仿真分析,最后在綜合考慮降低峰均比效果與實現(xiàn)復雜度的基礎上,提出了改進的二次限幅算法。通過仿真驗證算法的有效性后,針對其中的噪聲整形濾波器提出了“先分解,再合成”的架構實現(xiàn)方式,并指出其中間級窄帶濾波器采用內插級聯(lián)的方式實現(xiàn),最后整個算法在FPGA上實現(xiàn)。 在軟件無線電思想的指導下,本文利用系統(tǒng)級的設計方法完成了WCDMA數(shù)字直放站中頻系統(tǒng)設計。遵照3GPP等相關標準,完成了系統(tǒng)的仿真測試和實物測試。最后得出結論:該系統(tǒng)實現(xiàn)了WCDMA數(shù)字直放站數(shù)字中頻的基本功能,并可保證在現(xiàn)有硬件不變的基礎上實現(xiàn)不同載波間平滑過渡、不同制式間輕松升級。
上傳時間: 2013-07-07
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伴隨著多媒體顯示和傳輸技術的發(fā)展,人們獲得了越來越高的視聽享受。從傳統(tǒng)的模擬電視,到標清、高清、全高清。與顯示技術發(fā)展結伴而行的是顯示接口技術的發(fā)展,從模擬的AV端子,S-Video和VGA接口,到數(shù)字顯示的DVI接口,技術上經(jīng)歷了一個從模擬到數(shù)字,從并行到串行,從低速到高速的發(fā)展過程。 HDMI是最新的高清晰度多媒體接口,它的規(guī)范由Silicon Image等七家公司提出,具有帶寬大,尺寸小,傳輸距離長和支持正版保護等功能,符合當今技術的發(fā)展潮流,一經(jīng)推出,就獲得了巨大的成功。成為平板顯示器、高清電視等設備的標準接口之一,并獲得了越來越廣泛的應用。 從上世紀80年代XILINX發(fā)明第一款FPGA芯片以來,FPGA就以其體系結構和邏輯單元靈活,運算速度快,編程方便等優(yōu)點廣泛應用與IC設計、系統(tǒng)控制、視頻處理、通信系統(tǒng)、航空航天等諸多方面。 本文利用ALTERA的一款高端FPGA芯片EP2S180F1508C3為核心,配合Silicon Image的專用HDMI接收芯片搭建了一個HDMI的接收顯示平臺。針對HDMI帶寬寬,數(shù)據(jù)量大的特點,使用了新型的DDR2 SDRAM作為視頻信號的輸入和輸出緩沖。在硬件板級設計上,針對HDMI和DDR2的相關高速電路,采用了一系列的高速電路設計方法,有效的避免了信號的反射,串擾等不良現(xiàn)象。同時在對HDMI規(guī)范和DDR2 SDRAM時序規(guī)范的深入研究的基礎上,在ALTERA的開發(fā)平臺QUARTUSII上編寫了系統(tǒng)的頂層模塊和相關各功能子模塊,并仿真通過。 論文的主要工作和創(chuàng)新點表現(xiàn)在以下幾個方面: 1、論文研究了最新的HDMI接口規(guī)范和新型存儲器件DDR2的時序規(guī)范。 2、論文搭建的整個系統(tǒng)相當龐大,涉及到相關的規(guī)范、多種芯片的資料、各種工具軟件的使用、原理圖的繪制和PCB板的布局布線,直至后期的編程仿真,花費了作者大量的時間和精力。 3、論文首次使用FPGA來處理HDMI信號且直接驅動顯示器件,區(qū)別于-般的ASIC方案。 4、論文對高速電路特別是的DDR2布局布線,采用了一系列的專門措施,具有一定的借鑒價值。
標簽: FPGA HDMI 顯示系統(tǒng)
上傳時間: 2013-07-28
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視頻監(jiān)控一直是人們關注的應用技術熱點之一,它以其直觀、方便、信息內容豐富而被廣泛用于在電視臺、銀行、商場等場合。在視頻圖像監(jiān)控系統(tǒng)中,經(jīng)常需要對多路視頻信號進行實時監(jiān)控,如果每一路視頻信號都占用一個監(jiān)視器屏幕,則會大大增加系統(tǒng)成本。視頻圖像畫面分割器主要功能是完成多路視頻信號合成一路在監(jiān)視器顯示,是視頻監(jiān)控系統(tǒng)的核心部分。 傳統(tǒng)的基于分立數(shù)字邏輯電路甚至DSP芯片設計的畫面分割器的體積較大且成本較高。為此,本文介紹了一種基于FPGA技術的視頻圖像畫面分割器的設計與實現(xiàn)。 本文對視頻圖像畫面分割技術進行了分析,完成了基于ITU-RBT.656視頻數(shù)據(jù)格式的畫面分割方法設計;系統(tǒng)采用Xilinx公司的FPGA作為核心控制器,設計了視頻圖像畫面分割器的硬件電路,該電路在FPGA中,將數(shù)字電路集成在一起,電路結構簡潔,具有較好的穩(wěn)定性和靈活性;在硬件電路平臺基礎上,以四路視頻圖像分割為例,完成了I2C總線接口模塊,異步FIFO模塊,有效視頻圖像數(shù)據(jù)提取模塊,圖像存儲控制模塊和圖像合成模塊的設計,首先,由攝像頭采集四路模擬視頻信號,經(jīng)視頻解碼芯片轉換為數(shù)字視頻圖像信號后送入異步FIFO緩沖。然后,根據(jù)畫面分割需要進行視頻圖像數(shù)據(jù)抽取,并將抽取的視頻圖像數(shù)據(jù)按照一定的規(guī)則存儲到圖像存儲器。最后,按照數(shù)字視頻圖像的數(shù)據(jù)格式,將四路視頻圖像合成一路編碼輸出,實現(xiàn)了四路視頻圖像分割的功能。從而驗證了電路設計和分割方法的正確性。 本文通過由FPGA實現(xiàn)多路視頻圖像的采集、存儲和合成等邏輯控制功能,I2C總線對兩片視頻解碼器進行動態(tài)配置等方法,實現(xiàn)四路視頻圖像的輪流采集、存儲和圖像的合成,提高了系統(tǒng)集成度,并可根據(jù)系統(tǒng)需要修改設計和進一步擴展功能,同時提高了系統(tǒng)的靈活性。
上傳時間: 2013-04-24
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LED顯示屏作為一項高新科技產(chǎn)品正引起人們的高度重視,它以其動態(tài)范圍廣,亮度高,壽命長,工作性能穩(wěn)定而日漸成為顯示媒體中的佼佼者,現(xiàn)已廣泛應用于廣告、證券、交通、信息發(fā)布等各方面,且隨著全彩屏顯示技術的日益完善,LED顯示屏有著廣闊的市場前景。 本文主要研究的對象為全彩色LED同步顯示屏控制系統(tǒng),提出了一個系統(tǒng)實現(xiàn)方案,整個系統(tǒng)分三部分組成:DVI解碼電路、發(fā)送系統(tǒng)以及接收系統(tǒng)。DVI解碼模塊用于從顯卡的DVI口獲取視頻源數(shù)據(jù),經(jīng)過T.D.M.S.解碼恢復出可供LED屏顯示的紅、綠、藍共24位像素數(shù)據(jù)和一些控制信號。發(fā)送系統(tǒng)用于將收到的數(shù)據(jù)流進行緩存,經(jīng)處理后發(fā)送至以太網(wǎng)芯片進行以太網(wǎng)傳輸。接收系統(tǒng)接收以太網(wǎng)上傳來的視頻數(shù)據(jù)流,經(jīng)過位分離操作后存入SRAM進行緩存,再串行輸入至LED顯示屏進行掃描顯示。然后,從多方面論述了該方案的可行性,仔細推導了LED顯示屏各技術參數(shù)之間的聯(lián)系及約束關系。 本課題采用可編程邏輯器件來完成系統(tǒng)功能,可編程邏輯器件具有高集成度、高速度、在線可編程等特點,不僅可以滿足高速圖像數(shù)據(jù)處理對速度的要求,而且增加了設計的靈活性,不需修改電路硬件設計,縮短了設計周期,還可以進行在線升級。
上傳時間: 2013-04-24
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人臉識別技術繼指紋識別、虹膜識別以及聲音識別等生物識別技術之后,以其獨特的方便、經(jīng)濟及準確性而越來越受到世人的矚目。作為人臉識別系統(tǒng)的重要環(huán)節(jié)—人臉檢測,隨著研究的深入和應用的擴大,在視頻會議、圖像檢索、出入口控制以及智能人機交互等領域有著重要的應用前景,發(fā)展速度異常迅猛。 FPGA的制造技術不斷發(fā)展,它的功能、應用和可靠性逐漸增加,在各個行業(yè)也顯現(xiàn)出自身的優(yōu)勢。FPGA允許用戶根據(jù)自己的需要來建立自己的模塊,為用戶的升級和改進留下廣闊的空間。并且速度更高,密度也更大,其設計方法的靈活性降低了整個系統(tǒng)的開發(fā)成本,F(xiàn)PGA 設計成為電子自動化設計行業(yè)不可缺少的方法。 本文從人臉檢測算法入手,總結基于FPGA上的嵌入式系統(tǒng)設計方法,使用IBM的Coreconnect掛接自定義模塊技術。經(jīng)過訓練分類器、定點化、以及硬件加速等方法后,能夠使人臉檢測系統(tǒng)在基于Xilinx的Virtex II Pro開發(fā)板上平臺上,達到實時的檢測效果。本文工作和成果可以具體描述如下: 1. 算法分析:對于人臉檢測算法,首先確保的是檢測率的準確性程度。本文所采用的是基于Paul Viola和Michael J.Jones提出的一種基于Adaboost算法的人臉檢測方法。算法中較多的是積分圖的特征值計算,這便于進一步的硬件設計。同時對檢測算法進行耗時分析確定運行速度的瓶頸。 2. 軟硬件功能劃分:這一步考慮市場可以提供的資源狀況,又要考慮系統(tǒng)成本、開發(fā)時間等諸多因素。Xilinx公司提供的Virtex II Pro開發(fā)板,在上面有可以供利用的Power PC處理器、可擴展的存儲器、I/O接口、總線及數(shù)據(jù)通道等,通過分析可以對算法進行細致的劃分,實現(xiàn)需要加速的模塊。 3. 定點化:在Adaboost算法中,需要進行大量的浮點計算。這里采用的方法是直接對數(shù)據(jù)位進行操作它提取指數(shù)和尾數(shù),然后對尾數(shù)執(zhí)行移位操作。 4. 改進檢測用的級聯(lián)分類器的訓練,提出可以迅速提高分類能力、特征數(shù)量大大減小的一種訓練方法。 5. 最后對系統(tǒng)的整體進行了驗證。實驗表明,在視頻輸入輸出接入的同時,人臉檢測能夠達到17fps的檢測速度,并且獲得了很好的檢測率以及較低的誤檢率。
標簽: FPGA 人臉檢測 系統(tǒng)設計
上傳時間: 2013-07-01
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普通GPS接收機在特殊環(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,導致無法正常定位。惡劣條件下的定位有廣闊的發(fā)展和應用前景,特別是在交通事故、火災和地震等極端環(huán)境下,快速準確定位當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)達國家也都制定了相應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接收機定位的關鍵在于GPS微弱信號的處理。 本課題的主要研究內容是針對GPS微弱信號改進處理方法。針對傳統(tǒng)GPS接收機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,實現(xiàn)快速高靈敏度的準確捕獲;針對捕獲微弱信號處理大量數(shù)據(jù)導致的運算量激增,運用雙塊零拓展(Double Block Zero Padding,DBZP)處理方法減少運算量同時縮短捕獲時間。針對傳統(tǒng)GPS接收機延遲鎖相環(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,進而使GPS接收機在惡劣環(huán)境下衛(wèi)星信號微弱時能夠實現(xiàn)較好的定位與導航。 通過擬合GPS接收機實際接收到的原始數(shù)據(jù),構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行仿真比較驗證,結果表明,對接收機后端信號處理部分作出的算法改進使得GPS接收機可以更好的處理微弱信號,并且具有較高的靈敏度和精度。文章同時針對提出的數(shù)據(jù)處理特征使用FPGA技術對算法主要的數(shù)據(jù)處理部分進行了初步的構架實現(xiàn)并進行了板級驗證,結果表明,利用FPGA技術可以較好的實現(xiàn)算法的數(shù)據(jù)處理功能。文章最后給出了結論,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,進而實現(xiàn)微弱信號環(huán)境下的定位與導航。
上傳時間: 2013-05-31
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