隨著電子技術和集成電路技術的飛速發展，數字信號處理已經廣泛地應用于通信、信號處理、生物醫學以及自動控制等領域中。離散傅立葉變換(DFT)及其快速算法FFT作為數字信號處理中的基本變換，有著廣泛的應用。特別是近年來，基于FFT的ODFM技術的興起，進一步推動了對高速FFT處理器的研究。 FFT 算法從出現到現在已有四十多年代歷史，算法理論已經趨于成熟，但是其具體實現方法卻值得研究。面向高速、大容量數據流的FFT實時處理，可以通過數據并行處理或者采用多級流水線結構來實現。特別是流水線結構使得FFT處理器在進行不同點數的FFT計算時可以通過對模塊級數的控制很容易的實現。 本文在分析和比較了各種FFT算法后，選擇了基2和基4混合頻域抽取算法作為FFr處理器的實現算法，并提出了一種高速、處理點數可變的流水線結構FFT處理器的實現方法。利用這種方法實現的FFT處理器成功的應用到DAB接收機中，RTL級仿真結果表明FFT輸出結果與C模型輸出一致，在FPGA環境下仿真波形正確，用Ouaaus Ⅱ軟件綜合的最高工作頻率達到133MHz，滿足了高速處理的設計要求。
上傳時間： 2013-05-29
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擴展頻譜通信技術,它的突出優點是保密性好,抗干擾性強.隨著通信系統與現代計算機軟、硬件技術與微電子技術發展,越來越多的通信系統構建于這種技術之上.在實際擴頻通信系統工程中,用得比較普遍的是直擴方式和跳頻方式,它們的不同在于直擴是采取隱藏的方式對抗干擾,而跳頻采取躲避的方式. 西方國家早在20世紀50年代就開始對跳頻通信進行研究,在上個世紀末的幾次局部戰爭中,跳頻電臺得到了普遍的應用.跳頻通信的發展促進了其對抗技術的發展,目前,世界主要幾個軍事先進的國家,已經研究出高性能的跳頻通信對抗設備,國內這方面的發展相對國外差距比較大. 未來戰爭是科學技術的斗爭,研究跳頻通信對抗勢在必行.基于這種目的,本文研究和設計了跳頻檢測的FPGA實現,利用基于時頻分析的處理方法,完成了跳頻信號檢測的FPGA實現,通過測試,表明系統達到了設計要求,可以滿足實際的需要.主要內容包括: 1.概述了跳頻檢測接收研究的發展動態,闡述了擴展頻譜通信及短時傅立葉變換的原理. 2.分析了基于快速傅立葉變換(FFT)處理跳頻信號,檢測跳頻的可行性,利用FFT檢測頻譜的原理,合理使用頻譜采樣策略,做到了增加頻譜利用率,提高了檢測概率和分析信噪比；利用抽取內插技術完成數據速率的轉換,使其滿足后續信號的處理要求；利用同相和正交的DDC實現結構,完成對跳頻信號的解跳. 3.設計完成了跳頻信號檢測與接收系統的FPGA實現,其主要包括:數據速率變換的實現,FIR低通濾波器的實現,快速傅立葉變換(FFT)的實現,下變頻的實現等.在濾波器的實現中,提出了兩種設計方法:基于常系數乘法器和分布式算法濾波器,分析了上述兩種方法的優缺點,選擇用分布式算法實現設計中的低通濾波器；在快速傅立葉變換實現中,分析了基2和基4的算法結構,并分別實現了基2和基4的算法,滿足了不同場合對處理器的要求.在下變頻的設計中,使用濾波器的多相結構完成抽取的實現,并使用低通濾波器使信號帶寬滿足指標的要求.此外,設計中還包括雙端口RAM的實現,比較模塊的實現、數據緩存模塊和串并轉換模塊的實現. 4.介紹了實現系統的硬件平臺.
上傳時間： 2013-04-24
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GPS全球定位系統是美國國防部為軍事目的而建立的衛星導航系統，其主要目的是解決海上、陸地和空中運載工具的導航定位問題。GPS作為新一代衛星導航系統，不僅具有全球、全天候、連續、高精度導航與定位能力，而且具有優良的抗干擾性和保密性。因此，發展全球定位系統是當今導航技術現代化的一個重要標志。在GPS接收機中，為了得到導航電文并對其進行解算，要完成復雜的信號處理過程。其中，怎樣捕獲到衛星信號，并對C/A碼進行跟蹤是研制GPS接收機的重要問題之一。本文在對GPS信號的結構進行深入的分析后，結合FPGA的特點，對算法進行設計及優化后，給出了相應的仿真。內容主要包括以下幾個方面： 1.對GPS信號結構的產生原理進行了深入地分析，并對GPS信號的調制機理進行詳細地闡述。 2.在GPS信號的捕獲方面，采用了基于FFT頻域的快速捕獲的方法，即將接收到的GPS信號先利用快速傅立葉變換(FFT)變換到頻域，在頻域完成相應的運算后，再利用傅立葉反變換(IFFT)變換到時域。從而大大減少了計算量，加快了信號捕獲的速度，提高了捕獲性能。 3.在C/A碼跟蹤部分，本文采用了非相干延遲鎖定環對C/A碼進行跟蹤。來自載波跟蹤環路的本地載波將輸入的信號變成基帶信號，然后分別和本地碼的三個不同相位序列進行相乘，將相乘結果進行累加，經過處理將得到碼相位和當前的載波頻率送到載波跟蹤環路。 4.載波跟蹤環，本文采用的是科斯塔斯環。載波跟蹤環和碼跟蹤環在結構上相似，故本文只對關鍵的載波NCO進行了仿真。 本文的創新點主要是使用FPGA對整個GPS信號的捕獲及C/A碼的跟蹤進行設計。此外，根據FPGA的特點，在不改變外部硬件設計的前提下，改變相應的IP核或相關的VHDL程序就可對系統進行各種優化設計，以適應不同類型的GPS接收機的不同功能。
上傳時間： 2013-06-27
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基于布里淵散射的分布式光纖傳感器是當前國內外研究的熱點。本文介紹了基于布里淵散射的分布式光纖傳感器的的原理、應用；布里淵時域反射技術(BOTDR)和布里淵時域分析技術(BOTDA)的原理。 受激布里淵散射(SBS)的過程中，入射光和散射光滿足耦合振幅方程組。我們對該方程組采用有限差分法進行數值計算，并用Matlab模擬計算過程，對布里淵散射信號進行分析。 根據布里淵散射信號的特點，我們采用基于Morlet小波變換的DSP信號算法來處理 BOTDR傳感信號。通過對該算法的核心單元——快速傅立葉變換(FFT)的硬件實現，我們在Stratix FPGA上實現了基于Morlet小波變換的DSP算法的硬件電路設計。 最后，在此基礎上，我們對電路功能進行實際的仿真和驗證，并和Matlab得到結果進行比較和分析。
上傳時間： 2013-07-22
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該論文基于NIOS Ⅱ軟核處理器和Altera的FPGA技術，設計了一種便攜式的振動頻譜分析儀，用于旋轉機械的故障監測和診斷。以SOPC技術為手段，將信號采集和信號處理電路通過可編程片上系統來實現，其特點是將對ADC的控制、數字信號的濾波、快速傅立葉變換的設計，通過FPGA芯片集成在一起，以NIOS Ⅱ來完成32位CPU的狀態控制功能。工程機械、汽車車輛中都存在諸如發動機類的旋轉機械，這類設備的異常振動往往會影響正常工作，嚴重時還會出現各種重大事故，該分析儀可以實時地或定期地對發動機、齒輪箱等旋轉機械進行振動頻譜分析和監測，運用于民用機械能產生非常好的經濟效益。 該論文從四個方面進行了研究工作。其一，利用FPGA對ADC芯片的工作進行控制，使其在規定的時間內與DSP模塊進行數據交換，并對ADC各引腳時序進行控制，使兩者協調同步工作，編制了相應的VHDL語言程序。其二，采用SOPC Builder設計開發，實現了基于NIOS Ⅱ的32位CPU軟核，創建了相應的C/C++和匯編的宏代碼，使得軟件可以訪問用戶自定義邏輯。對頂層設計產生的VHDL的RTL代碼和仿真文件進行了綜合、編譯適配以及仿真。其三，配合Matlab和DSP Builder的強大功能進行DSP模塊設計，開發出了FIR和FFT等功能模塊，并且添加到SOPC系統中，使其可以由NIOS Ⅱ很容易的調用。其四，在NIOS Ⅱ系統中添加了uC/OS Ⅱ操作系統，提高了整個系統的穩定性，并且降低了開發難度，提高了系統升級的能力。由于整個設計是基于FPGA開發的，所以該系統包括了所有FPGA系統的特點，包括并行的DSP處理、在系統可編程、升級簡單等特點，極易使設計產品化。
上傳時間： 2013-04-24
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正交頻分復用（OFDM）是一種無線環境下的高速傳輸技術，它使用一系列低速子載波并行傳輸數據，具有抗多徑干擾的能力、能以很高的頻譜利用率實現高速數據傳輸等優點。數字音頻廣播（DAB）系統中采用OFDM調制技術。 本文首先概述了OF'DM的基本原理和實現方法，分析了DAB中不同模式下OFDM調制的參數和特點。實現OFDM的核心技術是快速傅立葉變換（FFT）。本文在分析研究了多種FFT算法的基礎上選擇了最適合FPGA實現的，滿足DAB系統中OFDM調制要求的FFT算法，即將2048點FFT分解為基-4和基-2混合基算法。 本文研究重點是使用FPGA實現2048點復數FFT處理器。2048點FFT由五級基-4運算和一級基-2運算組成。針對這一算法以及FPGA特點，進行系統結構設計、各個模塊設計、FPGA實現和測試。一個基-4和基-2復用的蝶形運算模塊是整個FFT處理器的核心部分。此外系統還包括：系統控制模塊，地址產生模塊，RAM和ROM。本文特別針對2048點按頻率抽取基-4/2順序處理的FFT處理器提出了一種巧妙的數據地址和旋轉因子地址生成的方法。 仿真和驗證表明，運算的結果可以達到一定的精度要求，運算速度滿足系統要求，說明該OFDM調制器的設計是可行的，可以應用于DAB系統中
上傳時間： 2013-06-05
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激光光譜探測是激光偵查、激光告警、污染物檢測等領域中采用的重要技術。通過對來襲激光的光譜特征進行識別，可以為光電對抗提供依據。本文在分析和研究現有激光光譜探測技術的基礎上，提出了通過非掃描M-Z干涉法來獲取激光信號的相干圖，并對該圖進行快速傅立葉變換，從而實時獲得激光光譜的技術。 在研究中，由M-Z干涉具形成的激光干涉條紋經CCD相機轉換后以時間序列依次輸出電信號，該時間序列的快速傅立葉變換用FPGA實現。論文依據告警系統響應時間和信噪比的要求，確定了探測器陣列的結構類型和有關參數；設計了CCD相機和FPGA的接口電路；編寫了數據傳輸和存儲模塊。 在快速傅立葉變換的實現上，首先確定了采用基2按時間抽取的方法作為實現算法；應用型號為XC3S400的FPGA芯片，依靠ISE8.1軟件開發平臺，用硬件語言編寫了精度為10位，序列長度為512點的快速傅里葉變換程序，并將所有程序成功下載到FPGA的配置芯片中。 此外，論文還設計了顯示、電壓轉換、FPGA配置電路。最后，對設計的快速傅里葉變換模塊進行了測試，將FPGA運算結果與理論計算結果進行了比較，結果表明FPGA計算結果達到應有的精度，運行速度可以滿足激光光譜的實時探測要求。
上傳時間： 2013-08-04
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本文主要研究了認知無線電頻譜感知功能的關鍵技術以及硬件實現方法。首先，提出了認知無線電頻譜感知功能的硬件實現框圖，包括射頻前端部分和數字信號處理部分，接著簡單介紹了射頻前端電路的功能與特性，最后重點介紹了數字信號處理部分的FPGA實現與驗證過程。 數字處理部分主要實現寬帶信號的短時傅立葉分析，將中頻寬帶數字信號通過基于多相濾波器組的下變頻模塊，實現并行多通道的數字下變頻，然后對每個信道進行重疊加窗處理，最后再做快速傅立葉分析(FFT)，從而得到信號的時頻關系。整個系統主要包括：延時抽取模塊、多相濾波器模塊、32點開關式流水線FFT模塊、滑動窗緩沖區、256點流水線FFT模塊等。 本設計采用Verilog HDL硬件描述語言進行設計，基于Xilinx公司的Virtex-4XC4VSX35芯片。整個系統采用全同步設計，可穩定工作于200MHz，其分析帶寬高達65MHz，具有很高的使用價值。
上傳時間： 2013-06-13
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自上個世紀九十年代以來，我國著名學者、現中國科學院院士、清華大學陳難先教授等人使用無窮級數的Mobius反演公式解決了一系列重要的物理學中的逆問題，開創了應用、推廣數論中的Mobius變換解決物理學中各種逆問題的巧妙方法，其工作在1990年當時就得到了世界著名的《NATURE》雜志的高度評價。 華僑大學蘇武潯教授等則把Mobius變換的方法應用于幾種常用波形(包括周期矩形脈沖，奇偶對稱方波和三角波等)的傅立葉級數的逆變換運算，得到正、余弦函數及一般周期信號的各種常用波形的信號展開；并求得了與各種常用波形信號函數族相正交的函數族，以用于各展開系數的計算與信息的解調；而后把它們應用到通信系統中，提出了一種新的通信系統，即新型Chen-Mobius通信系統。 本文主要完成了兩個方面的工作,Chen-Mobius多路通信系統的FPGA硬件設計實現和基于Chen-Mobius變換的語音加密雙工通信系統的實現。首先，利用嵌入MATLAB\SIMULINK中的DSPBuilder軟件對Chen-Mobius多路(四路和八路)通信系統進行仿真分析，對該系統在不同信噪比情況下的錯誤概率進行了計算，并繪出了信噪比-錯誤概率曲線；其次，利用DSPBuilder中的Signalcompiler將Chen-Mobius多路通信系統的主體模塊(函數及積分器的產生等)轉化成HDL硬件語言，后在QuartusⅡ軟件平臺上，結合利用VHDL編程的硬件程序模塊(分頻、延時、控制模塊等)構架完整的Chen-Mobius通信系統，并對此系統設計綜合、引腳分配、仿真驗證、時序分析等；最后，在Altera公司的Stratix 芯片上，實現硬件的編程和下載，從而完成了Chen-Mobius多路通信系統的FPGA硬件實現。 另外，利用Chen-Mobius單路通信系統的調制、解調系統分別對語音信號進行加密與解密，在兩塊DE2的FPGA開發板上成功實現了基于Chen-Mobius變換的語音加密雙工通信。完成本設計意義重大，它為今后Chen-Mobius通信系統應用于通信領域的各個方面，邁開堅實的一步。
標簽： ChenMobius FPGA 通信系統 硬件實現
上傳時間： 2013-07-24
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數字信號處理是信息科學中近幾十年來發展最為迅速的學科之一.目前,數字信號處理廣泛應用于通信、雷達、聲納、語音與圖像處理等領域.而數字信號處理算法的硬件實現一般來講有三種方式:用于通用目的的可編程DSP芯片;用于特定目的的固定功能DSP芯片組和ASIC;可以由用戶編程的FPGA芯片.隨著微電子技術的發展,采用現場可編程門陣列FPGA進行數字信號處理得到了飛速發展,FPGA正在越來越多地代替ASIC和PDSP用作前端數字信號處理的運算.該文主要探討了基于FPGA數字信號處理的實現.首先詳細闡述了數字信號處理的理論基礎,重點討論了離散傅立葉變換算法原理,由于快速傅立葉變換算法在實際中得到了廣泛的應用,該文給出了基-2FFT算法原理、討論了按時間抽取FFT算法的特點.該論文對硬件描述語言的描述方法和風格做了一定的探討,介紹了硬件描述語言的開發環境MAXPLUSII.在此基礎上,該論文詳細闡述了數字集成系統的高層次設計方法,討論了數字系統設計層次的劃分和數字系統的自頂向下的設計方法,探討了數字集成系統的系統級設計和寄存器傳輸級設計,描述了數字集成系統的高層次綜合方法.最后該文描述了數字信號處理系統結構的實現方法,指出常見的高速、實時信號處理系統的四種結構;由于FFT算法在數字信號處理中占有重要的地位,所以該文提出了用FPGA實現FFT的一種設計思想,給出了總體實現框圖;重點設計實現了FFT算法中的蝶形處理單元,采用了一種高效乘法器算法設計實現了蝶形處理單元中的旋轉因子乘法器,從而提高了蝶形處理器的運算速度,降低了運算復雜度.
上傳時間： 2013-05-23
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