光纖水聽器自問世以來，在巨大的軍事價值和民用價值推動下得到了迅速發(fā)展，已逐漸從實驗室研究階段走向工程應(yīng)用。同時隨著光纖水聽器的不斷發(fā)展，對水聲信號的檢測技術(shù)以及數(shù)字處理能力也提出了新的要求。論文在此背景下開展了一系列研究工作，并提出了利用FPGA(Field ProgrammableGate Array，現(xiàn)場可編程門陣列)實現(xiàn)光纖3×3耦合器解調(diào)算法的新思路。 目前干涉型光纖水聽器的解調(diào)一般采用PGC(Phase Generated Carrier，相位生成載波技術(shù))技術(shù)和基于3×3光纖耦合器干涉的解調(diào)技術(shù)。PGC技術(shù)在解調(diào)過程中引入了載波信號，它對采樣率，激光器等的要求都較高，因此我們把目光投向3×3耦合器解調(diào)技術(shù)，文中對其解調(diào)原理進行了闡述，對采樣率的確定進行了討論，并對3×3耦合器三路輸出不對稱的情況進行了分析，最后在本文的結(jié)論部分提出了基于3×3耦合器解調(diào)的改良方案。 目前，光纖信號數(shù)字化解調(diào)的硬件實現(xiàn)采用DSP(Digital Signal Process，可編程數(shù)字信號處理器)信號處理機，與之相比，F(xiàn)PGA解調(diào)具有速度快、資源占用少、易于擴展等優(yōu)勢。本文對FPGA與DSP、ASIC(application-specificintegrated circuit，專用集成電路)實現(xiàn)方案進行了對比，分析了適合利用FPGA實現(xiàn)的算法所應(yīng)具備的特征；介紹了3×3耦合器解調(diào)算法中各個模塊的設(shè)計情況；分析了系統(tǒng)的工作情況，硬件的構(gòu)造及芯片的選擇，最后驗證了利用FPGA可以實現(xiàn)3×3耦合器解調(diào)算法。
標簽： 干涉型 光纖水聽器 信號解調(diào) 方法研究
上傳時間： 2013-07-03
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本文以直接頻率合成和偽隨機碼的設(shè)計與實現(xiàn)為中心，對擴頻通信的基本理論、信號源的總體結(jié)構(gòu)、載波調(diào)制、濾波器設(shè)計等問題進行了深入的分析和研究，并給出了模塊的硬件實現(xiàn)方案。 首先介紹了FPGA技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，包括VHDL語言的基本語法結(jié)構(gòu)和FPGA器件的開發(fā)設(shè)計流程等等。詳細地分析了各類頻率合成器的基礎(chǔ)上提出采用直接數(shù)字式頻率合成器(DDS)實現(xiàn)低相位噪聲、高分辨率、高精度和高穩(wěn)定度的信號源。研究了測距偽隨機碼的原理，確定選用移位序列作為系統(tǒng)的擴頻碼序列，并選取了符合本系統(tǒng)使用的移位序列擴頻碼。分別給出并分析了相應(yīng)的FPGA硬件實現(xiàn)電路。 對于載波調(diào)制這一關(guān)鍵技術(shù)，提出了采用二進制相移鍵控相位選擇法并相應(yīng)作了硬件實現(xiàn)。分析與研究了射頻寬帶濾波器應(yīng)具有的傳輸特性，通過分析巴特沃思濾波器、切比雪夫濾波器、橢圓濾波器和貝塞爾濾波器這幾種濾波器的頻譜特性，設(shè)計了發(fā)生器射頻寬帶濾波器。最后給出具體設(shè)計實現(xiàn)了的信號發(fā)生器的輸出波形。
上傳時間： 2013-04-24
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在圖像處理及檢測系統(tǒng)中，實時性要求往往影響著系統(tǒng)處理速度的性能。本文在分析研究視頻檢測技術(shù)及方法的基礎(chǔ)上，應(yīng)用嵌入式系統(tǒng)設(shè)計和圖像處理技術(shù)，以交通信息視頻檢測系統(tǒng)為研究背景，展開了基于FPGA視頻圖像檢測技術(shù)的研究與應(yīng)用，通過系統(tǒng)仿真驗證了基于FPGA架構(gòu)的圖像并行處理和檢測系統(tǒng)具有較高的實時處理能力，能夠準確并穩(wěn)定地檢測出運動目標的信息。可見FPGA對提高視頻檢測及處理的實時性是一個較好的選擇。 本文主要研究的內(nèi)容有： 1．分析研究了視頻圖像檢測技術(shù)，針對傳統(tǒng)基于PC構(gòu)架和DSP處理器的視頻檢測系統(tǒng)的弊端，并從可靠性、穩(wěn)定性、實時性和開發(fā)成本等因素考慮，提出了以FPGA芯片作為中央處理器的嵌入式并行數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的設(shè)計方案。 2．應(yīng)用模塊化的硬件設(shè)計方法，構(gòu)建了新一代嵌入式視頻檢測系統(tǒng)的硬件平臺。該系統(tǒng)由異步FIFO模塊、圖像空間轉(zhuǎn)換模塊、SRAM幀存控制模塊、圖像預(yù)處理模塊和圖像檢測模塊等組成，較好地解決了圖像采樣存儲、處理和傳輸?shù)膯栴}，并為以后系統(tǒng)功能的擴展奠定了良好的基礎(chǔ)。 3．在深入研究了線性與非線性濾波幾種圖像處理算法，分析比較了各自的優(yōu)缺點的基礎(chǔ)上，本文提出一種適合于FPGA的快速圖像中值濾波算法，并給出該算法的硬件實現(xiàn)結(jié)構(gòu)圖，應(yīng)用VHDL硬件描述語言編程、實現(xiàn)，仿真結(jié)果表明，快速中值濾波算法的處理速度較傳統(tǒng)算法提高了50％，更有效地降低了系統(tǒng)資源占用率和提高了系統(tǒng)運算速度，增強了檢測系統(tǒng)的實時性能。 4．研究了基于視頻的交通車流量檢測算法，重點討論背景差分法，圖像二值化以及利用直方圖分析方法確定二值化的閾值，并對圖像進行了直方圖均衡處理，提高圖像檢測精度。并結(jié)合嵌入式系統(tǒng)處理技術(shù)，在FPGA系統(tǒng)上研究設(shè)計了這些算法的硬件實現(xiàn)結(jié)構(gòu)，用VHDL語言實現(xiàn)，并對各個模塊及相應(yīng)算法做出了功能仿真和性能分析。 5．系統(tǒng)仿真與驗證是整個FPGA設(shè)計流程中最重要的步驟，針對現(xiàn)有仿真工具用手動設(shè)置輸入波形工作量大等弊病，本文提出了一種VHDL測試基準(TestBench)方法解決系統(tǒng)輸入源仿真問題，用TEXTIO程序包設(shè)計了MATLAB與FPGA仿真軟件的接口，很好地解決了仿真測試中因測試向量龐大而難以手動輸入的問題。并將系統(tǒng)的仿真結(jié)果數(shù)據(jù)在MATLAB上還原為圖像，方便了系統(tǒng)測試結(jié)果的分析與調(diào)試。系統(tǒng)測試的結(jié)果表明，運動目標的檢測基本符合要求，可以排除行走路人等移動物體(除車輛外)的噪聲干擾，有效地檢測出正確的目標。 本文主要研究了基于FPGA片上系統(tǒng)的圖像處理及檢測技術(shù)，針對FPGA技術(shù)的特點對某些算法提出了改進，并在MATLAB、QuartusⅡ和ModelSim軟件開發(fā)平臺上仿真實現(xiàn)，仿真結(jié)果達到預(yù)期目標。本文的研究對智能化交通監(jiān)控系統(tǒng)的車流量檢測做了有益探索，對其他場合的圖像高速處理及檢測也具有一定的參考價值。
上傳時間： 2013-07-13
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軟件無線電已成為無線通信非常關(guān)鍵的技術(shù)之一。其基本思想是將寬帶A/D、D/A盡可能靠近天線，在一個開放式、模塊化的通用硬件平臺上用盡可能多的軟件來實現(xiàn)無線電臺的各種功能。 本文所討論的多相濾波器組信道化接收機(PPCR)及信道非均勻劃分，即是應(yīng)用了軟件無線電理念的一種新技術(shù)。該技術(shù)針對傳統(tǒng)無線電接收機存在的結(jié)構(gòu)不靈活、系統(tǒng)升級困難、同時處理多信號能力弱及系統(tǒng)規(guī)模過大等問題，應(yīng)用現(xiàn)代多速率信號處理理論對之進行了改進。改進后的軟件無線電PPCR．具有全概率接收能力，能對信號進行下變頻并降低其采樣率處理，實現(xiàn)后資源耗費較低，而且依托現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)建立的平臺是開放式的，在需要時可在不改變硬件系統(tǒng)的情況下通過軟件更改系統(tǒng)的功能，極大地提高了系統(tǒng)的靈活性。諸多的優(yōu)點使其具有十分廣泛的應(yīng)用前景，也成為當前研究熱點之一。 本文首先介紹了課題的應(yīng)用背景，并深入討論了軟件無線電的基本理論：信號采樣理論及多速率信號處理理論，介紹了應(yīng)用PPCR的采樣處理過程，給出了推導(dǎo)PPCR的數(shù)學(xué)模型，并在此基礎(chǔ)上分析闡述了信道非均勻劃分的原理。 在本文的系統(tǒng)仿真及實現(xiàn)部分，首先介紹了應(yīng)用現(xiàn)代DSP開發(fā)工具DSPBuilder進行開發(fā)的設(shè)計流程，然后對應(yīng)用DSP Builder來設(shè)計PPCR中的主要模塊一多相濾波器組及快速傅立葉變換模塊做了詳細闡述，最后對系統(tǒng)仿真及實現(xiàn)過程的實驗結(jié)果圖進行了分析。 本文主要是在實驗室階段對算法在硬件實現(xiàn)上進行研究。成果可以作為后續(xù)應(yīng)用研究的基礎(chǔ)，對各種應(yīng)用軟件無線電理念的通信系統(tǒng)都具有一定的參考價值。
上傳時間： 2013-06-17
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在船舶交管系統(tǒng)中，雷達信息處理是最重要的組成部分。視頻回波處理中的雜波處理要求實時性很高，大約要在一個距離單元的時間(0.05-0.1us)內(nèi)完成。雜波處理如恒虛警處理本身比較復(fù)雜，這類處理過程又要求快速，圖像顯示系統(tǒng)要求及時的把接收到的雷達方位數(shù)據(jù)從極坐標轉(zhuǎn)換成直角坐標。在軟件上實現(xiàn)這些算法雖然精度可以達到，但是實時性問題不能滿足。因此這類問題多采用高速專用數(shù)字設(shè)備來實現(xiàn)。FPGA在數(shù)字信號處理領(lǐng)域有非常廣闊的應(yīng)用前景，以其優(yōu)良的性能在數(shù)字信號處理中發(fā)揮了重大的作用。CORDIC算法可以在硬件上以很高的精度實現(xiàn)一些函數(shù)和運算。針對以上幾點，本文提出了利用CORDIC算法，基于FPGA來實現(xiàn)雷達信號處理和圖像顯示的算法研究，用硬件來實現(xiàn)正弦、余弦、正切、乘法、除法、指數(shù)和對數(shù)等基本函數(shù)和運算，把他們設(shè)計成為可重用的IP core，這樣可以滿足實時性和精度的問題。從而在將來的算法研究中方便的調(diào)用，這樣在算法研究中可以節(jié)約大量的時間，在一定程度上降低研究的難度。 圍繞雷達信號處理和圖像顯示，本次課題設(shè)計主要做了如下工作： 1．對CORDIC算法進行分析和研究，以及它在雷達信號處理和圖像顯示中的影響。 2．成功用硬件描述語言在Xilinx公司軟件ISE的環(huán)境下編寫代碼，在Synplify和Modelsim上做了綜合和仿真。 3．對實驗結(jié)果進行精度和速度分析。 4．對雷達信號處理和圖像顯示的相關(guān)算法進行分析和研究。 5．從實例分析IP core的特點，對算法研究的影響和IP core在雷達信號處理和圖像顯示中的應(yīng)用。 最終在實踐環(huán)節(jié)，成功利用CORDIC算法，在FPGA上實現(xiàn)可重用的IP core，這些IP core能夠以很高的精度實現(xiàn)一些基本函數(shù)和運算，在雷達信號處理與圖像顯示中起到很大的作用。
上傳時間： 2013-07-16
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LF398是一種反饋型采樣保持放大器，也是目前較為流行的通用型采樣保持放大器。與LF398結(jié)構(gòu)相同的還有LF198/LF298等，都是由場效應(yīng)管構(gòu)成，具有采樣速度高，保持電壓下降慢和精度高等特點。
上傳時間： 2013-04-24
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心血管疾病是當今危害人類健康的主要疾病之一，心電圖檢查是臨床上診斷心血管疾病的重要方法。心電圖準確的自動分析與診斷對于心血管疾病的診斷起著關(guān)鍵的作用，也是國內(nèi)外學(xué)者所熱衷的研究課題。QRS復(fù)合波的檢測是心電自動分析的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，檢出的位置精度關(guān)系到后續(xù)處理和分析的正確性和準確性。 本文在總結(jié)前人工作的基礎(chǔ)上，對基于小波變換的QRS復(fù)合波檢測算法做了深入研究;并針對小波變換算法與心電檢測算法的結(jié)構(gòu)提出了一種硬件實現(xiàn)方法。本文的主要內(nèi)容包括基于小波變換的心電信號檢測算法設(shè)計和該算法在FPGA系統(tǒng)上的實現(xiàn)兩個部分。 對國內(nèi)外近年內(nèi)發(fā)展起來的各種心電檢測方法進行了總結(jié)，并綜合考慮檢出率和硬件實現(xiàn)的實時性等問題，采用小波變換方法對QRS復(fù)合波進行檢測。根據(jù)QRs復(fù)合波經(jīng)小波變換后，心電特征波在某些尺度上對應(yīng)有相對明顯的模極值對，通過在對應(yīng)尺度上判斷模極值對，進而檢測出對應(yīng)的特征波。 設(shè)計了基于小波變換的心電信號檢測算法的FPGA實現(xiàn)系統(tǒng)。系統(tǒng)主要包含三個模塊：心電信號預(yù)處理模塊、小波分解模塊和檢測模塊。心電信號預(yù)處理模塊對輸入的心電信號進行濾波預(yù)處理，以消除工頻干擾和基線漂移。小波分解模塊采用流水線設(shè)計，即把各層小波分解分成各個模塊獨立實現(xiàn)，以提高運算效率。檢測模塊的功能是利用小波分解模塊的輸出結(jié)果在各尺度上尋找模極值對，并根據(jù)檢測策略檢測QRS復(fù)合波。 本文采用Veillog語言對設(shè)計進行了仿真驗證，并通過MIT-BIH心律失常標準數(shù)據(jù)庫對本文的設(shè)計實現(xiàn)進行性能評估，獲得了較好的檢出率。同時，綜合結(jié)果也表明系統(tǒng)時鐘能夠工作在較高的頻率，足以滿足高速實時對心電信號的處理與檢測。
上傳時間： 2013-04-24
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本文完成了一種高速高性能數(shù)字脈沖壓縮處理器的設(shè)計和FPGA實現(xiàn)，包括系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計、方案論證及仿真、算法實現(xiàn)、結(jié)果的測試等。 緒論部分首先闡明了本課題研究的背景和意義，概述了雷達數(shù)字脈沖壓縮系統(tǒng)的主要研究內(nèi)容，關(guān)鍵技術(shù)及其發(fā)展趨勢，然后介紹了數(shù)字脈沖壓縮系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)的要求，最后給出了本文的主要研究內(nèi)容。 第二章敘述了線性調(diào)頻信號脈沖壓縮的基本原理，對系統(tǒng)設(shè)計的實現(xiàn)方法進行了實時性方面的論證，并基于MATLAB做了仿真分析。 第三章從數(shù)字系統(tǒng)結(jié)構(gòu)化設(shè)計方面將本系統(tǒng)劃分為三個部分：輸入部分、脈壓計算部分、輸出部分，并在流程圖中對各部分所要實現(xiàn)的功能做了介紹。 第四章首先總結(jié)了數(shù)字脈沖壓縮的實現(xiàn)途徑；提出了基于自定制浮點數(shù)據(jù)格式和分時復(fù)用蝶型結(jié)構(gòu)的數(shù)字脈沖壓縮系統(tǒng)設(shè)計思想，對其關(guān)鍵技術(shù)進行了深入的研究。 第五章對輸入輸出模塊的功能做了詳細的描述，設(shè)計了具體的結(jié)構(gòu)和電路。 第六章針對系統(tǒng)的測試驗證，提出面向SOC的模塊驗證和系統(tǒng)軟硬協(xié)同驗證的驗證策略。通過Link for Modelsim工具，實現(xiàn)MATAB與Modelsim之間對VHDL代碼的聯(lián)合仿真測試，通過在線邏輯分析工具ChipScope，完成系統(tǒng)的片上測試，并分析系統(tǒng)的性能，證明系統(tǒng)的可實用性。滿足設(shè)計的要求。 本文研制的數(shù)字脈沖壓縮處理器具有動態(tài)范圍大、處理精度高、處理能力強、體積小、重量輕、實時性好的優(yōu)點，為設(shè)計高性能的現(xiàn)代雷達信號處理系統(tǒng)提供了可靠的保證。
標簽： 線性調(diào)頻信號 脈沖壓縮
上傳時間： 2013-07-01
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近年來，人們對無線數(shù)據(jù)和多媒體業(yè)務(wù)的需求迅猛增加，促進了寬帶無線通信新技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用。正交頻分復(fù)用 (Orthogonal Frequency Division Multiolexing，OFDM)技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于各種高速寬帶無線通信系統(tǒng)中。然而 OFDM 系統(tǒng)相比單載波系統(tǒng)更容易受到頻偏和時偏的影響，因此如何有效地消除頻偏和時偏，實現(xiàn)系統(tǒng)的時頻同步是 OFDM 系統(tǒng)中非常關(guān)鍵的技術(shù)。 本文討論了非同步對 OFDM 系統(tǒng)的影響，分析了當前用于 OFDM 系統(tǒng)中基于數(shù)據(jù)符號的同步算法，并簡單介紹非基于數(shù)據(jù)符號同步技術(shù)。基于數(shù)據(jù)符號的同步技術(shù)通過加入訓(xùn)練符號或?qū)ьl等附加信息，并利用導(dǎo)頻或訓(xùn)練符號的相關(guān)性實現(xiàn)時頻同步。此算法由于加入了附加信息，降低了帶寬利用率，但同步精度相對較高，同步捕獲時間較短。 隨著電子芯片技術(shù)的快速發(fā)展，電子設(shè)計自動化 (Electronic DesignAutomation，EDA) 技術(shù)和可編程邏輯芯片 (FPGA/CPLD) 的應(yīng)用越來越受到大家的重視，為此文中對 EDA 技術(shù)和 Altera 公司制造的 FPGA 芯片的原理和結(jié)構(gòu)特點進行了闡述，還介紹了在相關(guān)軟件平臺進行開發(fā)的系統(tǒng)流程。 論文在對基于數(shù)據(jù)符號三種算法進行較詳細的分析和研究的基礎(chǔ)上，尤其改進了基于導(dǎo)頻符號的同步算法之后，利用 Altera 公司的 FPGA 芯片EP1S25F102015 在 OuartusⅡ5.0 工具平臺上實現(xiàn)了 OFDM 同步的硬件設(shè)計，然后進行了軟件仿真。其中對基于導(dǎo)頻符號同步的改進算法硬件設(shè)計過程了進行了詳細闡述。不僅如此，對于基于 PN 序列幀的同步算法和基于循環(huán)前綴 (Cycle Prefix，CP) 的極大似然 (Maximam Likelihood,ML)估計同步算法也有具體的仿真實現(xiàn)。 最后，文章還對它們進行了比較，基于導(dǎo)頻符號同步設(shè)計的同步精度比較高，但是耗費芯片的資源多，另一個缺點是沒有頻偏估計，因此運用受到一定限制。基于 PN 序列幀的同步設(shè)計使用了最少的芯片資源，但要提取 PN 序列中的信號數(shù)據(jù)有一定困難。基于循環(huán)前綴的同步設(shè)計占用了芯片 I/O 腳稍顯多。這幾種同步算法各有優(yōu)缺點，但可以根據(jù)不同的信道環(huán)境選用它們。
標簽： FPGA 數(shù)據(jù) 同步的 仿真實現(xiàn)
上傳時間： 2013-04-24
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本文進行了基于FPGA的GPS直序偽碼擴頻接收機的設(shè)計和數(shù)字化硬件實現(xiàn)。論文首先對GPS衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)進行了分析，并對與數(shù)字化接收機直接相關(guān)聯(lián)的GPS信號中頻部分結(jié)合實際系統(tǒng)要求進行了設(shè)計和分析，由此確定了數(shù)字化偽碼捕獲跟蹤接收機研制的具體要求，之后完成了接收機中頻數(shù)字化方案設(shè)計。同時對偽碼捕獲跟蹤后端的載波捕獲跟蹤的實現(xiàn)方案進行了描述和分析。最后利用EDA工具在FPGA芯片上實現(xiàn)了GPS數(shù)字化接收機的偽碼捕獲跟蹤。 受工作環(huán)境的制約，GPS衛(wèi)星接收機系統(tǒng)首先表現(xiàn)為功率受限系統(tǒng)，接收機必須滿足在低信噪比條件下工作。同時接收機與衛(wèi)星間高動態(tài)產(chǎn)生的多普勒頻率，給接收機實現(xiàn)快速捕獲帶來了難度。通過仿真分析，綜合了實現(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型的序貫偽碼捕獲實施方案。同時按照捕獲概率和時間的要求，對接收機偏壓、上、下門限、NCO增益等進行了設(shè)計和仿真分析，確定了捕獲的數(shù)字化實現(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)字化實現(xiàn)設(shè)計中，給出了詳細的數(shù)字化實現(xiàn)方案和分析，這樣在保證工作精度的同時盡量減少硬件資源的開銷，利用EDA工具，采用Veilog設(shè)計語言在Xilinx的VirtexII系列的XC2V500fg256的FPGA上完成數(shù)字化接收機偽碼捕獲跟蹤的實現(xiàn)，并在其開發(fā)平臺上對數(shù)字化接收機進行了仿真驗證，在給定的工作條件下達到了設(shè)計性能和指標要求。
標簽： FPGA GPS 中頻 數(shù)字接收機
上傳時間： 2013-04-24
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