摘要:"紅外弱小目標檢測"是紅外搜索跟蹤系統、紅外雷達預警系統、紅外成像跟蹤系統的核心技術,因此紅外小目標的檢測是當前一項重要的研究課題.目前的發展方向是研究運算量小、性能高、利于硬件實時實現的檢測和跟蹤算法.該文在前人研究的基礎上,著重研究了Marr視覺計算理論在紅外小目標檢測技術中的應用.從Marr算法的理論基礎——高斯平滑濾波器與拉普拉斯算子的相關知識以及Marr的計算視覺理論基礎開始,進行了 2G(Laplacian of Gaussian,高斯—拉普拉斯)濾波器、LoG(Laplacian ofGaussian,高斯—拉普拉斯)模板以及 2G濾波器在人類視覺、邊緣檢測、邊緣處理的物理意義以及神經生理學意義方面的分析討論,提出了易于FPGA(Field Programmable Gate Array,現場可編程門陣列)實現的基于Marr計算視覺的紅外圖像小目標檢測方法.該方法可根據目標大小自動設計檢測模板,在濾除不相關的噪聲的同時又保留閉合的目標邊緣,從而檢測出目標.將該方法用FPGA實現,滿足了檢測過程中的實時性.考慮到工程中的應用,該文對該方法在FPGA中的具體實現給出了設計總體思路和詳細流程.由于FPGA具有對圖像數據的實時處理能力,而且該算法在FPGA中的具體實現中對資源的合理使用進行了綜合考慮,因此該算法能夠實時、有效地實現目標檢測.并在此基礎上對小目標的檢測研究前景進行展望.
上傳時間： 2013-07-04
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本文的目的就是研究如何應用FPGA這種大規模的可編程邏輯器件實現CCD（Charge Coupled Device，電荷耦合器件）數字圖像的實時采集及預處理。基于對實時圖像處理系統的研究與設計，本文主要研究工作及成果如下： 1.本論文詳細的介紹了圖像采集卡的結構和基本工作原理。同時，針對高分辨率的CCD攝像機，探討了有關點目標與CCD像元一一對應的圖像采集及其硬件和軟件設計方法。 2.本文分析了星圖中弱小目標、噪聲以及背景的特點，給出了點目標的場景圖像的數學模型及復雜背景下點目標檢測的預處理方法。針對星圖灰度分布的特點，采用高斯低通濾波算法和高通濾波算法對星圖進行預處理，同時還對圖像掃描聚類算法進行了研究與分析。 3.數字信號處理器常常因為在復雜性、運算速度等方面的限制，難以實時的實現復雜的檢測算法。本文采用FPGA技術，實現了復雜背景下弱點目標的預處理算法，解決了計算、數據緩沖和存儲操作協調一致的問題，同時采用并行高密度加法器和流水線的工作方式，使整個系統的數據交換和處理速度得以很大的提高，合理的解決了資源和速度之間的相互制約問題，并在實際中取得滿意的結果。
上傳時間： 2013-07-03
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本課題源于空中機器人大賽參賽項目。針對比賽要求，提出了一種基于ARM的低成本、高性能的嵌入式微小無人機飛行控制系統的整體方案，并由此展開了一系列的研究工作。 本文的重點是飛行控制系統的姿態確定系統設計和飛行控制系統的硬件設計及實現。 本文首先回顧了國內外微小無人機發展歷程，介紹了其研究現狀，并指出了微小無人機的發展趨勢。根據需求設計了低價位、高性能的嵌入式微小無人機飛行控制系統的整體方案。 設計了低成本、低功耗的微小無人機的姿態確定系統方案，利用姿態四元數、龍格庫塔法、高斯牛頓法和擴展卡爾曼濾波器估計出系統的姿態矩陣；對姿態確定方案進行了仿真。 設計了基于ARM的飛行控制系統的硬件部分，包括電源及復位電路，UART、SPI、JTAG等接口電路，PWM信號發生電路，A/D采樣電路及前置電路，光電耦合電路等；完成了整個飛控系統PCB板制作以及對所設計電路的調試工作，使得系統運轉正常。 最后針對本文設計的硬件平臺進行了啟動代碼等系統底層軟件的編寫和調試，建立了系統的啟動環境。
上傳時間： 2013-06-03
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正交頻分復用(OFDM)技術是一種多載波數字調制技術，具有頻譜利用率高、抗多徑干擾能力強、成本低等特點，適合無線通信的高速化、寬帶化及移動化的需求，將成為下一代無線通信系統(4G)的核心調制傳輸技術。 本文首先描述了OFDM技術的基本原理。對OFDM的調制解調以及其中涉及的特性和關鍵技術等做了理論上的分析，指出了OFDM區別于其他調制技術的巨大優勢；然后針對OFDM中的信道估計技術，深入分析了基于FFT級聯的信道估計理論和基于聯合最大似然函數的半盲分組估計理論，在此基礎上詳細研究描述了用于OFDM系統的迭代的最大似然估計算法，并利用Matlab做了相應的仿真比較，驗證了它們的有效性。 而后，在Matlab中應用Simulink工具構建OFDM系統仿真平臺。在此平臺上，對OFDM系統在多徑衰落、高斯白噪聲等多種不同的模型參數下進行了仿真，并給出了數據曲線，通過分析結果可正確評價OFDM系統在多個方面的性能。 在綜合了OFDM的系統架構和仿真分析之后，設計并實現了基于FPGA的OFDM調制解調系統。首先根據802.16協議和OFDM系統的具體要求，設定了合理的參數；然后從調制器和解調器的具體組成模塊入手，對串/并轉換，QPSK映射，過采樣處理，插入導頻，添加循環前綴，IFFT/FFT，幀同步檢測等各個模塊進行硬件設計，詳細介紹了各個模塊的設計和實現過程，并給出了相應的仿真波形和參數說明。其中，針對定點運算的局限性，為系統設計并自定義了24位的浮點運算格式，參與傅立葉反變換和傅立葉變換的運算，在系統參數允許的范圍內，充分利用了有限資源，提高了系統運算精度；然后重點描述了基于FPGA的快速傅立葉變換算法的改進、優化和設計實現，針對原始快速傅立葉變換FPGA實現算法運算空閑時間過多，資源占用較大的問題，提出了帶有流水作業功能、資源占用較少的快速傅立葉變換優化算法設計方案，使之運用于OFDM基帶處理系統當中并加以實現，結果滿足系統參數的需求。最后以理論分析為依據，對整個OFDM的基帶處理系統進行了系統調試與性能分析，證明了設計的可行性。 綜上所述，本文完成了一個基于FPGA的OFDM基帶處理系統的設計、仿真和實現。本設計為OFDM通信系統的進一步改進提供了大量有用的數據。
上傳時間： 2013-04-24
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在傳統的數字傳輸系統中，糾錯編碼與調制是各自獨立設計并實現的，譯碼與解調也是如此。80年代初，Ungerboeck根據調制解調與糾錯編碼的特點，提出了一種新的思想，稱作網格編碼調制，記為TCM。它是將調制解調與糾錯編碼當成一個整體來設計。它的中心思想是：采用編碼方法將信號空間做最佳分割，使已調信號矢量端點間有最大的距離。這樣就可以在相同發射功率、相同有效性的條件下提高信息傳輸的可靠性，特別適用于頻帶受限和功率受限信道。它在衛星通信和移動通信中的應用又使它成為研究熱點。 本文介紹了TCM編碼調制的基本原理，在此基礎上提出了一種新的TCM編碼的方法；介紹了卷積碼Viterbi譯碼的基本原理和步驟，在此基礎上分析了TCM的Viterbi譯碼的特點；研究了TCM在高斯白噪聲條件下的誤碼性能及其編碼增益，并在MATLAB上仿真來進行驗證；介紹了數字邏輯設計的基本方法和流程，在此基礎上介紹了基于FPGA的TCM系統的各個模塊。
上傳時間： 2013-07-26
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隨著圖像分辨率的越來越高，軟件實現的圖像處理無法滿足實時性的需求；同時FPGA等可編程器件的快速發展使得硬件實現圖像處理變得可行。如今基于FPGA的圖像處理研究成為了國內外的一個熱門領域。 本文在FPGA平臺上，用Verilog HDL實現了一個研究圖像處理算法的可重復配置的硬件模塊架構，架構包括PC機預處理和通信軟件，控制模塊，計算單元，存儲器模塊和通信適配模塊五個部分。其中的計算模塊負責具體算法的實現，根據不同的圖像處理算法可以獨立實現。架構為計算模塊實現了一個可添加、移出接口，不同的算法設計只要符合該接口就可以方便的加入到模塊架構中來進行調試和運行。 在硬件架構的基礎上本文實現了排序濾波，中值濾波，卷積運算及高斯濾波，形態學算子運算等經典的圖像處理算法。討論了FPGA的圖像處理算法的設計方法及優化策略，通過性能分析，FPGA實現圖像處理在時間上比軟件處理有了很大的提高；通過結果的比較，發現FPGA的處理結果達到了軟件處理幾乎同等的效果水平。最后本文在實現較大圖片處理和圖像處理窗口的大小可配置性方面做了一定程度的討論和改進，提高了算法的可用性，同時為進一步的研究提供了更加便利的平臺。 整個設計都是在ISE8.2和ModelSim第三方仿真軟件環境下開發的，在xilinx的Spartan-3E XC3S500E硬件平臺上實現。在軟件仿真過程中利用了ISE8.2自帶仿真工具和ModelSim結合使用。 本課題為制造FPGA的專用圖像處理芯片做了有益的探索性研究，為實現FPGA為核心處理芯片的實時圖像處理系統有著積極的作用。
上傳時間： 2013-05-30
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由于其很強的糾錯性能和適合硬件實現的編譯碼算法，卷積編碼和軟判決維特比譯碼目前已經廣泛應用于衛星通信系統。然而隨著航天事業的發展，衛星有效載荷種類的增多和分辨率的不斷提高，信息量越來越大。如何在低信噪比的功率受限信道條件下提高傳輸速率成為目前亟待解決的問題。本論文結合在研項目，在編譯碼算法、編譯碼器的設計與實現、編譯碼器性能提高三個方面對卷積編碼和維特比譯碼進行了深入研究，并進一步介紹了使用VHDL語言和原理圖混合輸入的方式，實現一種(7,3/4)增信刪余方式的高速卷積編碼器和維特比譯碼器的詳細過程；然后將設計下載到XILINX的Virtex2 FPGA內部進行功能和時序確認，最終在整個數據傳輸系統中測試其性能。本文所實現的維特比譯碼器速率達160Mbps，遠遠高于目前國內此領域內的相關產品速率。 首先，論文具體介紹了卷積編碼和維特比譯碼的算法，研究卷積碼的各種參數(約束長度、生成多項式、碼率以及增信刪余等)對其譯碼性能的影響；針對項目需求，確定卷積編碼器的約束長度、生成多項式格式、碼率和相應的維特比譯碼器的回歸長度。 其次，論文介紹了編解碼器的軟、硬件設計和調試一根據已知條件，使用VHDL語言和原理圖混合輸入的方式設計卷積編碼和維特比譯碼的源代碼和原理圖，分別采用功能和電路級仿真，確定卷積編碼和維特比譯碼分別需要占用的資源，考慮卷積編碼器和維特比譯碼器的具體設計問題，包括編譯碼的基本結構，各個模塊的功能及實現策略，編譯碼器的時序、邏輯綜合等；根據軟件仿真結果，分別確定卷積編碼器和維特比譯碼器的接口、所需的FPGA器件選型和進行各自的印制板設計。利用卷積碼本身的特點，結合FPGA內部結構，采用并行卷積編碼和譯碼運算，設計出高速編譯碼器；對軟、硬件分別進行驗證和調試，并將驗證后的軟件下載到FPGA進行電路級調試。 最后，論文討論了卷積編碼和維特比譯碼的性能：利用已有的測試設備在整個數據傳輸系統中測試其性能(與沒有采用糾錯編碼的數傳系統進行比對)；在信道中加入高斯白噪聲，模擬高斯信道，進行誤碼率和信噪比測試。
上傳時間： 2013-04-24
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隨著GPS(Global Positioning System)技術的不斷發展和成熟，其全球性、全天候、低成本等特點使得GPS接收機的用戶數量大幅度增加，應用領域越來越廣。但由于定位過程中各種誤差源的存在，單機定位精度受到影響。目前常從兩個方面考慮減小誤差提高精度：①用高精度相位天線、差分技術等通過提高硬件成本獲取高精度；②針對誤差源用濾波算法從軟件方面實現精度提高。兩種方法中，后者相對于前者在滿足精度要求的前提下節約成本，而且便于系統融合，是應用于GPS定位的系統中更有前景的方法。但由于在系統中實現定位濾波算法需要時間，傳統CPU往往不能滿足實時性的要求，而FPGA以其快速并行計算越來越受到青睞。 本文在FPGA平臺上，根據“先時序后電路”的設計思想，由同步沒計方法以及自頂向下和自下而上的混合設計方法實現系統的總體設計。從GPS-OEM板輸出的定位信息的接收到定位結果的坐標變換，最終到kalman濾波遞推計算減小定位誤差，實現實時、快速、高精度的GPS定位信息采集處理系統，為GPS定位數據的處理方法做了新的嘗試，為基于FPGA的GPS嵌入式系統的開發奠定了基礎。具體工作如下： 基于FPGA設計了GPS定位數據的正確接收和顯示，以及經緯度到平面坐標的投影變換。根掘GPS輸出信息標準和格式，通過串口接收模塊實現串口數掘的接收和經緯度信息提取，并通過LCD實時顯示。在提取信息的同時將數據格式由ASCⅡ碼轉變為十進制整數型，實現利用移位和加法運算達到代替乘法運算的效果，從而減少資源的利用率。在坐標轉換過程中，利用查找表的方法查找轉化時需要的各個參數值，并將該參數先轉為雙精度浮點小數，再進行坐標轉換。根據高斯轉化公式的規律將公式簡化成只涉及加法和乘法運算，以此簡化公式運算量，達到節省資源的目的。 卡爾曼濾波器的實現。首先分析了影響定位精度的各種誤差因素，將各種誤差因素視為一階馬爾科夫過程的總誤差，建立了系統狀態方程、觀測方程和濾波方程，并基于分散濾波的思想進行卡爾曼濾波設計，并通過Matlab進行仿真。結果表明，本文設計的卡爾曼濾波器收斂性好，定位精度高、估計誤差小。在仿真基礎上，實現基于FPGA的卡爾曼濾波計算。在滿足實時性的基礎上，通過IP核、模塊的分時復用和樹狀結構節省資源，實現數據卡爾曼濾波，達到提高數據精度的效果。 設計中以Xilinx公司的Virtex-5系列的XC5VLX110-FF676為硬件平臺，采用Verilog HDL硬件描述語言實現，利用Xilinx公司的ISE10.1工具布局布線，一共使用44438個邏輯資源，時鐘頻率達到100MHZ以上，滿足實時性信號處理要求，在保證精度的前提下達到資源最優。Modelsim仿真驗證了該設計的正確性。
上傳時間： 2013-04-24
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本文對嵌入硬核的FPGA布線通道寬度分布和改進FPGA布局算法進行了研究。文章在嵌入硬核的FPGA布線通道寬度分布研究中，引入了四種架構，其布線通道寬度分布函數分別為均勻、脈沖、高斯和三角分布。通過修改VPR工具的源代碼，使平臺適用于具有嵌入硬核的FPGA架構，利用MCNC基準電路來測試這四種架構的性能。實驗結果表明：在以網線平均長度作為指標的測試中，通道寬度均勻分布的架構具有更短的布線長度、更優的性能。
上傳時間： 2013-06-27
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·摘 要:介紹了數字圖像處理主要研究領域中邊緣檢測的方法,即拉普拉斯高斯算子和Canny算子.利用MatLab圖像處理工具箱提供的圖像處理函數,對圖像進行邊緣檢測,給出了相應程序及處理結果.結果表明：拉普拉斯高斯算子和Canny算子檢測邊緣清晰且噪聲小.[著者文摘]
上傳時間： 2013-05-27
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