本課題深入分析了GPS軟件接收機基于FFT并行捕獲算法并詳細闡述了其FPGA的實現。相比于其它的捕獲方案，該方案更好地滿足了信號處理實時性的要求。 論文的主體部分首先簡單分析了擴頻通信系統的基本原理，介紹了GPS系統的組成，詳細闡述了GPS信號的特點，并根據GPS信號的組成特點介紹了接收機的體系結構。其次，通過對GPS接收機信號捕獲方案的深入研究，確定了捕獲速度快且實現復雜度不是很高的基于FFT的并行捕獲方案，并對該方案提出了幾點改進的措施，根據前面的分析，提出了系統的實現方案，利用MATLAB對該系統進行仿真，仿真的結果充分的驗證了方案的可行性。接著，對于捕獲環節中的核心部分—FFT處理器，設計中沒有采用ALTERA提供的IP核，獨立設計實現了基于FPGA的FFT處理器，并通過對一組數據在MATLAB中運算得到結果和FPGA輸出結果相對比，可以驗證該FFT處理器的正確性。再次重點分析了GPS接收機并行捕獲部分的FPGA具體實現，通過捕獲的FPGA時序仿真波形，證明了該系統已經能成功地捕獲到GPS信號。最后，對全文整個研究工作進行總結，并指出以后繼續研究的方向。 本課題雖然是對于GPS接收機的研究，但其原理與GALILEO、北斗等導航系統的接收機相近，因此該課題的研究對我國衛星導航事業的發展起到了積極的推動作用。
標簽： FFT GPS 信號 并行
上傳時間： 2013-05-29
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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。
標簽： FPGA OFDM 調制解調器
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計和數字化硬件實現。論文首先對GPS衛星導航定位系統進行了分析，并對與數字化接收機直接相關聯的GPS信號中頻部分結合實際系統要求進行了設計和分析，由此確定了數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字化方案設計。同時對偽碼捕獲跟蹤后端的載波捕獲跟蹤的實現方案進行了描述和分析。最后利用EDA工具在FPGA芯片上實現了GPS數字化接收機的偽碼捕獲跟蹤。 受工作環境的制約，GPS衛星接收機系統首先表現為功率受限系統，接收機必須滿足在低信噪比條件下工作。同時接收機與衛星間高動態產生的多普勒頻率，給接收機實現快速捕獲帶來了難度。通過仿真分析，綜合了實現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增益等進行了設計和仿真分析，確定了捕獲的數字化實現方案，偽碼跟蹤采用超前滯后環方案。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，而跟蹤環路的跟蹤范圍為±4/3碼元，保證了捕獲到跟蹤的可靠銜接，同時采用可變環路帶寬措施解決了跟蹤速度和精度的矛盾。 在數字化實現設計中，給出了詳細的數字化實現方案和分析，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設計語言在Xilinx的VirtexII系列的XC2V500fg256的FPGA上完成數字化接收機偽碼捕獲跟蹤的實現，并在其開發平臺上對數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計性能和指標要求。
標簽： FPGA GPS 中頻 數字接收機
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汽車工業在國民經濟增長中發揮著越來越重要的作用。近幾年，雖然我國的汽車工業已經得到了飛速的發展，但汽車ECU(Electronic Control Unit)的設計制造一直無法實現國產化，嚴重制約了汽車工業的發展。針對這個現狀，本課題對于ECU的設計進行了初步研究。首次嘗試了基于SOPC技術的ECU系統設計，并利用dSPACE實時仿真發動機，完成了ECU的硬件在回路仿真，對控制效果進行了測試和分析。 目前，市場上的ECU系統都是基于專用單片機的。本文首先對現有的汽車發動機控制器結構進行了分析比較，總結出ECU的主要組成部件；而后通過各類方案的對比，確定了本課題采用基于FPGA的嵌入NIOS Ⅱ軟核的SOPC技術方案。 之后，進行了汽車發動機模型搭建和控制算法的設計。發動機模型以Hendricks提出的均值模型為基礎，參考mathworks公司的發動機建模方案進行設計。并在該模型基礎上，參考Fekete提出的針對多缸發動機的基于模型的空燃比控制策略和mathworks發動機控制方案，建立了以控制空燃比為核心的發動機噴油控制算法。并通過simulink的仿真，驗證了模型和算法的合理有效性。 基于系統設計總體方案，完成了ECU硬件電路設計，并在該系統中完成了上述算法的移植和優化。最后，利用dSPACE實時仿真發動機，進行ECU的硬件在回路仿真，對本文設計的ECU系統進行了測試。證實了該ECU方案在空燃比控制方面取得了較好的效果。 本論文以大量的圖示形式介紹了發動機模型和系統軟硬件設計，使得系統結構和軟件流程等一目了然，淺顯易懂。同時論文中采用的基于SOPC技術的ECU設計具有一定創新性，對于其他ECU系統的開發和設計具有一定指導意義。
標簽： FPGA 汽車發動機 控制器
上傳時間： 2013-07-11
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本文以VB 為主體開發語言，實現了參數化設計凸輪和凸輪輪廓設計過程的動畫仿真，既提高了凸輪設計效率，又益于計算機輔助教學。
標簽： 凸輪機構 參數 動畫仿真
上傳時間： 2013-06-13
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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。
標簽： 圖像處理 算法研究 硬件設計
上傳時間： 2013-05-30
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雷達信號模擬技術和現代雷達技術的發展息息相關。雷達信號模擬設備可以仿真出各種符合實驗要求的目標信號來，直接注入雷達來對雷達進行試驗，極大的方便了雷達的設計與調試。 本課題主要研究利用FPGA實現線性調頻脈沖壓縮雷達目標信號的模擬。全文的內容如下： 首先詳細闡述了線性調頻(LFM)脈沖壓縮雷達脈沖壓縮原理，分析了線性調頻脈沖信號的特點，討論和比較了匹配濾波數字實現的兩種算法：時域實現和頻域實現。 其次在對常用雷達信號模擬方法探討的基礎上，提出基于FPGA的線性調頻脈沖壓縮雷達目標視頻信號模擬器的系統設計，對點目標、多目標和延展目標等情況下的目標信號進行建模，針對設定目標參數完成了目標信號的波形仿真，并完成基于頻域實現方法的線性調頻脈沖壓縮雷達數字匹配濾波算法的設計及仿真。 最后，在Quartus Ⅱ 6.0平臺上，完成模擬器中脈沖壓縮等信號處理部分基于Verilog HDL 語言的軟件設計及功能、時序仿真，并完成了相關硬件的設計。
標簽： 線性 調頻 脈沖壓縮 視頻信號
上傳時間： 2013-07-13
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激光打標是一種利用高能量的激光束在打標物體表面刻下永久性標識的技術。與傳統的壓刻等方法相比，激光打標具有速度快、無污染、質量高、性能穩定、不接觸物體表面等優點。激光打標是目前工業產品標記的先進技術，是一種高效的標記方法。傳統的基于ISA總線、PCI總線或者USB總線的激光打標控制器增加了激光打標機的成本和體積。本文提出一種基于ARM+FPGA架構的嵌入式系統方案，主要的研究工作如下：首先，介紹了激光打標系統的組成，激光打標技術的發展現狀和激光打標機的原理。根據激光打標控制系統的功能要求和性能要求，提出了ARM+FPGA的總體設計，并簡要討論了ARM和FPGA的特點和優勢。ARM處理器的主要功能是完成打標內容的輸入和變換處理，打標機參數的設置和控制打標。FPGA的作用是接收、存儲和轉換打標數據，然后產生控制信號去控制激光打標設備。然后，詳細討論了激光打標機控制器的硬件電路設計，包括ARM控制單元電路、FPGA控制單元電路和數模轉換模塊等。為了使控制器能夠長時間可靠穩定地工作，還采取了隔離技術等許多抗干擾措施。完成了 FPGA中各個模塊的程序設計，利用Quartus Ⅱ軟件進行了仿真驗證，調試了控制器的功能。本文所設計的嵌入式激光打標控制器發揮了ARM和FPGA各自的優勢。經過在實際打標系統中的測試，證明本次設計的激光打標機控制器實現了預期的功能，取得了滿意的打標效果。關鍵詞：ARM，FPGA，激光打標，FIFO，CO2激光器，掃描振鏡系統
標簽： ARMFPGA 激光打標 制器設計
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隨著現場可編程門陣列(FPGA)在工業中的廣泛應用，使得基于FPGA數字信號處理的實現在雷達信號處理中有著重要地位。模型化設計是一種自頂向下的面向FPGA的快速原型驗證法，它不僅降低了FPGA設計門檻，而且縮短了開發周期，提高了設計效率。這使得FPGA模型化設計成為了FPGA系統設計的發展趨勢。本文針對常見雷達信號處理模塊的FPGA模型化實現，在以下幾個方面展開研究：首先對基于FPGA的模型化設計方法進行了研究，給出了模型化設計方法的發展現狀和趨勢，并對本文中使用的模型化設計方法的軟件工具System Generator和AccelDSP進行了介紹。其次使用這兩種軟件工具對FIR濾波器進行了模型化設計并同RTL(寄存器傳輸級)設計方法進行對比，全面分析了模型化設計方法和RTL設計方法的優缺點。然后在簡明闡述雷達信號處理原理的基礎上，使用System Generator對數字下變頻(DDC)、脈沖壓縮、動目標顯示(MTI)及恒虛警(CFAR)處理等雷達信號處理模塊進行了自頂向下的模型化設計。在Simulink中進行了功能仿真驗證，生成了HDL代碼，并在Xilinx FPGA中進行了RTL的時序仿真分析。關鍵詞：雷達信號處理 FPGA 模型化設計 System Generator AccelDSP
標簽： FPGA 模型 雷達信號
上傳時間： 2013-07-25
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·摘 要:本文研究了小波閩值圖像的去噪方法，并與其它圖像去噪方法進行了比較。對lena圖像進行MATLAB仿真實驗，得到了主觀效果圖和客觀效果的PSNR。研究發現，小波閾值圖像去噪無論主觀效果還是客觀效果都優于其他圖像去噪方法。[著者文摘]
標簽： MATLAB 小波閾值 圖像去噪算法 仿真實驗
上傳時間： 2013-06-04
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