自20世紀(jì)90年代以來，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、超大規(guī)模集成電路技術(shù)和通信及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，微機(jī)保護(hù)和測控裝置的性能得到大幅提升，以此為基礎(chǔ)的變電站自動化系統(tǒng)在我國的電力系統(tǒng)中得到長足的發(fā)展和廣泛的應(yīng)用。 @@ 為增加產(chǎn)品的市場競爭力，電力系統(tǒng)二次設(shè)備生產(chǎn)廠商緊跟市場需求，將各種具有高性價比的新型處理器芯片和外圍芯片大量應(yīng)用到變電站自動化系統(tǒng)的保護(hù)、測控裝置上，如32位CPU、數(shù)字信號處理芯片DSP、高速高精度A/D轉(zhuǎn)換芯片、大容量Flash存儲芯片、可編程邏輯器件CPLD、FPGA等。這些功能強(qiáng)大的器件的應(yīng)用使保護(hù)測控裝置在外形上趨于小型化集成化，而在功能上則較以前有顯著提升。同時，各種成熟的商用嵌入式實(shí)時操作系統(tǒng)的采用使處理器的性能得到充分發(fā)揮，裝置通信、數(shù)據(jù)存儲及處理能力更強(qiáng)，性能大幅提高，程序移植升級更加方便快捷。 @@ 本論文以現(xiàn)階段國內(nèi)外變電站自動化系統(tǒng)測控技術(shù)為參考，根據(jù)變電站自動化系統(tǒng)的發(fā)展趨勢和要求，研究一種基于ARM和FPGA技術(shù)并采用嵌入式實(shí)時操作系統(tǒng)的高性能測控裝置，并給出硬軟件設(shè)計(jì)。 @@ 裝置硬件采用模塊化設(shè)計(jì)，按照測控裝置基本功能設(shè)計(jì)插件板。分為主CPU插件、交流采樣插件、遙信采集插件、遙控出口插件、直流采樣及輸出插件。除主CPU插件，其他插件的數(shù)量可以根據(jù)需要任意增減，滿足不同用戶的需求。 @@ 裝置主CPU采用目前先進(jìn)的基于ARM技術(shù)的微處理器AT91RM9200，通過數(shù)據(jù)、地址總線和其他插件板連接，構(gòu)成裝置的整個系統(tǒng)。交流采樣插件采用FPGA技術(shù)，利用ALTERA公司的FPGA芯片EP1K10實(shí)現(xiàn)交流采樣的控制，降低了CPU的負(fù)擔(dān)。 @@ 軟件采用Vxworks嵌入式實(shí)時操作系統(tǒng)，增加了系統(tǒng)的性能。以任務(wù)來管理不同的軟件功能模塊，利于裝置軟件的并行開發(fā)和維護(hù)。 @@關(guān)鍵詞：測控裝置；嵌入式實(shí)時操作系統(tǒng)；ARM；現(xiàn)場可編程門陣列
上傳時間： 2013-04-24
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近年來，大容量數(shù)據(jù)存儲設(shè)備主要是機(jī)械硬盤，機(jī)械硬盤采用機(jī)械馬達(dá)和磁片作為載體，存在抗震性能低、高功耗和速度提升難度大等缺點(diǎn)。固態(tài)硬盤是以半導(dǎo)體作為存儲介質(zhì)及控制載體，無機(jī)械裝置，具有抗震、寬溫、無噪、可靠和節(jié)能等特點(diǎn)，是目前存儲領(lǐng)域所存在問題的解決方案之一。本文針對這一問題，設(shè)計(jì)基于FPGA的固態(tài)硬盤控制器，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的固態(tài)存儲。 文章首先介紹硬盤技術(shù)的發(fā)展，分析固態(tài)硬盤的技術(shù)現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢，闡述課題研究意義，并概述了本文研究的主要內(nèi)容及所做的工作。然后從分析固態(tài)硬盤控制器的關(guān)鍵技術(shù)入手，研究了SATA接口協(xié)議和NANDFLASH芯片特性。整體設(shè)計(jì)采用SOPC架構(gòu)，所有功能由單片F(xiàn)PGA完成。移植MicroBlaze嵌入式處理器軟核作為主控制器，利用Verilog HDL語言描述IP核形式設(shè)計(jì)SATA控制器核和NAND FLASH控制器核。SATA控制器核作為高速串行傳輸接口，實(shí)現(xiàn)SATA1.0協(xié)議，根據(jù)協(xié)議劃分四層模型，通過狀態(tài)機(jī)和邏輯電路實(shí)現(xiàn)協(xié)議功能。NAND FLASH控制器核管理NANDFLASH芯片陣列，將NAND FLASH接口轉(zhuǎn)換成通用的SRAM接口，提高訪問效率。控制器完成NAND FLASH存儲管理和糾錯算法，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的存儲和讀取。最后完成固態(tài)硬盤控制器的模塊測試和整體測試，介紹了測試方法、測試工具和測試流程，給出測試數(shù)據(jù)和結(jié)果分析，得出了驗(yàn)證結(jié)論。 本文設(shè)計(jì)的固態(tài)硬盤控制器，具有結(jié)構(gòu)簡單和穩(wěn)定性高的特點(diǎn)，易于升級和二次開發(fā)，是實(shí)現(xiàn)固態(tài)硬盤和固態(tài)存儲系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)。
標(biāo)簽： FPGA 固態(tài)硬盤 制器設(shè)計(jì)
上傳時間： 2013-05-28
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隨著數(shù)碼技術(shù)的不斷發(fā)展，數(shù)字圖像處理的應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大，其實(shí)時處理技術(shù)成為研究的熱點(diǎn)。VLSI技術(shù)的迅猛發(fā)展為數(shù)字圖像實(shí)時處理技術(shù)提供了硬件基礎(chǔ)。其中FPGA(現(xiàn)場可編程門陣列)的特點(diǎn)使其非常適用于進(jìn)行一些基于像素級的圖像處理。 傳統(tǒng)的圖像顯示系統(tǒng)必須連接到PC才能觀察圖像視頻，存在著高速實(shí)時性、穩(wěn)定性問題。本設(shè)計(jì)脫離高清晰工業(yè)相機(jī)必須與PC連接才可以觀看到高清晰圖像的束縛，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的小型化。針對130萬像素彩色1/2英寸鎂光CMOS圖像傳感器，提出用硬件實(shí)現(xiàn)Bayer格式到RGB格式轉(zhuǎn)換的設(shè)計(jì)方案，完成由黑白圖像到高清彩色圖像的轉(zhuǎn)換，用SDRAM作緩存，輸出標(biāo)準(zhǔn)VGA信號，可直接連接VGA顯示器、投影儀等設(shè)備進(jìn)行實(shí)時的視頻圖像觀看，與模擬相機(jī)740X576分辨率(480線)圖像相比，設(shè)計(jì)圖像畫質(zhì)相當(dāng)于1280X1024分辨率(750線)，最高幀率25fps，整個結(jié)構(gòu)應(yīng)用FPGA作為主控制器，用少量的緩存代替?zhèn)鹘y(tǒng)的大容量存儲，加快了運(yùn)算速率，減小了電路規(guī)模，滿足圖像實(shí)時處理的要求，使展現(xiàn)出來的視頻圖像得到質(zhì)的飛躍。可以廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制和遠(yuǎn)程監(jiān)控等領(lǐng)域。 論文研究的重點(diǎn)是采用altera公司EP2C芯片前端驅(qū)動CMOS圖像傳感器，實(shí)時采集Bayer圖像象素，分析研究CFA圖像插值算法，實(shí)現(xiàn)了基于FPGA的實(shí)時線性插值算法，能夠?qū)斎胧敲肯袼?bit、分辨率為1280×1204的Bayer模式圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時重構(gòu)，輸出彩色RGB圖像。由端口FIFO作為數(shù)據(jù)緩沖，存儲一幀圖像到高速SDRAM，構(gòu)建VGA顯示控制器，實(shí)現(xiàn)對輸入是每像素24bit(RGB101010)、分辨率為640×480、幀頻25HZ彩色圖像進(jìn)行實(shí)時顯示。 整個模塊結(jié)構(gòu)包括電源模塊單元等、CMOS成像單元、FPGA數(shù)據(jù)處理單元、SDRAM控制單元、VGA顯示接口單元。 最后，對系統(tǒng)進(jìn)行了調(diào)試。經(jīng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，系統(tǒng)達(dá)到了實(shí)時性，能正確和可靠的工作。整個設(shè)計(jì)模塊能夠滿足高幀率和高清晰的實(shí)時圖像處理，占用系統(tǒng)資源很少，用較少的時間完成了圖像數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換，提高了效率。
標(biāo)簽： FPGA 實(shí)時圖像采集 與處理系統(tǒng)
上傳時間： 2013-06-08
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高速大容量數(shù)據(jù)采集存儲技術(shù)在通信、航天、氣象、雷達(dá)等多個領(lǐng)域中擁有著廣泛應(yīng)用。各領(lǐng)域科技與信息技術(shù)不斷發(fā)展，對數(shù)據(jù)的采集和傳輸速率要求越來越高，對數(shù)據(jù)存儲的速度和容量要求也越來越高。高速數(shù)據(jù)存儲主要包括存儲介質(zhì)選取、存儲器控制、數(shù)據(jù)存儲和總線應(yīng)用等，如何實(shí)時、高速、連續(xù)大量地采集存儲數(shù)據(jù)是一個關(guān)鍵性問題。 本文設(shè)計(jì)了一種基于FPGA控制的高速數(shù)據(jù)采集存儲系統(tǒng)。該系統(tǒng)選用符合ATA-6規(guī)范的IDE硬盤作為數(shù)據(jù)存儲介質(zhì)，采用RAID0配置的磁盤陣列形式，并配合板載的128MB內(nèi)存實(shí)現(xiàn)對數(shù)據(jù)的高速大容量穩(wěn)定存儲。 該磁盤陣列同時管理五個IDE硬盤，平均數(shù)據(jù)流達(dá)到250MB/s，峰值傳輸速率達(dá)到500MB/s，也可以擴(kuò)展更多硬盤構(gòu)成大容量的磁盤陣列。系統(tǒng)采用PCI-9054橋芯片與計(jì)算機(jī)連接，可同時存儲四路AD數(shù)據(jù)，可以通過人機(jī)交互界面實(shí)時監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)采集情況，在計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)整個磁盤陣列的實(shí)時控制。
標(biāo)簽： FPGA 高速數(shù)據(jù) 采集
上傳時間： 2013-06-14
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隨著數(shù)字電子技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字信號處理廣泛應(yīng)用于聲納、雷達(dá)、通訊語音處理和圖像處理等領(lǐng)域。快速傅立葉變換(Fast Fourier Transform，F(xiàn)FT)在數(shù)字信號處理系統(tǒng)中起著很重要的作用，F(xiàn)FT 有效地提高了離散傅立葉變換(Discret Fourier Transform，DFT)的運(yùn)算效率。 處理器一般要求具有高速度、高精度、大容量和實(shí)時處理的性能，而現(xiàn)場可編程門陣列(Field Programmable Gate Array，F(xiàn)PGA)是近年來迅速發(fā)展起來的新型可編程器件，在處理大規(guī)模數(shù)據(jù)方面，有極大的優(yōu)勢。論文采用了在FPGA中實(shí)現(xiàn)FFT算法的方案。 數(shù)字信號處理板的硬件電路設(shè)計(jì)是本論文的重要部分之一。在介紹了FFT以及波束形成的基本原理和基本方法的基礎(chǔ)上，根據(jù)實(shí)時處理的要求，給出了數(shù)字信號處理板的硬件設(shè)計(jì)方案并對硬件電路的實(shí)現(xiàn)進(jìn)行了分析和說明。 依據(jù)數(shù)字系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，分別采用基二按時間抽取FFT算法、基四按時間抽取FFT算法以及FFT兆核函數(shù)三種方法利用硬件描述語言(VHSICHardware Description Language，VHDL)實(shí)現(xiàn)了1024點(diǎn)的FFT，接著對三種方法進(jìn)行了評估，得出了FPGA完全能滿足處理器的實(shí)時處理的要求的結(jié)論。然后根據(jù)通用串行總線(Universial Serial Bus，USB)協(xié)議，利用VHDL語言編寫了USB接口芯片ISP1581的固件程序，實(shí)現(xiàn)了設(shè)備的枚舉過程。
上傳時間： 2013-06-27
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數(shù)據(jù)采集處理技術(shù)是現(xiàn)代信號處理的基礎(chǔ)，廣泛應(yīng)用于雷達(dá)、聲納、軟件無線電、瞬態(tài)信號測試等領(lǐng)域。隨著信息科學(xué)的飛速發(fā)展，人們面臨的信號處理任務(wù)越來越繁重，對數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)的要求也越來越高。近年來FPGA由于其設(shè)計(jì)靈活性、更強(qiáng)的適應(yīng)性及可重構(gòu)性，結(jié)合SDRAM的高速、大容量、價格優(yōu)勢，在設(shè)計(jì)高速實(shí)時數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)時受到了廣泛的關(guān)注。 本課題重點(diǎn)研究了基于FPGA與DDR2-SDRAM的高速實(shí)時數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)技術(shù)，為需要大容量存儲器的系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供了新的思路。在深入研究了DDR2-SDRAM器件的基本構(gòu)造與工作原理的基礎(chǔ)上，結(jié)合成熟的商業(yè)化IP核，提出了基于FPGA與DDR2-SDRAM的高速實(shí)時數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案，并從總體設(shè)計(jì)構(gòu)想到各邏輯細(xì)節(jié)實(shí)現(xiàn)都進(jìn)行了詳細(xì)描述。根據(jù)DDR2-SDRAM的特點(diǎn)，選擇合適的內(nèi)存調(diào)度方案，采用Verilog HDL語言設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了該高速實(shí)時數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，并對系統(tǒng)功能進(jìn)行驗(yàn)證與分析，結(jié)果表明本設(shè)計(jì)完全能夠滿足系統(tǒng)的性能指標(biāo)。
上傳時間： 2013-06-24
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交流電源供電方式正在由集中式向分布式、全功能式發(fā)展，而實(shí)現(xiàn)分布式電源的核心就是模塊的并聯(lián)技術(shù)。多臺逆變器并聯(lián)可以實(shí)現(xiàn)大容量供電和冗余供電，可大大提高系統(tǒng)的靈活性，使電源系統(tǒng)的體積重量大為降低，同時其主開關(guān)器件的電流應(yīng)力也可大大減少，從根本上提高了可靠性、降低成本和提高功率密度。本文主要研究逆變器并聯(lián)技術(shù)。 本文首先對電壓、電流雙閉環(huán)逆變器控制系統(tǒng)進(jìn)行了研究。通過對傳遞函數(shù)的分析，得到了基于等效輸出阻抗的雙閉環(huán)控制的逆變器并聯(lián)系統(tǒng)模型。在分析逆變器模型的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了各控制器參數(shù)，并通過MATLAB仿真進(jìn)行了驗(yàn)證。根據(jù)上述模型，分析了逆變器并聯(lián)的環(huán)流特性，以及基于有功和無功功率的并聯(lián)控制方案。 隨著電子技術(shù)的不斷發(fā)展，F(xiàn)PGA技術(shù)正在越來越多地用于工程實(shí)踐中。本文在研究SPWM控制技術(shù)的基礎(chǔ)上，應(yīng)用FPGA芯片EP1C12Q240C8實(shí)現(xiàn)了SPWM數(shù)字控制器，用于多模塊逆變器并聯(lián)控制系統(tǒng)。文中給出了仿真結(jié)果和芯片的測試結(jié)果。 基于FPGA的三相逆變器并聯(lián)數(shù)字控制器的研究具有現(xiàn)實(shí)意義，設(shè)計(jì)具有創(chuàng)新性。仿真和芯片的初步測試結(jié)果表明：本文設(shè)計(jì)的基于FPGA的逆變器并聯(lián)數(shù)字控制器能夠滿足逆變器并聯(lián)系統(tǒng)的要求。
上傳時間： 2013-08-05
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目前電力系統(tǒng)正朝著設(shè)備數(shù)字化和網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)化的方向發(fā)展，電力系統(tǒng)的行為也將會越來越復(fù)雜。作為電網(wǎng)故障分析必不可少的故障錄波器，電網(wǎng)的日趨復(fù)雜化對其性能提出了更高的要求。FPGA技術(shù)和嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展為故障錄波器的性能改善提供了必要條件。 本文首先提出了一種基于以上技術(shù)的高性能分布式輸電線路故障錄波器的實(shí)現(xiàn)方案，簡要分析了其軟硬件結(jié)構(gòu)和功能；接著針對故障錄波裝置中數(shù)據(jù)采集的高精度、高速度問題，提出了基于FPGA和AD7656的數(shù)據(jù)采集單元的設(shè)計(jì)方案；針對大容量故障數(shù)據(jù)的存儲問題，設(shè)計(jì)了在內(nèi)嵌PowerPC微處理器的FPGA上實(shí)現(xiàn)SDRAM控制器的方案，并運(yùn)用modelsim6.0仿真工具對設(shè)計(jì)的SDRAM控制器進(jìn)行了仿真；研究了在內(nèi)嵌PowerPC微處理器上構(gòu)建嵌入式系統(tǒng)的問題；最后討論了行波測距算法在輸電線路故障錄波器中應(yīng)用的相關(guān)問題。
上傳時間： 2013-07-17
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隨著存儲技術(shù)的迅速發(fā)展，存儲業(yè)務(wù)需求的不斷增長，獨(dú)立的磁盤冗余陣列可利用多個磁盤并行存取提高存儲系統(tǒng)的性能。磁盤陣列技術(shù)采用硬件和軟件兩種方式實(shí)現(xiàn)，軟件RAID（Redundant Array of Independent Disks）主要利用操作系統(tǒng)提供的軟件實(shí)現(xiàn)磁盤冗余陣列功能，對系統(tǒng)資源利用率高，節(jié)省成本。硬件RAID將大部分RAID功能集成到一塊硬件控制器中，系統(tǒng)資源占用率低，可移植性好。 分析了軟件RAID的性能瓶頸，使用硬件直接完成部分計(jì)算提高軟件RAID性能。針對RAID5采用FPGA（Field Programmable Gate Array）技術(shù)實(shí)現(xiàn)RAID控制器硬件設(shè)計(jì)，完成磁盤陣列啟動、數(shù)據(jù)緩存（Cache）以及數(shù)據(jù)XOR校驗(yàn)等功能。基于硬件RAID的理論，提出一種基于Virtex-4的硬件RAID控制器的系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案：獨(dú)立微處理器和較大容量的內(nèi)存；實(shí)現(xiàn)RAID級別遷移，在線容量擴(kuò)展，在線數(shù)據(jù)熱備份等高效、用戶可定制的高級RAID功能；利用Virtex-4內(nèi)置硬PowerPC完成RAID服務(wù)器部分配置和管理工作，運(yùn)行Linux操作系統(tǒng)、RAID管理軟件等。控制器既可以作為RAID控制卡在服務(wù)器上使用，也可作為一個獨(dú)立的系統(tǒng)，成為磁盤陣列的調(diào)試平臺。 隨著集成電路的發(fā)展，芯片的體積越來越小，電路的布局布線密度越來越大，信號的工作頻率也越來越高，高速電路的傳輸線效應(yīng)和信號完整性問題越來越明顯。RAID控制器屬于高速電路的范疇，在印刷電路板（Printed Circuit Block, PCB）實(shí)現(xiàn)時分別從疊層設(shè)計(jì)、布局、電源完整性、阻抗匹配和串?dāng)_等方面考慮了信號完整性問題，并基于IBIS（I/O Buffer Information Specification）模型進(jìn)行了信號完整性分析及仿真。
上傳時間： 2013-04-24
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在合成孔徑雷達(dá)的研究和研制工作中，合成孔徑雷達(dá)模擬技術(shù)具有十分重要的作用。本文以440MHz帶寬線性調(diào)頻信號，采樣頻率500MHz高分辨合成孔徑雷達(dá)視頻模擬器為研究對象。首先對模擬器的幾項(xiàng)主要技術(shù)進(jìn)行分析，在對點(diǎn)目標(biāo)回波信號模型分析研究的基礎(chǔ)上，對點(diǎn)目標(biāo)原始回波數(shù)據(jù)進(jìn)行模擬并做了成像驗(yàn)證，從而為硬件實(shí)現(xiàn)提供了正確的信號模型；針對傳統(tǒng)的“波形存儲直讀法”方案，即在計(jì)算機(jī)平臺上用模擬軟件產(chǎn)生原始回波數(shù)據(jù)并存儲，再通過計(jì)算機(jī)接口實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸，最后完成數(shù)模轉(zhuǎn)換產(chǎn)生視頻信號這一過程，分析指出該方案在實(shí)現(xiàn)高分辨率時的速度和容量瓶頸。 針對具體的設(shè)計(jì)要求，圍繞速度和容量問題，本文著眼于高分辨率SAR模擬器的FPGA實(shí)現(xiàn)研究，指出FPGA實(shí)時生成點(diǎn)目標(biāo)原始回波數(shù)據(jù)是其實(shí)現(xiàn)的核心；針對這一核心問題，充分利用現(xiàn)代VLSI設(shè)計(jì)中的流水線技術(shù)與并行陣列技術(shù)以及FPGA的優(yōu)良性能和豐富資源，在時間上采用同步流水結(jié)構(gòu)、空間上采用并行陣列形式，將速度和容量問題統(tǒng)一為數(shù)據(jù)的高速生成問題；給出了系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)思想，該方案不需要大容量存儲器單元，大大減少模擬器復(fù)雜度；對原始回波數(shù)據(jù)實(shí)時生成模塊的各主要單元給出了結(jié)構(gòu)并進(jìn)行了仿真，結(jié)果表明FPGA可以滿足課題設(shè)計(jì)要求；同時，對該模擬器片上系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)、增強(qiáng)人機(jī)交互性，給出了人機(jī)界面的設(shè)計(jì)思路。 分析指出了點(diǎn)目標(biāo)原始回波數(shù)據(jù)實(shí)時生成模塊通過并行擴(kuò)展即可實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)目標(biāo)的原始回波數(shù)據(jù)實(shí)時生成；最后對復(fù)雜場景目標(biāo)模擬器的實(shí)現(xiàn)進(jìn)行了構(gòu)思，指出了傳統(tǒng)方案在改進(jìn)的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)高分辨率視頻模擬器的可行性。本文首次提出以FPGA實(shí)現(xiàn)高分辨率合成孔徑雷達(dá)原始回波數(shù)據(jù)實(shí)時生成的思想，為國內(nèi)業(yè)界在此方向做了一些理論和實(shí)踐上的有益探索，對于國內(nèi)高分辨率合成孔徑雷達(dá)的研制具有一定的實(shí)際意義。
標(biāo)簽： FPGA 高分辨率 合成孔徑 雷達(dá)視頻
上傳時間： 2013-04-24
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