隨著中國二代導航系統的建設，衛星導航的應用將普及到各個行業，具有自主知識產權的衛星導航接收機的研究與設計是該領域的一個研究熱點。在接收機的設計中，對于成熟技術將利用ASIC芯片進行批量生產，該芯片是專用芯片，一旦制造成型不能改變。但是對于正在研究的接收機技術，特別是在需要利用接收機平臺進行提高接收機性能研究時，利用FPGA通用可編程門陣列芯片是非常方便的。在FPGA上的研究成果，一旦成熟可以很方便的移植到ASIC芯片，進行批量生產。本課題就是基于FPGA研究GPS并行捕獲技術的硬件電路，著重進行了其中一個捕獲通道的設計和實現。 GPS信號捕獲時間是影響GPS接收機性能的一個關鍵因素，尤其是在高動態和實時性要求高的應用中或者對弱GPS信號的捕獲方面。因此，本文在滑動相關法基礎上引出了基于FFT的并行快速捕獲方法，采用自頂向下的方法對系統進行總體功能劃分和結構設計，并采用自底向上的方法對系統進行功能實現和驗證。 本課題以Xilinx公司的Spartan3E開發板為硬件開發平臺，以ISE9.2i為軟件開發平臺，采用Verilog HDL編程實現該系統。并利用Nemerix公司的GPS射頻芯片NJ1006A設計制作了GPS中頻信號產生平臺。該平臺可實時地輸出采樣頻率為16.367MHz的GPS數字中頻信號。 本課題主要是基于采樣率變換和FFT實現對GPS C/A碼的捕獲。該算法利用平均采樣的方法，將信號的采樣率降低到1.024 MHz，在低采樣率下利用成熟的1024點FFT IP核對C/A碼進行粗捕，給出GPS信號的碼相位(精度大約為1/4碼片)和載波的多普勒頻率，符合GPS后續跟蹤的要求。 同時，由于FFT算法是以資源換取時間的方法來提高GPS捕獲速度的，所以在設計時，合理地采用FPGA設計思想與技巧優化系統。基于實用性的要求，詳細的給出了基于FFT的GPS并行捕獲各個模塊的實現原理、實現結構以及仿真結果。并達到降低系統硬件資源，能夠快速、高效地實現對GPS C/A碼捕獲的要求。 本研究是導航研究所承擔的國家863課題“利用多徑信號提高GNSS接收機性能的新技術研究”中關于接收機信號捕獲算法的一部分，對接收機的設計具有一定的參考價值。
上傳時間： 2013-07-22
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數字圖像處理技術是信息科學中近幾十年來發展最為迅速的學科之一。目前，數字圖像處理技術被廣泛應用于航空航天、通信、醫學及工業生產等領域中。數字圖像處理的特點是處理的數據量大，處理非常耗時，本文研究了在FPGA上用硬件描述語言實現圖像處理算法，通過功能模塊的硬件化，解決了視頻圖像處理的速度問題。隨著微電子技術的高速發展，FPGA為數字圖像信號處理在算法、系統結構上帶來了新的方法和思路。 本文設計的基于FPGA的圖像處理系統，是一個具有視頻圖像采集、圖像處理、圖像顯示功能的圖像處理系統。該系統采用Altera公司FPGA芯片作為中央處理器，由視頻解碼模塊、圖像處理模塊、視頻編碼模塊組成。模擬視頻信號由CCD傳感器送入，經視頻解碼芯片SAA7113轉換成數字視頻信號后，圖像處理模塊完成中值濾波和邊緣檢測這兩種圖像處理算法，視頻編碼芯片SAA7121將數字視頻信號轉換成模擬視頻信號輸出。 整個設計及各個模塊都在Altera公司的開發環境QuartusⅡ以及第三方仿真軟件Modelsim上進行了仿真及邏輯綜合。仿真結果表明，使用FPGA硬件處理圖像數據不僅能夠獲得良好的處理效果，處理速度也遠遠高于軟件法處理的方法。
上傳時間： 2013-04-24
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作為性能優異的糾錯編碼，Turbo碼自誕生以來就一直受到理論界以及工程應用界的關注。TD—SCDMA是我國擁有自主知識產權的3G通信標準，該標準把Turbo碼是作為前向糾錯體制，但Turbo碼的譯碼算法比較復雜并且需要多次迭代，這造成Turbo碼譯碼延時大，譯碼速度慢，因此限制了Turbo碼的實際應用。因此有必要研究如何將現有的Turbo碼譯碼算法進行簡化，加速，使其轉化成為適合在硬件上實現的算法，將實驗室的理論研究成果轉化成為硬件產品。 論文主要的研究內容有以下兩點： 其一，提出信道自適應迭代譯碼方案。在事先設定最大迭代次數的情況下，自適應Turbo碼譯碼算法能夠根據信道的變化自動調整迭代次數。 仿真結果表明：該自適應迭代譯碼方案能夠根據信道的變化自動調整迭代次數，在保證譯碼性能基本上沒有損失的情況下，有效減少譯碼時間，明顯提高譯碼速度。 其二，根據得到的信道自適應迭代譯碼方案，借助Xilinx公司Spartan3 FPGA硬件平臺，使用Verilog硬件描述語言，將用C/C++語言寫成的信道自適應迭代譯碼算法轉化成為硬件設計實現，得到硬件電路，并對得到的譯碼器硬件電路進行測試。 測試結果表明：隨著信道的變化，硬件電路的譯碼速度也隨之自動變化，信噪比越高譯碼速度越快，并且硬件譯碼器性能（誤比特率）與實驗仿真基本一致。
上傳時間： 2013-05-31
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矩陣運算是描述許多工程問題中不可缺少的數學關系，矩陣運算具有執行效率好、速度快、集成度高等優點，并且隨著動態可配置技術的發展，靈活性也有了很大的提高。因此，尋找矩陣運算的高速實現方法是具有很大的現實意義，能夠為高速運算應用提供技術支持。 為了提高研究成果的實用性與商用性，本文主要針對某種體積小、運算速度和性能要求很高的特殊場合設計并實現基于FPGA的矩陣運算功能。通過系統地研究FPGA功能結構、設計原理、DSP接口、IEEE-754標準，深入學習浮點數及矩陣的基礎運算以及硬件編程語言等內容，根據矩陣運算的特點和原理，討論了硬件設計方面重點對具體核心器件結構、特點以及有關FPGA的設計流程和控制器Verilog HDL硬件編程語言代碼方面內容，確定了基于FPGA浮點運算及矩陣運算單元的Verilog HDL設計方法，在Quartus II平臺上對其仿真、記錄運算結果，并對采集到的數據結果進行了深入分析與總結。 本設計通過幾種矩陣算法利用FPGA和MATLAB分別進行了實現測試，驗證了設計結果的正確性，證明了本設計中矩陣運算速率的實用性與高效性，提高了系統資源利用率和系統可靠性，為今后在工程、軍事、通訊等生產生活各個領域應用打下良好基礎。
上傳時間： 2013-07-07
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PID算法自從問世以來，一直受到廣泛的關注。隨著現代控制理論及智能控制技術的發展，PID算法也得到了長足的發展。結合傳統的PID控制算法，針對特定的控制領域，出現了一些新的控制算法，模糊PID控制算法就是在此基礎上漸漸形成并凸顯其控制特色。 同時隨著微電子技術的發展，現場可編程邏輯器件FPGA的發展及其EDA技術的日漸成熟，為集成控制芯片開拓了廣闊的發展空間。FPGA的發展為基于硬件的算法模塊的實現提供了可能性，同時節省了外圍的電路，使算法模塊的集成度大大提高。 本文針對當前國內外在算法研究方面的熱點問題，對模糊PID算法進行了深入的分析和研究。通過對汽輪機調節系統的結構分析，對其進行了數學建模。采用某汽輪機的實際設計運行參數，利用Matlab仿真軟件，對該汽輪機的數學模型進行了甩負荷動態特性仿真。仿真結果表明，模糊PID可以更好地解決汽輪發電機組在甩負荷過程中由于機組轉子飛升量太大而導致危急保安裝置動作，使得汽輪發電機組意外停機的問題，能夠保證汽輪發電機組在意外甩負荷時機組正常的機械運轉。根據模糊控制理論的特點及EDA技術和FPGA可編程邏輯器件的發展現狀，提出了在FPGA上實現模糊PID算法的具體實現方案。在綜合分析算法特性的基礎上，選擇Altera公司生產的CycloneⅡ系列中的EP2C35F672C6作為目標芯片，利用分層模塊化設計思想，在Altera公司提供的QuartusⅡ開發環境中，利用原理圖設計輸入和VHDL設計輸入相結合的方式實現了模糊PID控制算法，同時分別對實現的各個功能模塊和整個算法模塊進行了功能時序仿真。根據仿真結果分析，該設計實現了的模糊PID控制功能。 該控制算法模塊的FPGA實現很好的避免了因CPU或者其它問題導致算法程序跑飛、程序死循環、復位不可靠等問題，提高了控制的可靠性。同時加強了模塊的通用性，減少了系統硬件開發周期，節省了外圍設備的電路，降低了設計開發成本。
上傳時間： 2013-07-21
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全球定位系統(Global Positioning System—GPS)是新一代衛星導航定位系統，具有全球、全天候、連續、高精度導航與定位功能，能夠為廣大用戶提供精確的三維坐標、速度和時間信息。因此，GPS系統被廣泛地應用于生活中的各個領域。GPS系統用戶主要是各種型號的接收機，而捕獲跟蹤技術是接收機的關鍵技術，同時也是一個技術難點。在GPS接收機中，導航電文是用戶定位和導航的數據基礎，為了得到導航電文必須要對GPS信號進行捕獲跟蹤。本文詳細研究了GPS信號捕獲跟蹤技術，并進行了FPGA設計。 @@ 本文首先概述了GPS系統信號結構和GPS接收機工作原理，對GPS信號調制機理進行詳細地闡述，重點分析了C/A碼生成原理和特性。 @@ 其次敘述了GPS信號捕獲的基礎理論，重點研究時域滑動相關捕獲方法，深入分析其算法和性能。用MATLAB中Simulink軟件包搭建了可自由修改參數的GPS中頻發生器，并在此平臺上，對GPS信號時域滑動相關捕獲算法進行仿真與分析。 @@ 接著重點研究了GPS信號跟蹤技術，系統分析碼跟蹤環路和載波跟蹤環路結構框圖以及算法。在碼跟蹤環路方面，選用并分析了能分離載波的非相干超前滯后碼鎖定環的工作機理。在載波跟蹤環路中選用對導航電文數據相位翻轉不敏感的科斯塔斯環，并用數學模型分析GPS信號的解調過程。之后對整個跟蹤環路進行MATLAB仿真，結果表明環路參數設計滿足要求，并能成功解調出GPS導航電文。 @@ 最后本文在QuartusII環境下完成對GPS信號捕獲跟蹤系統的FPGA設計。根據對相關器硬件結構框架，對算法中各個模塊的實現進行詳細的說明，包括頂層設計到CA碼、NCO等重要模塊設計，并給出了仿真結果。 @@關鍵詞：GPS接收機；捕獲；跟蹤；MATLAB仿真：FPGA
上傳時間： 2013-06-16
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隨著航天技術的發展，載人飛船、空間站等復雜航天器對空-地或空-空之間數據傳輸速率的要求越來越高。在此情況下，為了提高空間通信中數據傳輸的可靠性，保證接收端分路系統能和發送端一致，必須要經過幀同步。對衛星基帶信號處理來說，幀同步是處理的第一步也是關鍵的一步。只有正確幀同步才能獲取正確的幀數據進行數據處理。因此，幀同步的效率，將直接影響到整個衛星基帶信號處理的結果。 @@ 本設計在研究CCSDS標準及幀同步算法的基礎上，利用硬件描述語言及ISE9．2i開發平臺在基于FPGA的硬件平臺上設計并實現了單路數據輸入及兩路合路數據輸入的幀同步算法，并解決了其中可能存在的幀滑動及模糊度問題。在此基礎之上，針對兩路合路輸入時可能存在的兩路輸入不同步或幀滑動在兩路中分布不均勻問題，設計實現了兩路并行幀同步算法，并利用ModelSim SE 6．1f工具對上述算法進行了前仿真和后仿真，仿真結果表明上述算法符合設計要求。 @@ 本論文首先介紹了課題研究的背景及國內外研究現狀，其次介紹了與本課題相關的基礎理論及系統的軟硬件結構。然后對單路數據輸入幀同步、兩路數據合路輸入幀同步和兩路并行幀同步算法的具體設計及實現過程進行了詳細說明，并給出了后仿真結果及結果分析。最后，對論文工作進行了總結和展望，分析了其中存在的問題及需要改進的地方。 @@關鍵詞 FPGA；CCSDS；幀同步：模糊度；幀滑動
上傳時間： 2013-06-11
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調整視頻圖像的分辨率需要視頻縮放技術。如果圖像縮放技術的處理速度達到實時性要求就可以應用于視頻縮放。 傳統圖像縮放技術利用插值核函數對已有像素點進行插值重建還原圖像。本文介紹了圖像插值的理論基礎一采樣定理，并對理想重建函數Sinc函數進行了討論。本文介紹了常用的線性圖像插值技術及像素填充、自適應插值和小波域圖像縮放等技術。然后，本文討論了分級線性插值算法的思想，設計并實現了FPGA上的分級雙三次算法。最后本文對各種算法的縮放效果進行了分析和討論。 本文在分析現有視頻縮放算法基礎之上，提出了分級線性插值算法，并應用在簡化線性插值算法中。分級線性插值算法以犧牲一定的計算精度為代價，用查找表代替乘法計算，降低了算法復雜度。本文設計并實現了分級雙三次插值算法，詳細說明了板上系統的模塊結構。最后本文將分級線性插值算法與原線性插值算法效果圖進行比較，比較結果顯示分級插值算法與原算法誤差較小，在放大比例較小時可以取代原算法。結果證明分級雙三次線性插值算法的FPGA實現能夠滿足額定幀頻，可以進行實時視頻縮放。
上傳時間： 2013-04-24
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近年來，大容量數據存儲設備主要是機械硬盤，機械硬盤采用機械馬達和磁片作為載體，存在抗震性能低、高功耗和速度提升難度大等缺點。固態硬盤是以半導體作為存儲介質及控制載體，無機械裝置，具有抗震、寬溫、無噪、可靠和節能等特點，是目前存儲領域所存在問題的解決方案之一。本文針對這一問題，設計基于FPGA的固態硬盤控制器，實現數據的固態存儲。 文章首先介紹硬盤技術的發展，分析固態硬盤的技術現狀和發展趨勢，闡述課題研究意義，并概述了本文研究的主要內容及所做的工作。然后從分析固態硬盤控制器的關鍵技術入手，研究了SATA接口協議和NANDFLASH芯片特性。整體設計采用SOPC架構，所有功能由單片FPGA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核形式設計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，實現SATA1.0協議，根據協議劃分四層模型，通過狀態機和邏輯電路實現協議功能。NAND FLASH控制器核管理NANDFLASH芯片陣列，將NAND FLASH接口轉換成通用的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，實現數據的存儲和讀取。最后完成固態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，給出測試數據和結果分析，得出了驗證結論。 本文設計的固態硬盤控制器，具有結構簡單和穩定性高的特點，易于升級和二次開發，是實現固態硬盤和固態存儲系統的關鍵技術。
上傳時間： 2013-05-28
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隨著數碼技術的不斷發展，數字圖像處理的應用領域不斷擴大，其實時處理技術成為研究的熱點。VLSI技術的迅猛發展為數字圖像實時處理技術提供了硬件基礎。其中FPGA(現場可編程門陣列)的特點使其非常適用于進行一些基于像素級的圖像處理。 傳統的圖像顯示系統必須連接到PC才能觀察圖像視頻，存在著高速實時性、穩定性問題。本設計脫離高清晰工業相機必須與PC連接才可以觀看到高清晰圖像的束縛，實現系統的小型化。針對130萬像素彩色1/2英寸鎂光CMOS圖像傳感器，提出用硬件實現Bayer格式到RGB格式轉換的設計方案，完成由黑白圖像到高清彩色圖像的轉換，用SDRAM作緩存，輸出標準VGA信號，可直接連接VGA顯示器、投影儀等設備進行實時的視頻圖像觀看，與模擬相機740X576分辨率(480線)圖像相比，設計圖像畫質相當于1280X1024分辨率(750線)，最高幀率25fps，整個結構應用FPGA作為主控制器，用少量的緩存代替傳統的大容量存儲，加快了運算速率，減小了電路規模，滿足圖像實時處理的要求，使展現出來的視頻圖像得到質的飛躍。可以廣泛應用于工業控制和遠程監控等領域。 論文研究的重點是采用altera公司EP2C芯片前端驅動CMOS圖像傳感器，實時采集Bayer圖像象素，分析研究CFA圖像插值算法，實現了基于FPGA的實時線性插值算法，能夠對輸入是每像素8bit、分辨率為1280×1204的Bayer模式圖像數據進行實時重構，輸出彩色RGB圖像。由端口FIFO作為數據緩沖，存儲一幀圖像到高速SDRAM，構建VGA顯示控制器，實現對輸入是每像素24bit(RGB101010)、分辨率為640×480、幀頻25HZ彩色圖像進行實時顯示。 整個模塊結構包括電源模塊單元等、CMOS成像單元、FPGA數據處理單元、SDRAM控制單元、VGA顯示接口單元。 最后，對系統進行了調試。經實驗驗證，系統達到了實時性，能正確和可靠的工作。整個設計模塊能夠滿足高幀率和高清晰的實時圖像處理，占用系統資源很少，用較少的時間完成了圖像數據的轉換，提高了效率。
上傳時間： 2013-06-08
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