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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通信與信息技術行業飛速發展，已成為我國支柱產業之一。隨著該行業的迅速發展，社會對具備實際動手能力人才的需求也不斷增加，高校通信教學改革勢在必行。在最初的通信原理實驗設備中每個實驗獨立占用一塊硬件資源，隨著EDA技術的發展，實驗設備廠商將CPLD/FPGA技術作為獨立的一項實驗內容，加入到通信原理實驗設備中。FPGA技術具備集成度高、速度快和現場可編程的優勢，適合高集成度和高速的時序運算。本文總結現有通信原理實驗設備的優缺點，采用FPGA技術設計出集驗證性和設計性于一體，具備較高的綜合性和系統性的通信原理實驗系統。 本系統提供了一個開放性的硬件、軟件平臺，從培養學生實際動手能力出發，利用FPGA在通用的硬件上實現所有實驗內容。學生在本系統上除了能完成已固化的實驗內容，還可以實現電子設計開發和驗證。這對培養學生的實踐能力大有裨益。 本文結合數字通信系統基本模型，把基于FPGA的通信原理實驗系統劃分為信號源模塊、發送端模塊、信道仿真模塊、接收端模塊和同步模塊幾部分。其中，模擬信號源采用DDS技術，能夠生成非常高的頻率精度，可作為任意波形發生器。發送端和接收端模塊結合到一起組成多體制調制解調器，形成多頻段、多波形的軟件無線電系統。載波同步采用全數字COSTAS環提取技術，具備良好的載波跟蹤特性，利用對載波相位不敏感 的Gardner算法跟蹤位同步信號。 本文首先介紹了通信原理實驗系統的研究現狀和意義；然后根據通信系統模型從《通信原理》各個章節中提煉出各模塊的實驗內容，分別列出各實驗的數字化實現模型；繼而根據各模塊資源需求選取合適FPGA芯片，并給出硬件設計方案；最后，給出各模塊在FPGA上具體實現過程、系統測試結果及分析。測試和實際運行結果表明設計方法正確，且功能和技術指標滿足設計要求。 關鍵詞：通信原理，實驗系統，FPGA，DDS，多體制調制解調，全數字COSTAS環，位同步
上傳時間： 2013-07-07
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互聯網、移動通信、星基導航是21世紀信息社會的三大支柱產業，而GPS系統的技術水平和發展歷程代表著全世界衛星導航系統的發展狀況。目前，我國已經成為GPS的使用大國，衛星導航產業鏈也已基本形成。然而，我們對GPS核心技術(即如何捕獲衛星信號并保持對信號的跟蹤)的研究還不夠深入，我國GPS產品的核心部分多數還是靠進口。因此，對GPS核心技術的研究是非常緊迫的。 本文首先介紹了GPS的定位原理，之后闡述了GPS接收機的基本原理一直接擴頻通信和GPS信號的結構與特性。從這些方面出發研究接收機基帶處理器的捕獲與跟蹤設計方案。 設計過程中，先詳細分析了滑動相關的捕獲算法和基于FFT的快速捕獲算法，并利用matlab進行了驗證。由于前者靈活性好且可捕獲到高精度的碼相位和載波頻率，適合于本文的硬件接收機，所以本文確定了滑動相關的捕獲方案。 接著分析了跟蹤環路的特點，跟蹤模塊采用碼跟蹤環和載波跟蹤環耦合的方法實現。由于GPS系統通常工作在非常低的信噪比環境中，而非相干環在低信噪比下環路跟蹤性能較好，所以碼跟蹤環采用非相干(DDLL)環實現。這種跟蹤環路采用的鑒相器是能量鑒相器，對數據的調制和載波相位都不敏感，鑒相器不會產生不確定量。由于輸入信號存在180°相位翻轉，而COSTAS鎖相環允許數據調制，對I支路和Q支路信號的180°相位翻轉不敏感，所以載波跟蹤環采用COSTAS鎖相環實現。上述算法在matlab環境下得到了驗證。 基帶處理器電路的主要模塊在Quartus II8.0開發平臺上利用VHDL硬件描述語言實現。然后利用EDA仿真工具ModelSim-Altera6.1g進行了邏輯仿真。本設計滿足系統功能和性能的要求，可以直接用于實時GPS接收機系統的設計中，為自主設計GPS接收機奠定了基礎。 最后，由于在弱電磁環境下，捕獲失鎖后32PPS信號會丟失。所以設計了一個能授時和守時的算法去得到與GPS時同步的精確授時秒信號。并且實現了這個算法。
上傳時間： 2013-04-24
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擴頻通信系統與常規的通信系統相比，具有很強的抗窄帶干擾，抗多徑干擾，抗人為干擾的能力，并具有信息隱蔽、多址保密通信等優點，在近年來得到了迅速的發展。論文針對直擴通信系統中偽碼和載波同步問題而展開，研究了直擴系統的結構、性能及完成了相關參數的計算，改進了包絡算法，設計了解擴和解調器，最后用ISE9.1實現了解擴和解調器的仿真波形，驗證了設計的正確性。 論文研究了擴頻通信系統的特點、國內外發展現狀及理論基礎，完成了DS-QPSK接收機的解擴器和解調器的設計與實現。解擴器主要圍繞著偽碼的捕獲與跟蹤這一核心，分析了解擴器的結構、性能及其完成了相關參數的計算，完成了數字下變頻器、偽碼發生電路、偽碼相關積分提取電路、多通道快碼捕獲電路、偽碼跟蹤鑒相電路、偽碼時鐘調整電路的設計，并在ISE9.1編程綜合得到仿真結果，驗證了設計的正確性。由于相關積分包絡算法是整個系統的基礎和核心，為了減少時延和系統所占硬件資源，改進了包絡算法并得到了仿真驗證。結果表明，它不但減少了硬件資源的占用、縮短了延時，而且對整個系統的優化起著決定性的作用。論文給出了偽碼同步的仿真結果及資源占用情況，有力地說明了解擴器占用資源少、時延短等特點。 解調器研究了頻偏及載波相位誤差對信號的影響及同步方案，完成了數控振蕩器、反正切鑒頻器、環路濾波器的設計并得到了相關的仿真波形，實現了載波的跟蹤，給出了仿真結果及資源占用情況，對系統實現過程中的一些經驗進行了總結。最后是對論文工作的一些總結和對今后工作的展望。
上傳時間： 2013-06-13
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在圖像處理、數據傳輸、雷達接收等現代信號處理領域，對信號處理的穩定性、實時性和靈活性都有很高的要求。FIR數字濾波器因其線性相位特性滿足了現代信號處理領域對濾波器的高性能要求，成為應用最廣泛的數字濾波器之一。高密度的FPGA兼顧實時性和靈活性，為FIR數字濾波器的實現提供了強大的硬件支持。 現今FIR數字濾波器的FPGA實現方法中最常用的是基于DA的實現方法和基于CSD編碼的實現方法，本文對這兩種實現方法進行了深入的探討，并進行了一定的改進。本論文所做的主要工作和創新如下： 1、對FIR數字濾波器的硬件實現方法進行了理論研究，其中著重對并行FIR數字濾波器的實現方法進行了深入探討并提出了一個改進的實現方法：基于CSD-DA的改進實現方法。這個實現方法在一定情況下比單純的基于CSD編碼的實現方法和基于DA的實現方法都要節約芯片面積。 2、經過電路建模和數學推導提出了“CSD-DA擇優比較法”。該比較法可以從基于CSD編碼的實現方法、基于DA的實現方法以及基于CSD-DA的改進實現方法中較精確的選擇出最佳實現方法。 3、用Cyclone EPEC6Q240C8芯片和音頻編解碼芯片TLV320AIC23B實現了一個可以濾除音頻信號中高頻噪聲的音頻FIR數字低通濾波器。
上傳時間： 2013-06-07
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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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隨著電子技術的快速發展，各種電子設備對時間精度的要求日益提升。在衛星發射、導航、導彈控制、潛艇定位、各種觀測、通信等方面，時鐘同步技術都發揮著極其重要的作用，得到了廣泛的推廣。對于分布式采集系統來說，中心主站需要對來自于不同采集設備的采集數據進行匯總和分析，得到各個采集點對同一事件的采集時間差異，通過對該時間差異的分析，最終做出對事件的準確判斷。如果分布式采集系統中的各個采集設備不具有統一的時鐘基準，那么得到的各個采集時間差異就不能反映出實際情況，中心主站也無法準確地對事件進行分析和判斷，甚至得出錯誤的結論。因此，時鐘同步是分布式采集系統正常運作的必要前提。 目前國內外時鐘同步領域常用的技術有GPS授時技術，鎖相環技術和IRIG-B 碼等。GPS授時技術雖然精度高，抗干擾性強，但是由于需要專用的GPS接收機，若單純使用GPS 授時技術做時鐘同步，就需要在每個采集點安裝接收機，成本較高。鎖相環是一種讓輸出信號在頻率和相位上與輸入參考信號同步的技術，輸出信號的時鐘準確度和穩定性直接依賴于輸入參考信號。IRIG-B 碼是一種信息量大，適合傳輸的時間碼，但是由于其時間精度低，不適合應用于高精度時鐘同步的系統。基于上述分析，本文結合這三種常用技術，提出了一種基于FPGA的分布式采集系統時鐘同步控制技術。該技術既保留了GPS 授時的高精確度和高穩定性，又具備IRIG-B時間碼易傳輸和低成本的特性，為分布式采集系統中的時鐘同步提供了一種新的解決方案。 本文中的設計采用了Ublox公司的精確授時GPS芯片LEA-5T，通過對GPS芯片串行時間信息解碼，獲得準確的UTC時間，并實現了分布式采集系統中各個采集設備的精確時間打碼。為了能夠使整個分布式采集系統具有統一的高精度數據采集時鐘，本論文采用了數模混合的鎖相環技術，將GPS 接收芯片輸出的高精度秒信號作為參考基準，生成了與秒信號高精度同步的100MHZ 高頻時鐘。本文在FPGA 中完成了IRIG-B 碼的編碼部分，將B 碼的準時標志與GPS 秒信號同步，提高了IRIG-B 碼的時間精度。在分布式采集系統中，IRIG-B時間碼能直接通過串口或光纖將各個采集點時間與UTC時間統一，節約了各點布設GPS 接收機的高昂成本。最后，通過PC104總線對時鐘同步控制卡進行了數據讀取和測試，通過實驗結果的分析，提出了改進方案。實驗表明，改進后的時鐘同步控制方案具有很高的時鐘同步精度，對時鐘同步技術有著重大的推進意義！
上傳時間： 2013-08-05
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隨著科學技術的飛速發展，電子測量技術被廣泛應用在電子、機械、醫療、測控及航天等各個領域，而電子測量技術要用到各種形式的高質量信號源，因此任意波形發生器的研制就具有非常重要的現實意義。 本文便是基于DDS(DirectDigitalSynthesis)技術進行任意波形發生器研制的。要求可以產生正弦波、方波、三角波與鋸齒波等常規波形，而且能夠產生任意波形，從而滿足研究的需要。具體工作如下： (一)介紹國內外關于任意波形發生器研究的發展情況，闡述頻率合成技術的各種方式與技術對比情況，并選定直接數字頻率合成技術進行研制。 (二)介紹系統的硬件設計構成與功能實現，并對系統部件進行逐一細述。選用單片機作為控制模塊，使用FPGA實現DDS功能作為技術核心，并對外圍電路的設計與接口技術進行分析。 (三)講述DDS的工作原理、工作特點與技術指標，并基于FPGA芯片EP1C3T144C8進行設計，通過使用相位累加器與波形ROM等模塊，實現DDS功能。同時輔以使能模塊與行列式鍵盤，實現各種波形的靈活輸出。 (四)給出系統產生的測試數據，并對影響頻譜純度的雜散與噪聲產生的原因進行分析。
上傳時間： 2013-04-24
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作為電子類專業學生，實驗是提高學生對所學知識的印象以及發現問題和解決問題的能力，增加學生動手能力的必須環節。本設計的目的就是開發一套滿足學生實驗需求的信號源，基于此目的本信號源并不需要突出的性能，但經濟上要求低成本，同時要求操作簡單，能夠輸出多種波形，并且利于學生在此平臺上認識信號源原理，同時方便在此平臺上進行拓展開發。 設計中運用虛擬儀器技術將計算機屏幕作為儀器面板，采用EPP接口，同時在FPGA上開發控制電路，為后續開發留下了空間，同時節省了成本。本設計采用地址線16位，數據線12位的靜態RAM作為信號源的波形存儲器，后端采用兩種濾波類型對需要濾波的信號進行濾波。啟動信號時軟件需要先將波形數據預存在存儲器中便于調用，最后得到的結果基本滿足教學實驗的需求。 本文結構上首先介紹了直接采用DDS芯片制作信號源的利弊，及作者采用這種設計的初衷，然后介紹了信號源的整體結構，總體模塊。以下章節首先介紹FPGA內部設計，包括總體結構和幾大部分模塊，包括：時鐘產生電路，相位累加器，數據輸入控制電路，濾波器控制電路，信號源啟動控制電路。 然后介紹了其他模塊的設計，包括存儲器選擇，幅度控制電路的設計以及濾波器電路的設計，本設計的幅度控制采用兩級DA級聯，以及后端電阻分壓網絡調節的方式進行設計，提高了幅度調節的范圍。對于濾波器的設計，依據不同的信號頻率，分成了4個部分，對于500K以下的信號采用的是二階巴特沃斯有源低通濾波，對于500K以上至5M以下信號采用的五階RC低通濾波器。 在軟件設計部分，分成兩個部分，對于底層驅動程序采用以Labwindows/CVI為平臺進行開發，利用其編譯和執行速度快，并且和LabVIEW能夠很好連接的特性。對于上層控制軟件，采用以LabVIEW為平臺進行開發，充分利用其圖化設計，易于擴展。 論文最后對所做工作進行了總結，提出了進一步改進的方向。
上傳時間： 2013-04-24
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由于移動環境的復雜性，無線信號在發送傳輸和接收過程中有很明顯的衰落現象，特別是在高頻無線通信中，多徑衰落或頻率選擇性衰落對無線信號的干擾最為嚴重。通過分集接收技術，Rake接收機在CDMA移動通信系統中抗多徑衰落效果尤為明顯。作為一種新穎的多址接入方式，多載波CDMA充分利用了OFDM最優頻率利用率以及CDMA的多址和頻率分集，且系統容量和抗符號間干擾性能明顯優于傳統的單載波CDMA。這些特性使得多載波CDMA成為未來的寬帶無線通信系統最有希望的候選。 @@ 本文研究了一種多載波擴頻通信系統，介紹了其Rake接收機工作原理和設計思想，進行了理論仿真并用FPGA予以實現。 @@ 本文首先介紹了移動通信系統的發展歷史以及OFDM和CDMA技術原理，并描述了OFDM和CDMA結合的三種系統（MC-DS-CDMA、MT-CDMA、MC-CDMA）的原理和系統模型；接著，介紹了目前影響移動通信的主要衰落以及Rake接收機基本原理及其作用。多徑信號的每路信號都可能含有可以利用的信息，Rake接收機就是通過多個相關接收器接收多徑信號中各路信號，通過信道估計和信道補償消去信道因子的附加相位，并把他們合并在一起，以此來改善信號的信噪比和系統的可靠性；在此基礎上，論文提出了一種多載波擴頻通信系統的實現方案，并詳細介紹了其Rake接收機實現原理，給出了最大比合并時各種分徑數目下系統誤碼率的仿真圖；最后介紹了此方案中Rake接收機的FPGA硬件實現設計方案及其系統 測試結果。@@ 仿真結果顯示出隨著分集徑數的增加，系統的誤碼率顯著降低。表明Rake接收機抗多徑衰落效果顯著，且在多載波CDMA系統中其分集效果更好，實現相對簡單。最終Rake接收機的FPGA實現結果同理論仿真一致，時序通過，資源耗費不大，具有較大的實用價值。 @@關鍵詞：多載波擴頻通信，CDMA，Rake接收機，FPGA
上傳時間： 2013-07-25
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