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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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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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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卷積碼是廣泛應用于衛星通信、無線通信等多種通信系統的信道編碼方式。Viterbi算法是卷積碼的最大似然譯碼算法，該算法譯碼性能好、速度快，并且硬件實現結構比較簡單，是最佳的卷積碼譯碼算法。隨著可編程邏輯技術的不斷發展，使用FPGA實現Viterbi譯碼器的設計方法逐漸成為主流。不同通信系統所選用的卷積碼不同，因此設計可重配置的Viterbi譯碼器，使其能夠滿足多種通信系統的應用需求，具有很重要的現實意義。 本文設計了基于FPGA的高速Viterbi譯碼器。在對Viterbi譯碼算法深入研究的基礎上，重點研究了Viterbi譯碼器核心組成模塊的電路實現算法。本設計中分支度量計算模塊采用只計算可能的分支度量值的方法，節省了資源；加比選模塊使用全并行結構保證處理速度；幸存路徑管理模塊使用3指針偶算法的流水線結構，大大提高了譯碼速度。在Xilinx ISE8.2i環境下，用VHDL硬件描述語言編寫程序，實現(2，1，7)卷積碼的Viterbi譯碼器。在(2，1，7)卷積碼譯碼器基礎上，擴展了Viterbi譯碼器的通用性，使其能夠對不同的卷積碼譯碼。譯碼器根據不同的工作模式，可以對(2，1，7)、(2，1，9)、(3，1，7)和(3，1，9)四種廣泛運用的卷積碼譯碼，并且可以修改譯碼深度等改變譯碼器性能的參數。 本文用Simulink搭建編譯碼系統的通信鏈路，生成測試Viterbi譯碼器所需的軟判決輸入。使用ModelSim SE6.0對各種模式的譯碼器進行全面仿真驗證，Xilinx ISE8.2i時序分析報告表明譯碼器布局布線后最高譯碼速度可達200MHz。在FPGA和DSP組成的硬件平臺上進一步測試譯碼器，譯碼器運行穩定可靠。最后，使用Simulink產生的數據對本文設計的Viterbi譯碼器的譯碼性能進行了分析，仿真結果表明，在同等條件下，本文設計的Viterbi譯碼器與Simulink中的Viterbi譯碼器模塊的譯碼性能相當。
上傳時間： 2013-06-24
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自20世紀80年代以來，正交頻分復用技術不但在廣播式數字音頻和視頻領域得到廣泛的應用，而且已經成為無線局域網標準(例如IEEE802.11a和HiperLAN/2等)的一部分。OFDM由于其頻譜利用率高，成本低等原因越來越受到人們的關注。隨著人們對通信數據化、寬帶化、個人化和移動化需求的增強，OFDM技術在綜合無線接入領域將會獲得越來越廣泛的應用。人們開始集中越來越多的精力開發OFDM技術在移動通信領域的應用，本文也是基于無線通信平臺上的OFDM技術的運用。 本文的所有內容都是建立在空地數據無線通信系統下行鏈路FPGA實現基礎上的。本文作者的主要工作集中在鏈路接收端的FPGA實現和調試上。主要包括幀同步(時間同步)算法的研究與設計、OFDM頻率同步算法的研究與設計以及同步模塊、OFDM解調模塊、QAM解調模塊的FPGA實現。最終實現高速數字圖像傳輸系統下行鏈路在無線環境中連通。 對于無線移動通信系統而言，多普勒頻移、收發設備的本地載頻偏差均可能破壞OFDM系統子載波之間的正交性，從而導致ICI，影響系統性能。另外，由于OFDM系統大多采用IFFT/FFT實現調制解調，因此在接收方確定FFT的起點對數據的正確解調也至關重要。同步技術即是針對系統中存在的定時偏差、頻率偏差進行定時、頻偏的估計與補償，來減少各種同步偏差對系統性能的影響。在OFDM實現的關鍵技術中，同步技術是十分重要的一部分。本文花費了三個章節闡述了同步技術的原理、算法和實現方法。 目前OFDM系統的載波同步方案，可以歸納為三大類：輔助數據類，盲估計類和基于循環前綴的半盲估計類。本文首先分析了各種載波同步方案的優缺點，并舉例說明了各個載波同步方式的實現方法。然后具體闡述了本文在FPGA平臺上實現的OFDM接收端同步的同步方式，包括其具體算法和FPGA實現結構。本文所采用的幀同步和頻率同步方案都是采用輔助數據類的，在闡述其具體算法的同時對算法在不同參數和不同形式下的性能做出了仿真對比分析。 OFDM的解調采用FFT算法，在FPGA上的實現是十分方便的。本文主要闡述其實現結構，重點放在提取有效數據部分有效數據位置的推導過程。最后介紹了本文實現QAM軟解調的解調方法。 本文闡述算法采用先提出原理，然后給出具體公式，再根據公式中的系數和變量分析算法性能的方式。在闡述實現方式時首先給出實現框圖，然后對框圖中比較重要或者復雜的部分進行詳細闡述。在介紹完每個模塊實現方式之后給出了仿真或者上板結果，最后再給出整體測試結果。
上傳時間： 2013-06-26
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當今，移動通信正處于向第四代通信系統發展的階段，OFDM技術作為第四代數字移動通信(4G)系統的關鍵技術之一，被包括LTE在內的眾多準4G協議所采用。IDFT/DFT作為OFDM系統中的關鍵功能模塊，其精度對基帶解調性能產生著重大的影響，尤其對LTE上行所采用的SC_FDMA更是如此。為了使定點化IDFT/DFT達到較好的性能，本文采用數字自動增益控制(DAGC)技術，以解決過大輸入信號動態范圍所造成的IDFT/DFT輸出信噪比(SNR)惡化問題。 首先，本文簡單介紹了較為成熟的AAGC(模擬AGC)技術，并重點關注近年來為了改善其性能而興起的數字化AGC技術，它們主要用于壓縮ADC輸入動態范圍以防止其飽和。針對基帶處理中具有累加特性的定點化IDFT/DFT技術，進一步分析了AAGC技術和基帶DAGC在實施對象，實現方法等上的異同點，指出了基帶DAGC的必要性。 其次，根據LTE協議，搭建了從調制到解調的基帶PUSCH處理鏈路，并針對基于DFT的信道估計方法的缺點，使用簡單的兩點替換實現了優化，通過高斯信道下的MATLAB仿真，證明其可以達到理想效果。仿真結果還表明，在不考慮同步問題的高斯信道下，本文所搭建的基帶處理鏈路，采用64QAM進行調制，也能達到在SNR高于17dB時，硬判譯碼結果為極低誤碼率(BER)的效果。 再次，在所搭建鏈路的基礎上，通過理論分析和MATLAB仿真，證明了包括時域和頻域DAGC在內的基帶DAGC具有穩定接收鏈路解調性能的作用。同時，通過對幾種DAGC算法的比較后，得到的一套適用于實現的基帶DAGC算法，可以使IDFT/DFT的輸出SNR處于最佳范圍，從而滿足LTE系統基帶解調的要求。針對時域和頻域DAGC的差異，分別選定移位和加法，以及查表的方式進行基帶DAGC算法的實現。 最后，本文對選定的基帶DAGC算法進行了FPGA設計，仿真、綜合和上板結果說明，時域和頻域DAGC實現方法占用資源較少，容易進行集成，能夠達到的最高工作頻率較高，完全滿足基帶處理的速率要求，可以流水處理每一個IQ數據，使之滿足基帶解調性能。
上傳時間： 2013-05-17
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隨著現代DSP、FPGA等數字芯片的信號處理能力不斷提高，基于軟件無線電技術的現代通信與信息處理系統也得到了更為廣泛的應用。軟件無線電的基本思想是以一個通用、標準、模塊化的硬件系統作為其應用平臺，把盡可能多的無線及個人通信和信號處理的功能用軟件來實現，從而將無線通信新系統、新產品的開發逐步轉移到軟件上來。另一方面，現代信號處理系統對數據的處理速度、處理精度和動態范圍的要求也越來越高，需要每秒完成幾千萬到幾百億次運算。因此研制具備高速實時信號處理能力的通用硬件平臺越來越受到業界的重視。 @@ 目前的高速實時信號處理系統一般均采用DSP+FPGA的架構，其中DSP主要負責完成系統通信和基帶信號處理算法，而FPGA主要完成信號預處理等前端算法，并提供系統常用的各種外部接口邏輯。本文的主要工作就在于完成通用型高速實時信號處理系統的FPGA軟件設計。 @@ 本文提出了一種基于多DSP與FPGA的通用高速實時信號處理系統的架構。綜合考慮各方面因素，作者選擇使用兩片ADSP-TS201浮點DSP以混合耦合模型構成系統信號處理核心；以Xilinx公司最新的高性能FPGA Virtex-5系列的XC5VLX50T提供系統所需的各種接口，包括與ADSP-TS201的高速Linkport接口以及SPI、UART、SPORT等常用外設接口。此外，作者還選擇了ADSP-BF533定點DSP加入系統當中以擴展系統音視頻信號處理能力，體現系統的通用性。 @@ 基于FPGA的嵌入式系統設計正逐漸成為現代FPGA應用的一個熱點。結合課題需要，作者以Xilinx公司的MicroBlze軟核處理器為核心在Virtex-5片內設計了一個嵌入式系統，完成了對CF卡、DDR2 SDRAM存儲器的讀寫控制，并利用片內集成的三態以太網MAC硬核模塊，實現了系統與上位PC機之間的以太網通信鏈路。此外，為擴展系統功能，適應未來可能的軟件升級，進一步提高系統的通用性，還將嵌入式實時操作系統μC/OS-II移植到MicroBlaze處理器上。 @@ 最后，作者介紹了基于Xilinx RocketIO GTP收發器的高速串行傳輸設計的關鍵技術和基本的設計方法，充分體現了目前高速實時信號處理系統的發展要求和趨勢。 @@關鍵詞：高速實時信號處理；FPGA；Virtex-5；嵌入式系統；MicroBlaze
上傳時間： 2013-05-17
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人臉自動識別技術是模式識別、圖像處理等學科的一個最熱門研究課題之一。隨著社會的發展,各方面對快速有效的自動身份驗證的要求日益迫切，而人臉識別技術作為各種生物識別技術中最重要的方法之一，已經越來越多的受到重視。對于具有實時，快捷，低誤識率的高性能算法以及對算法硬件加速的研究也逐漸展開。 本文詳細分析了智能人臉識別算法原理，發展概況和前景，包括人臉檢測算法，人眼定位算法，預處理算法，PCA和ICA 算法，詳細分析了項目情況，系統劃分，軟硬件平臺的資源和使用。并在ISE軟件平臺上，用硬件描述語言(verilog HDL)對算法部分嚴格按照FPGA代碼風格進行了RTL 硬件建模，并對C++算法進行了優化處理，通過仿真與軟件算法結果進行比對，評估誤差，最后在VirtexII Pro FPGA 上進行了綜合實現。 主要研究內容如下： 首先，對硬件平臺xilinx的VirtexII Pro FPGA 上的系統資源進行了描述和研究，對存儲器sdram,RS-232 串口，JTAG 進行了研究和調試，對Coreconnect的OPB總線仲裁機理進行了兩種算法的比較，RTL 設計，仿真和綜合。利用ISE和VC++軟件平臺，對verilog和C++算法進行同步比較測試，使每步算法對應正確的結果。對軟硬件平臺的合理使用使得在項目中能盡可能多的充分利用硬件資源，制板時正確選型，以及加快設計和調試進度。其次，對人臉識別算法流程中的人臉檢測，人眼定位，預處理，識別算法分別進行了比較研究，選取其中各自性能最好的一種算法對其原理進行了分析討論。人臉檢測采用adaboost 算法，因其速度和精度的綜合性能表現優異。人眼定位采用小塊合并算法，因為它具有快速，準確，弱時實的特點。預處理算法采用直方圖均衡加平滑的算法，簡單，高效。 識別算法采用PCA 加ICA 算法，它能最大的弱化姿態和光照對人臉識別的影響。 最后，使用Verilog HDL 硬件描述語言進行算法的RTL 建模，在C++算法的基礎上，保證原來效果的前提下，根據FPGA 硬件特點對算法進行了優化。視頻輸入輸出是人臉識別的前提，它提供FPGA 上算法需要處理的數據，預處理算法在C++算法的基礎上進行了優化，最大的減少了運算量，提高了運算速度，16 位計算器模塊使得在算法實現時可以根據系統要求，在FPGA的ip 核和自己設計的模塊之間選擇性能更好的一個來調用，FIFO的設計提供同步和異步時鐘域的數據緩存。設計在ISE和VC++軟件平臺同時進行，隨時對verilog和C++數據進行監測和比對。全部設計模塊通過仿真，達到預定的性能要求，并在FPGA 上綜合實現。
上傳時間： 2013-07-13
上傳用戶：李夢晗
