这是一篇哈尔滨工业大学2012年 物理电子学工学博士的毕业论文。相干多普勒激光雷达是测量遥感风场和运动目标速度的有力工具。相干多普勒激光雷达的发射源普遍使用单纵模激光器，而锁模激光所具有的宽频谱、窄脉宽、高峰值功率等特性使其在作为相干激光雷达发射源方面具有潜在的应用价值。本文从理论上和实验上对基于锁模激光的相干多普勒激光雷达进行了研究。 理论上，在单频外差探测原理的基础上，考虑了具有 m+1 个模式、纵模间隔为 ω 的本振光，与发生了 Δω 频移的信号光相干拍频后的理论模型，证明了相位差恒定的锁模激光可以实现相干混频，并可以通过低通滤波或 FFT 频谱分析的方式检测出差频信号。利用这一理论模型进行了数值模拟计算，分析了信号光在不同的频移值时的拍频波形，讨论了实现相干探测本振光与信号光应满足的条件。 基于相干多普勒激光雷达系统对发射光源的要求，进行了锁模激光器的实验研究。通过使用不同的锁模器件得到锁模激光输出，其中主动锁模和调 Q 主动锁模都获得了单脉冲宽度在百皮秒量级、锁模深度 100%、锁模几率 95%以上的稳定的锁模脉冲序列输出。对被动锁模、主动锁模、调 Q 主动锁模的激光输出特性进行了对比研究，主动锁模脉冲序列包络时间较长但峰值功率较低，而调 Q 主动锁模峰值功率高但包络时间较短，不同类型的激光输出为后续的相干测速实验提供了多种选择。 利用声光移频器模拟外差探测中信号光发生的多普勒频移，进行了锁模激光拍频实验研究，并与单纵模激光拍频实验结果进行了比较。使用锁模激光在频移为 30 ~ 80 MHz 的范围内进行了拍频实验研究，拍频波形及信号处理的结果均与理论分析相符， 测量结果的相对误差在 0.5%以下。 分别使用脉宽为 10 ns和 16 ns 的调 Q 单纵模脉冲进行拍频，在信号光频移为 150 MHz 时测量结果的相对误差分别为 3.7%和 1.6%。对比实验结果发现，调 Q 单纵模脉冲由于有限的脉宽限制了拍频后包络的数量，导致误差相对较大，而锁模脉冲序列由于具有较长包络时间，在测量较低频移值时仍具有较高的精度，即测量低速目标时更具有优势。在具有较长包络时间的同时，锁模激光还具有高峰值功率和窄脉宽的特点。使用光纤耦合的方式进行了相干拍频实验，得到了稳定的相干拍频波形，FFT 频谱分析的结果与设定值和理论分析相符。
标签： 激光雷达
上传时间： 2022-02-12
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脉冲多普勒（PD）雷达是一种广泛被采用的全相参体制的雷达，它利用目标与雷达之间相对运动而产生的多普勒效应进行目标信息提取和处理，具有较高的速度分辨率，可以有效地抑制强地杂波的干扰问题。为了满足实验室开发雷达对抗半实物仿真系统的需求，本论文展开对PD雷达信号处理实时仿真算法的研究。本文首先介绍了PD雷达的工作原理，分析了PD雷达的距离、速度模糊问题，对PD雷达的杂波也做了简单介绍。由于PD雷达信号处理算法研究的需要，本文介绍了PD雷达接收机的组成，详细分析了正交相位检波处理的方法，并对接收端信号的处理过程进行了仿真。基于PD雷达工作原理，本文提出了一种低重频脉冲多普勒雷达信号处理仿真框架，对PD雷达信号处理系统各主要模块的算法以及其功能、原理进行了详细的分析，并运用Mailab对低重复频率PD雷达信号处理进行了仿真。最后，本文基于ADSP-TS201对雷达信号处理算法的实时性进行了分析，在Visual DSP+-开发环境实现了FFT算法和数据求模算法，获得相应的运算指令周期。整个工作对PD雷达信号处理半实物仿真系统的搭建具有重要的意义。
上传时间： 2022-06-21
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脉冲多普勒（PD）雷达，它利用了多普勒效应原理，既具备脉冲雷达的测距性能，又具备多普勒雷达的测速性能，同时对杂波的抑制能力也比较突出，是一种重要的全相参体制的雷达。雷达信号处理是雷达技术发展的核心内容，它主要包含了以下几个方面的技术内容，如信号选择、正交采样技术、脉冲压缩技术、动目标检测技术和恒虚警检测技术等。雷达信号处理的仿真研究具有灵活、方便、快速、经济等特点，对于雷达技术的研究发展具有重要意义。论文首先分析了脉冲多普勒雷达的距离和速度的检测原理，对PD雷达的模糊函数的含义和性质进行了研究，分析了几种不同信号所对应的模糊函数并分别进行了仿真。以此为据，选择能够获得较高分辨率的波形设计方法。其次，根据雷达的检测性能、分辨率以及测量精度等性能要求，以线性调频（LFM）信号为主进行了研究，主要分析了线性调频信号的特性。模拟目标回波信号，将其加入噪声和杂波形成混合信号并对其进行脉冲压缩、动目标检测以及恒虚警处理。其中，脉冲压缩部分，论文选择采用相关处理器法实现。动目标检测部分，论文选择采用脉冲对消器级联多普勒滤波器组来实现。恒虚警处理部分，论文选择采用单元平均恒虚警检测来实现。最后，论文给出了雷达信号处理系统框图，建立目标函数，对其进行相关处理并进行仿真。对仿真结果进行分析，验证通过以上方法进行处理，能够有效获取目标的距离和速度信息，满足精度要求。
上传时间： 2022-07-08
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随着中国二代导航系统的建设，卫星导航的应用将普及到各个行业，具有自主知识产权的卫星导航接收机的研究与设计是该领域的一个研究热点。在接收机的设计中，对于成熟技术将利用ASIC芯片进行批量生产，该芯片是专用芯片，一旦制造成型不能改变。但是对于正在研究的接收机技术，特别是在需要利用接收机平台进行提高接收机性能研究时，利用FPGA通用可编程门阵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，进行批量生产。本课题就是基于FPGA研究GPS并行捕获技术的硬件电路，着重进行了其中一个捕获通道的设计和实现。 GPS信号捕获时间是影响GPS接收机性能的一个关键因素，尤其是在高动态和实时性要求高的应用中或者对弱GPS信号的捕获方面。因此，本文在滑动相关法基础上引出了基于FFT的并行快速捕获方法，采用自顶向下的方法对系统进行总体功能划分和结构设计，并采用自底向上的方法对系统进行功能实现和验证。 本课题以Xilinx公司的Spartan3E开发板为硬件开发平台，以ISE9.2i为软件开发平台，采用Verilog HDL编程实现该系统。并利用Nemerix公司的GPS射频芯片NJ1006A设计制作了GPS中频信号产生平台。该平台可实时地输出采样频率为16.367MHz的GPS数字中频信号。 本课题主要是基于采样率变换和FFT实现对GPS C/A码的捕获。该算法利用平均采样的方法，将信号的采样率降低到1.024 MHz，在低采样率下利用成熟的1024点FFT IP核对C/A码进行粗捕，给出GPS信号的码相位(精度大约为1/4码片)和载波的多普勒频率，符合GPS后续跟踪的要求。 同时，由于FFT算法是以资源换取时间的方法来提高GPS捕获速度的，所以在设计时，合理地采用FPGA设计思想与技巧优化系统。基于实用性的要求，详细的给出了基于FFT的GPS并行捕获各个模块的实现原理、实现结构以及仿真结果。并达到降低系统硬件资源，能够快速、高效地实现对GPS C/A码捕获的要求。 本研究是导航研究所承担的国家863课题“利用多径信号提高GNSS接收机性能的新技术研究”中关于接收机信号捕获算法的一部分，对接收机的设计具有一定的参考价值。
上传时间： 2013-07-22
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自20世纪80年代以来，正交频分复用技术不但在广播式数字音频和视频领域得到广泛的应用，而且已经成为无线局域网标准(例如IEEE802.11a和HiperLAN/2等)的一部分。OFDM由于其频谱利用率高，成本低等原因越来越受到人们的关注。随着人们对通信数据化、宽带化、个人化和移动化需求的增强，OFDM技术在综合无线接入领域将会获得越来越广泛的应用。人们开始集中越来越多的精力开发OFDM技术在移动通信领域的应用，本文也是基于无线通信平台上的OFDM技术的运用。 本文的所有内容都是建立在空地数据无线通信系统下行链路FPGA实现基础上的。本文作者的主要工作集中在链路接收端的FPGA实现和调试上。主要包括帧同步(时间同步)算法的研究与设计、OFDM频率同步算法的研究与设计以及同步模块、OFDM解调模块、QAM解调模块的FPGA实现。最终实现高速数字图像传输系统下行链路在无线环境中连通。 对于无线移动通信系统而言，多普勒频移、收发设备的本地载频偏差均可能破坏OFDM系统子载波之间的正交性，从而导致ICI，影响系统性能。另外，由于OFDM系统大多采用IFFT/FFT实现调制解调，因此在接收方确定FFT的起点对数据的正确解调也至关重要。同步技术即是针对系统中存在的定时偏差、频率偏差进行定时、频偏的估计与补偿，来减少各种同步偏差对系统性能的影响。在OFDM实现的关键技术中，同步技术是十分重要的一部分。本文花费了三个章节阐述了同步技术的原理、算法和实现方法。 目前OFDM系统的载波同步方案，可以归纳为三大类：辅助数据类，盲估计类和基于循环前缀的半盲估计类。本文首先分析了各种载波同步方案的优缺点，并举例说明了各个载波同步方式的实现方法。然后具体阐述了本文在FPGA平台上实现的OFDM接收端同步的同步方式，包括其具体算法和FPGA实现结构。本文所采用的帧同步和频率同步方案都是采用辅助数据类的，在阐述其具体算法的同时对算法在不同参数和不同形式下的性能做出了仿真对比分析。 OFDM的解调采用FFT算法，在FPGA上的实现是十分方便的。本文主要阐述其实现结构，重点放在提取有效数据部分有效数据位置的推导过程。最后介绍了本文实现QAM软解调的解调方法。 本文阐述算法采用先提出原理，然后给出具体公式，再根据公式中的系数和变量分析算法性能的方式。在阐述实现方式时首先给出实现框图，然后对框图中比较重要或者复杂的部分进行详细阐述。在介绍完每个模块实现方式之后给出了仿真或者上板结果，最后再给出整体测试结果。
上传时间： 2013-06-26
上传用户：希酱大魔王
移动无线信道特性对移动通信系统性能具有重要影响，移动信道建模和仿真对移动通信系统的研发具有重要意义。因此，对移动信道建模与仿真进行研究，具有重要的理论意义和实际应用价值。 本文从无线电波的传播特点出发，分析了无线电波的传播模型和描述信道特性的主要参数，重点分析了移动小尺度衰落模型；结合无线电波传输环境的特点，研究了平坦衰落信道和频率选择性信道的特点，设计了基于FPGA的移动无线信道仿真器，同时给予了软硬件验证。 本文从衰落的数学模型角度研究了信道传输特性，以及各项参数对信道特性的影响。主要做了以下几个方面的工作： 1.简要介绍了无线电通信的发展史及信道建模与仿真的意义；论述了信道对无线信号主要的三类影响：自由空间的路径损失、阴影衰落、多径衰落；分析了无线通信传播环境，移动无线通信信道仿真的基本模型，同时介绍了用正弦波叠加法和成型滤波器法建立信道确定型仿真模型的具体实现方法。 2.对移动无线信道特性进行了Matlab仿真，对仿真结果进行了对比分析，对影响信道特性的主要参数设置进行了分析仿真。 3.设计了一种基于FPGA的移动无线信道仿真器，并对实现该仿真器的关键技术和实现方法进行了分析。该信道仿真器能够实时模拟窄带信号条件下无线信道的主要特点，如多径时延、多普勒频移、瑞利衰落等，其主要的技术指标达到了设计要求。该模拟器结构简单，参数可调，易于扩展，通用性强，可以部分或全部集成到处于研制阶段的接收机中，以便于性能测试，也可应用于教学实践。
上传时间： 2013-04-24
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软件无线电是近年提出的新的通信体系，由于其具有灵活性和可重配置性并且符合通信的发展趋势，已成为通信系统设计的研究热点。因此对基于软件无线电的调制解调技术进行深入细致的研究非常有意义。 本文首先从阐述软件无线电的理论基础入手，对多速率信号处理中的内插和抽取、带通采样、数字变频等技术进行了分析与探讨，为设计和实现8PSK调制解调器提供了非常重要的理论依据。然后，研究了8PSK调制解调技术，详细论述了它们的基本概念和原理，提出了系统实现方案，在DSP+FPGA平台上实现了8PSK信号的正确调制解调。文中着重研究了突发通信的同步和频偏纠正算法，针对同步算法选取了一种基于能量检测法的快速位同步算法，采用相关器实现，同时实现位同步和帧同步。并且对于突发通信的多普勒频偏纠正，设计了一个基于自动频率控制(AFC)环的频偏检测器，通过修改数控振荡器(NCO)的频率控制字方法来校正本地载波频率，整个算法结构简单，运算量小，频偏校正速度快，具有较好的实用性。其次，对相干解调的初始相位进行纠正时，提出了一种简单易行的CORDIC方法，同时对FPGA编程当中的一些关键问题进行了介绍。最后，设计了自适应调制解调器，根据信噪比和误码率来自适应的改变调制方式，以达到最佳的传输性能。
上传时间： 2013-04-24
上传用户：mingaili888
数字超声诊断设备在临床诊断中应用十分广泛，研制全数字化的医疗仪器已成为趋势。尽管很多超声成像仪器设计制造中使用了数字化技术，但是我们可以说现代VLSI 和EDA 技术在其中并没有得到充分有效的应用。随着现代电子信息技术的发展，PLD 在很多与B 型超声成像或多普勒超声成像有关的领域都得到了较好的应用，例如数字通信和相控雷达领域。 在研究现代超声成像原理的基础上，我们首先介绍了常见的数字超声成像仪器的基本结构和模块功能，同时也介绍了现代FPGA 和EDA 技术。随后我们详细分析讨论了B 超中，全数字化波束合成器的关键技术和实现手段。我们设计实现了片内高速异步FIFO 以降低采样率，仿真结果表明资源使用合理且访问时间很小。正交检波方法既能给出灰度超声成像所需要的回波的幅值信息，也能给出多普勒超声成像所需要的回波的相移信息。我们设计实现了基于直接数字频率合成原理的数控振荡器，能够给出一对幅值和相位较平衡的正交信号，且在FPGA 片内实现方案简单廉价。数控振荡器输出波形的频率可动态控制且精度较高，对于随着超声在人体组织深度上的穿透衰减，导致回波中心频率下移的声学物理现象，可视作将回波接收机的中心频率同步动态变化进行补偿。 还设计实现了B 型数字超声诊断仪前端发射波束聚焦和扫描控制子系统。在单片FPGA 芯片内部设计实现了聚焦延时、脉宽和重复频率可动态控制的发射驱动脉冲产生器、线扫控制、探头激励控制、功能码存储等功能模块，功能仿真和时序分析结果表明该子系统为设计实现高速度、高精度、高集成度的全数字化超声诊断设备打下了良好的基础，将加快其研发和制造进程，为生物医学电子、医疗设备和超声诊断等方面带来新思路。
上传时间： 2013-06-18
上传用户：hfmm633
随着海洋勘测技术的发展，研制高性能的海洋测流仪器越来越重要。多普勒声学海流剖面仪就是一种非常重要的用来测量海流速度的仪器。在调试多普勒声学海流剖面仪的过程中，多普勒声学海流剖面仪信号模拟器是很重要的设备，它是数字模拟技术与多普勒声学技术相结合的产物，它通过模拟的方法产生声学海流剖面仪回波信号，以便在不具备实际海洋情况的条件下，可以在实验室环境中对声学海流剖面仪的样机进行系统调试。在此情况下，本文研制了一种声学海流剖面仪信号模拟器，并对声学海流剖面仪回波信号接收过程中使用的算法进行了研究。 本文首先比较了多普勒声学海流剖面仪的发射信号与接收信号之间的关系，分析了产生多普勒频移的原因。选用直接数字频率合成技术(DDS)生成多普勒声学海流剖面仪调试所需要的回波信号o DDS技术克服了传统信号源的频率精度不高和频率不稳等问题。本文选用专用DDS芯片AD9833来实现回波信号的产生，利用ARM嵌入式技术对输出信号进行控制。 信号模拟器以S3C2410处理器为核心构建了硬件平台，采用核心板与扩展板相结合的硬件结构。核心板主要包括了存储系统、网络接口和各种通讯接口。其主要功能是存储大量数据信号和通讯功能；扩展电路包括了16路DDS信号输出及信号调理电路，可以通过软件来配置16路信号相应的工作状态及选择信号输出形式。硬件设计预留了一定数量的I/O接口以备将来扩展之用。 建立嵌入式Linux开发环境；并分析BootLoader启动机制，移植VIVI；通过配置内核相关文件，移植Linux2.4.18内核到模拟器系统；编写16路DDS的驱动程序；设计了模拟器的上位机通讯程序及用应程序；对系统进行了软硬件调试，调试结果表明模拟器完全能够模拟声学海流剖面仪的回波信号。 最后，结合回波信号形式，采用基带解调、复相关等技术对接收回波信号所使用的算法进行了研究，估算出多普勒频移，配合了调试海流剖面仪样机工作的进行。该模拟器不但可以模拟回波信号，还可以作为发射信号来用，大大提高了模拟器的实用性。关键词：声学海流剖面仪；S3C2410； AD9833；嵌入式Linux；回波信号
上传时间： 2013-04-24
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双基地合成孔径雷达(简称双基地SAR或Bistatic SAR)是一种新的成像雷达，也是当今SAR技术的一个发展方向，在军用及民用领域都具有良好的应用前景，近年来成为研究的热点。本文则侧重于研究双基地SAR的距离一多普勒(R-D)成像算法的实现。 在双基地SAR系统及成像算法的研究方面，推导了双基地SAR的系统分辨特性及雷达方程，分析了主要系统参数之间的约束关系。针对正侧视机载双基地SAR系统，本文对距离一多普勒算法进行了推广。最后得到点目标的仿真结果。 在成像算法的FPGA实现上，在System Generator环境下对算法进行定点仿真。完成距离一多普勒成像算法的硬件实现，其中包括了FFT快速傅立叶变换、硬件乘法器、：Rocket I/O接口设计、DCM数字时钟管理等主要部分。针对硬件实现的特点，对算法的部分运算进行了简化。 为了对算法实现进行验证，设计开发了该算法的硬件测试平台。主要基于ML310评估板上XC2VP30芯片中嵌入的Power PC 405，完成其硬件部分的设计，主要包括了Aurora协议接口、RS-232串行接口、DDR RAM接口以及其它如中断、时钟等部分。
上传时间： 2013-07-26
上传用户：是王洪文
