互联网、移动通信、星基导航是21世纪信息社会的三大支柱产业,而GPS系统的技术水平和发展历程代表着全世界卫星导航系统的发展状况。目前,我国已经成为GPS的使用大国,卫星导航产业链也已基本形成。然而,我们对GPS核心技术(即如何捕获卫星信号并保持对信号的跟踪)的研究还不够深入,我国GPS产品的核心部分多数还是靠进口。因此,对GPS核心技术的研究是非常紧迫的。 本文首先介绍了GPS的定位原理,之后阐述了GPS接收机的基本原理一直接扩频通信和GPS信号的结构与特性。从这些方面出发研究接收机基带处理器的捕获与跟踪设计方案。 设计过程中,先详细分析了滑动相关的捕获算法和基于FFT的快速捕获算法,并利用matlab进行了验证。由于前者灵活性好且可捕获到高精度的码相位和载波频率,适合于本文的硬件接收机,所以本文确定了滑动相关的捕获方案。 接着分析了跟踪环路的特点,跟踪模块采用码跟踪环和载波跟踪环耦合的方法实现。由于GPS系统通常工作在非常低的信噪比环境中,而非相干环在低信噪比下环路跟踪性能较好,所以码跟踪环采用非相干(DDLL)环实现。这种跟踪环路采用的鉴相器是能量鉴相器,对数据的调制和载波相位都不敏感,鉴相器不会产生不确定量。由于输入信号存在180°相位翻转,而COSTAS锁相环允许数据调制,对I支路和Q支路信号的180°相位翻转不敏感,所以载波跟踪环采用COSTAS锁相环实现。上述算法在matlab环境下得到了验证。 基带处理器电路的主要模块在Quartus II8.0开发平台上利用VHDL硬件描述语言实现。然后利用EDA仿真工具ModelSim-Altera6.1g进行了逻辑仿真。本设计满足系统功能和性能的要求,可以直接用于实时GPS接收机系统的设计中,为自主设计GPS接收机奠定了基础。 最后,由于在弱电磁环境下,捕获失锁后32PPS信号会丢失。所以设计了一个能授时和守时的算法去得到与GPS时同步的精确授时秒信号。并且实现了这个算法。
上传时间: 2013-04-24
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扩频通信系统与常规的通信系统相比,具有很强的抗窄带干扰,抗多径干扰,抗人为干扰的能力,并具有信息隐蔽、多址保密通信等优点,在近年来得到了迅速的发展。论文针对直扩通信系统中伪码和载波同步问题而展开,研究了直扩系统的结构、性能及完成了相关参数的计算,改进了包络算法,设计了解扩和解调器,最后用ISE9.1实现了解扩和解调器的仿真波形,验证了设计的正确性。 论文研究了扩频通信系统的特点、国内外发展现状及理论基础,完成了DS-QPSK接收机的解扩器和解调器的设计与实现。解扩器主要围绕着伪码的捕获与跟踪这一核心,分析了解扩器的结构、性能及其完成了相关参数的计算,完成了数字下变频器、伪码发生电路、伪码相关积分提取电路、多通道快码捕获电路、伪码跟踪鉴相电路、伪码时钟调整电路的设计,并在ISE9.1编程综合得到仿真结果,验证了设计的正确性。由于相关积分包络算法是整个系统的基础和核心,为了减少时延和系统所占硬件资源,改进了包络算法并得到了仿真验证。结果表明,它不但减少了硬件资源的占用、缩短了延时,而且对整个系统的优化起着决定性的作用。论文给出了伪码同步的仿真结果及资源占用情况,有力地说明了解扩器占用资源少、时延短等特点。 解调器研究了频偏及载波相位误差对信号的影响及同步方案,完成了数控振荡器、反正切鉴频器、环路滤波器的设计并得到了相关的仿真波形,实现了载波的跟踪,给出了仿真结果及资源占用情况,对系统实现过程中的一些经验进行了总结。最后是对论文工作的一些总结和对今后工作的展望。
上传时间: 2013-06-13
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全球定位系统(Global Positioning System—GPS)是新一代卫星导航定位系统,具有全球、全天候、连续、高精度导航与定位功能,能够为广大用户提供精确的三维坐标、速度和时间信息。因此,GPS系统被广泛地应用于生活中的各个领域。GPS系统用户主要是各种型号的接收机,而捕获跟踪技术是接收机的关键技术,同时也是一个技术难点。在GPS接收机中,导航电文是用户定位和导航的数据基础,为了得到导航电文必须要对GPS信号进行捕获跟踪。本文详细研究了GPS信号捕获跟踪技术,并进行了FPGA设计。 @@ 本文首先概述了GPS系统信号结构和GPS接收机工作原理,对GPS信号调制机理进行详细地阐述,重点分析了C/A码生成原理和特性。 @@ 其次叙述了GPS信号捕获的基础理论,重点研究时域滑动相关捕获方法,深入分析其算法和性能。用MATLAB中Simulink软件包搭建了可自由修改参数的GPS中频发生器,并在此平台上,对GPS信号时域滑动相关捕获算法进行仿真与分析。 @@ 接着重点研究了GPS信号跟踪技术,系统分析码跟踪环路和载波跟踪环路结构框图以及算法。在码跟踪环路方面,选用并分析了能分离载波的非相干超前滞后码锁定环的工作机理。在载波跟踪环路中选用对导航电文数据相位翻转不敏感的科斯塔斯环,并用数学模型分析GPS信号的解调过程。之后对整个跟踪环路进行MATLAB仿真,结果表明环路参数设计满足要求,并能成功解调出GPS导航电文。 @@ 最后本文在QuartusII环境下完成对GPS信号捕获跟踪系统的FPGA设计。根据对相关器硬件结构框架,对算法中各个模块的实现进行详细的说明,包括顶层设计到CA码、NCO等重要模块设计,并给出了仿真结果。 @@关键词:GPS接收机;捕获;跟踪;MATLAB仿真:FPGA
上传时间: 2013-06-16
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随着航天技术的发展,载人飞船、空间站等复杂航天器对空-地或空-空之间数据传输速率的要求越来越高。在此情况下,为了提高空间通信中数据传输的可靠性,保证接收端分路系统能和发送端一致,必须要经过帧同步。对卫星基带信号处理来说,帧同步是处理的第一步也是关键的一步。只有正确帧同步才能获取正确的帧数据进行数据处理。因此,帧同步的效率,将直接影响到整个卫星基带信号处理的结果。 @@ 本设计在研究CCSDS标准及帧同步算法的基础上,利用硬件描述语言及ISE9.2i开发平台在基于FPGA的硬件平台上设计并实现了单路数据输入及两路合路数据输入的帧同步算法,并解决了其中可能存在的帧滑动及模糊度问题。在此基础之上,针对两路合路输入时可能存在的两路输入不同步或帧滑动在两路中分布不均匀问题,设计实现了两路并行帧同步算法,并利用ModelSim SE 6.1f工具对上述算法进行了前仿真和后仿真,仿真结果表明上述算法符合设计要求。 @@ 本论文首先介绍了课题研究的背景及国内外研究现状,其次介绍了与本课题相关的基础理论及系统的软硬件结构。然后对单路数据输入帧同步、两路数据合路输入帧同步和两路并行帧同步算法的具体设计及实现过程进行了详细说明,并给出了后仿真结果及结果分析。最后,对论文工作进行了总结和展望,分析了其中存在的问题及需要改进的地方。 @@关键词 FPGA;CCSDS;帧同步:模糊度;帧滑动
上传时间: 2013-06-11
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烟叶烘烤是烟叶生产中一个非常重要的环节,为保证烟叶烘烤的质量,需要有效的控制温度和湿度让其按照“三段式”工艺曲线进行变化。本文通过对三段式工艺的分析,构建了以FPGA为控制核心,采用数字式温湿度传感器进行温湿度测量的烤烟自动控制系统。 整个系统的实现是基于CYCLONEⅡ系列的FPGA器件EP2C8Q208C8进行的。同时对系统的配置电路、驱动电路、显示控制电路、语音提示和温湿度测量电路进行了设计,并给出了各个模块的电路原理图。由于温湿度测量是系统设计实现的重要部分,所以本文重点讨论了温度传感器DS18820和湿度传感器HS1101的性能特点、工作原理、处理次序和设计流程。针对烟叶烘烤过程中烤房温湿度的测量和控制中,存在的强时变、大时滞、非线性的问题,采用了模糊控制算法进行控制,并给出了模糊控制器设计的方法。另外,为方便用户调用烟叶烘烤中经验曲线,提出了使用EEPROM对烘烤经验曲线参数进行处理。而且讨论了如何通过I2C总线与EEPROM进行读写操作进而实现参数的保存和读取。系统的测试结果表明烤烟自动控制系统基本上达到了实际的要求,具有一定的先进性。
上传时间: 2013-04-24
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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
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数字图像通信的最广泛的应用就是数字电视广播系统,与以往的模拟电视业务相比,数字电视在节省频谱资源、提高节目质量方面带来了一场新的革命,而与此对应的DVB(Digital Video Broadcasting)标准的建立更是加速了数字电视广播系统的大规模应用。DVB标准选定MPEG—2标准作为音频及视频的编码压缩方式,随后对MPEG—2码流进行打包形成TS流(transport stream),进行多个传输流复用,最后通过不同媒介进行传输。在DVB标准的传输系统中,无论是卫星传输,电缆传输还是地面传输,为了保障图像质量,使数字节目在传输过程中避免出现因受到各种信道噪声干扰而出现失真的现象,都采用了信道编码的方式来保护传输数据。信道编码是数字通信系统中一个必需的、重要的环节。 信道编码设计方案的优劣决定了DVB系统的成功与否,本文重点研究了DVB系统中的信道编码算法及其FPGA实现方案,主要进行了如下几项工作: 1)介绍了DVB系统信道编码的基本概念及特点,深入研究了DVB标准中信道编码部分的关键技术,并针对每个信道编码模块进行工作原理分析、算法分析。 2)根据DVB信道编码的特点,重点对信道编码中四个模块,包括扰码、RS编码、卷积交织编码和卷积编码的FPGA硬件实现算法进行了比较详细的分析,并阐述了每个模块及QPSK调制的设计方案及实现模块功能的程序流程。 3)在RS(204,188)编码过程中,利用有限域常数乘法器的特点,对编码器进行了优化,在很大程度上提高了编码效率,卷积交织器部分采用RAM移位法,实现起来更为简单且节省了FPGA器件内部资源。 4)设计以Altera公司的QuartusⅡ为开发平台,利用FPGA芯片EP1C6Q240C8完成了信道编码各模块及QPSK调制的硬件实现,通过Verilog HDL描述和时序仿真来验证算法的可行性,并给出系统设计中减少毛刺的方法,使系统更为稳定。最终的系统仿真结果表明该系统工作稳定,达到了DVB系统信道编码设计的要求。
上传时间: 2013-06-26
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可重构计算技术兼具通用处理器(General-Purpose Processor,GPP)和专用集成电路(Application Specific Integr—ated Circuits,ASIC)的特点,既可以提供硬件高速的特性,又具有软件可以重新配置的特性。而动态部分可重构技术是可重构计算技术的最新进展之一。该技术的要点就是在系统正常工作的情况下,修改部分模块的功能,而系统其它模块能够照常运行,这样既节约硬件资源,又增强了系统灵活性。 可重构SoC既可以在处理器上进行编程又可以改变FPGA内部的硬件结构,这使得SoC系统既具有处理器善于控制和运算的特点,又具FPGA灵活的重构特点;由于处理器和FPGA硬件是在同一块硅片上,使得它们之间的通信宽带大大提高,这种平台很适合于容错算法的实现。 本文基于863计划项目;动态重构计算机的可信实现关键技术,重点研究应用于恶劣环境中FPGA自我容错的体系结构,提出了一套完整的SoC系统的容错设计方案,并研究其实现技术,设计实现了实现该技术的硬件平台和软件算法,并验证成功。 论文取得了如下的创新性研究成果: 1、设计了实现动态重构技术的硬件平台,包括高性能的FPGA(内含入式处理器PowcrPC)、PROM、SRAM、FLASH、串口通信等硬件模块。 2、说明了动态重构技术的设计规范和设计流程,实现动态重构技术。 3、提出了一种基于动态重构实现容错的方法,不需要外部处理器干预,由嵌入式处理器负责管理整个过程。 4、设计并实现了嵌入式处理器运行时需要的软件,主要有两个功能,首先是从CF卡中读入重构所需的配置文件,并将配置文件写进FPGA内部的配置存储器中,改变FPGA内部的功能。其次,是实现容错技术的算法。
上传时间: 2013-04-24
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焊有元件的印制电路板在线测试是印制电路板生产过程中的一个重要环节,关系着整个电子产品的质量。本文在深入研究国内外印制电路板自动测试技术的基础上,结合当前先进的电子技术,设计出一套高性能,低价位,小体积,便于携带和操作的印制电路板在线测试仪。 本文设计的在线测试仪系统包括控制器电路、信号发生电路、信号采集电路、元件测试电路、USB通信电路和开关矩阵电路等,其中控制器电路是以FPGA可编程控制芯片为核心,负责控制下位机其它所有电路的正常工作,并实现与上位机间的通信。 针对模拟元件的测试,本文首先探讨了对印制电路板上模拟元件测试时的隔离原理,继而详细阐述了电阻、电容(电感)、二极管、三极管、运算放大器等的测试方法,并分别设计了硬件测试电路。因为测试时需向被测元件施加测试激励信号,本文设计并完成了一信号发生电路,可输出幅值可调的直流恒压源信号和直流恒流源信号、幅值和频率都可调的交流信号。 针对数字器件的测试,本文将数字器件分为两种,一种为具有边界扫描功能单元的器件,另一类为非边界扫描器件,并分别对两种类型的数字器件的测试原理和方法进行了详细的描述,在文中给出了相关的硬件测试电路图。 本设计中,所有测试激励信号经测试电路后输出的测试结果都是直流电压信号,所以本文设计了一通用信号采集电路来完成对测试结果的取样。本文还设计了开关矩阵电路,用于将被测印制电路板上的元件接入到测试电路中。对通信电路的设计,本文采用USB通信方式与上位机进行有效的数据交换,并通过USB接口芯片完成了硬件电路的设计。 在软件方面,本文采用NiosⅡ C语言完成所有软件设计,以协助硬件部分来完成对印制电路板的测试工作。 本文已完成各部分电路试验及系统联调,试验证明设计达到了项目预定要求。
上传时间: 2013-08-02
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近年来,以FPGA为代表的数字系统现场集成技术取得了快速的发展,FPGA不但解决了信号处理系统小型化、低功耗、高可靠性等问题,而且基于大规模FPGA单片系统的片上可编程系统(SOPC)的灵活设计方式使其越来越多的取代ASIC的市场。传统的通用信号处理系统使用DSP作为处理核心,系统的可重构型不强,FPGA解决了这一问题,并且现有的FPGA中,多数已集成DSP模块,结合FPGA较强的信号并行处理特性使其与DSP信号处理能力差距很小。因此,FPGA作为处理核心的通用信号处理系统具有很强的可实施性。 @@ 基于上述要求,作者设计和完成了一个基于多FPGA的通用实时信号处理系统。该系统采用4片XC3SD1800A作为处理核心,使用DDR2 SDRAM高速存储实时数据。作者通过全面的分析,设计了核心板、底板和应用板分离系统架构。该平台能够根据实际需求进行灵活的搭配,核心板之间的数据传输采用了LVDS(低电压差分信号)技术,从而使得数据能够稳定的以非常高的速率进行传输。 @@ 本系统属于高速数字电路的设计范畴,因此必须重视信号完整性的设计与分析问题,作者根据高速电路的设计惯例和软件辅助设计的方法,在分析和论证了阻抗控制、PCB堆叠、PCB布局布线等约束的基础上,顺利地完成了PCB绘制与调试工作。 @@ 作为系统设计的重要环节,作者还在文中研究了在系统设计过程中出现的电源完整性问题,并给出了解决办法。 @@ LVDS高速数据通道接口和DDR2存储器接口设计决定本系统的使用性能,本文基于所选的FPGA芯片进行了详细的阐述和验证。并结合系统的核心板和底板,完成了应用板,视频图像采集、USB、音频、LCD和LED矩阵模块显示等接口的设计工作,对其中的部分接口进行了逻辑验证。 @@ 经过测试,该通用的信号处理平台具有实时性好、通用性强、可扩展和可重构等特点,能够满足当前一些信号处理系统对高速、实时处理的要求,可以广泛应用于实时信号处理领域。通过本平台的研究和开发工作,为进一步研究和设计通用、实时信号处理系统打下了坚实的基础。 @@关键词:通用实时信号处理;FPGA;信号完整性;DDR2;LVDS
上传时间: 2013-05-27
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