近年来微光、红外、X光图像传感器在军事、科研、工农业生产、医疗卫生等领域的应用越来越为广泛，但由于这些成像器件自身的物理缺陷，视觉效果很不理想，往往需要对图像进行适当的处理，以得到适合人眼观察或机器识别的图像。因此，市场急需大量高效的实时图像处理器能够在传感器后端对这类图像进行处理。而FPGA的出现，恰恰解决了这个问题。 近十年来，随着FPGA(现场可编程门阵列)技术的突飞猛进，FPGA也逐渐进入数字信号处理领域，尤其在实时图像处理方面。Xilinx的研究表明，在2000年主要用于DSP应用的FPGA的发货量，增长了50％；而常规的DSP大约增长了40％。由于FPGA可无比拟的并行处理能力，使得FPGA在图像处理领域的应用持续上升，国内外，越来越多的实时图像处理应用都转向了FPGA平台。与PDSP相比，FPGA将在未来统治更多前端(如传感器)应用，而PDSP将会侧重于复杂算法的应用领域。可以说，FPGA是数字信号处理的一次重大变革。 算法是图像处理应用的灵魂，是硬件得以发挥其强大功能的根本。”共轭变换”图像处理方法是一种新型的图像处理算法，由郑智捷博士上个世纪90年代初提出。这种算法使用基元形状(meta-shape)技术，而这种技术的特征正好具备几何与拓扑的双重特性，使得大量不同的基于形态的灰度图像处理滤波器可用这种方法实现。该种算法在空域进行图像处理，无需进行大量复杂的算术运算，算法简单、快速、高效，易于硬件实现。通过十多年来的实验与实践证明，在微光图像，红外图像，X光图像处理领域，”共轭变换”图像处理方法确实有其独特的优异性能。本篇论文就针对”共轭变换”图像处理方法在微光图像处理领域的应用，就如何在FPGA上实现”共轭变换”图像处理方法展开研究。首先在Matlab环境下，对常用的图像增强算法和”共轭变换”图像处理方法进行了比较，并且在设计制作“FPGA视频处理开发平台”的基础上，用VHDL实现了”共轭变换”图像处理方法的基本内核并进行了算法的硬件实现与效果验证。此外，本文还详细地讨论了视频流的采集及其编码解码问题以及I2C总线的FPGA实现。
上传时间： 2013-04-24
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数字滤波作为数字信号处理技术的重要组成部分，广泛应用于诸如信号分离、恢复、整形等多种场合中，本文讨论的FIR滤波器因其具有严格的线性相位特性而得到广泛的应用。在工程实践中，往往要求信号处理具有实时性和灵活性,但目前常用的一些软件或硬件实现方法则难以同时达到两方面的要求。 可编程逻辑器件是一种用户根据需要而自行构造逻辑功能的数字集成电路。本课题研究FIR的FPGA解决方案体现电子系统的微型化和单片化，主要完成的工作如下: (1)以FIR滤波器的基本理论为依据，研究适应工程实际的数字滤波器的设计方法： (2)对分布式算法进行了较为深入的研究。在阐述算法原理的基础上，分析了利用FPGA特有的查找表结构完成这一运算的方法，从而解决了常系数乘法运算硬件实现的问题； (3)以—FIR低通滤波器为例说明FIR数字滤波器的具体实现方法，采用层次化、模块化、参数化的设计思想，完成对整个FIR滤波器的功能模块的划分，以及各个功能模块的具体设计； (4)设计参数可调的FIR低通滤波器的硬件电路：以EPFlK50TCl44-l为核心，包括A/D转换电路、D/A转换电路以及在系统配置电路等。以话音作为输入信号，进行了实际滤波效果的测试。 实验系统的测试结果表明，和传统的数字滤波器相比较具有更好的实时性、准确性、灵活性和实用性。
上传时间： 2013-07-13
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本文结合工程需要详细论述了一种数字相位计的实现方法，该方法是基于FPGA(现场可编程门阵列)芯片运用FFT(快速傅立叶变换)算法完成的。首先，从相位测量的原理出发，分析了传统相位计的缺点，给出了一种高可靠性的相位检测实用算法，其算法核心是对采集信号进行FFT变换，通过频谱分析，实现对参考信号和测量信号初相位的检测，并同时阐述了FPGA在实现数字相位计核心FFT算法中的优势。在优化的硬件结构中，利用多个乘法器并行运算的方式加快了蝶形运算单元的运算速度；内置双端口RAM、旋转因子ROM使数据存储的速度得到提高；采用了流水线的工作方式使数据的存储、运算在时间上达到匹配。整个设计采用VHDL(超高速硬件描述语言)语言作为系统内部硬件结构的描述手段，在Altera的QuartusⅡ软件支持下完成。仿真结果表明，基于FPGA实现的FFT算法无论在速度和精度上都满足了相位测量的需要，其运算64点数据仅需27.5us，最大误差在1％之内。
上传时间： 2013-06-04
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本论文依据IEEE802.16a物理层对RS-CC码的参数要求，研究了RS-CC码的高速编、译码的VLSI硬件算法，同时对FPGA开发技术进行了研究，以VerilogHDL为描述语言，在Xilinx公司的FPGA上实现了高速的RS-CC编、译码器。RS译码器中，错误位置多项式和错误值多项式的求解采用无求逆单元，并具有规则数据流、易于VLSI实现的改进的欧几里德算法(MEA)；CC译码器由采用模归一化路径度量的全并行的“加比选(ACS)”模块和具有脉动阵列结构的幸存路径回溯模块组成。 在实现RS-CC译码器的过程中，分别从算法上和根据FPGA的结构特点上，对译码器做了一些优化工作，降低了硬件资源占有率和提高了译码速度。 此外，还搭建了以Xilinx公司40万等效门的FPGASpartan-Ⅲ400-4PQ208为主体，以Cypress公司的USB2.0芯片CY7C68013为高速数据接口的硬件试验平台，并在此试验平台上实现了文中的高速RS-CC编译码系统。
上传时间： 2013-06-03
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随着现代信息系统发展，网络系统尤其是分布式系统日益广泛地用于各个行业和领域，其中很多的关键应用需要基于时间同步进行。传统采用精准时钟对设备物理时钟进行精准调节以达到时钟同步的方式，以及单纯的在局域网内部通过相关时间协议进行时间同步的方式，由于受诸多限制，不能很好地解决分布式精确时钟同步的问题。然而人们对分布式时间精准度和时间同步的精确度要求越来越高，新型分布式网络时间同步研究成为一个需要亟待解决的关键性问题。既有工程应用价值，也有一定的理论意义。 首先从分布式系统应用的角度出发，首先对GNSS卫星授时、NTP协议、嵌入式系统及uClinux操作系统等理论和技术进行了阐述。重点讨论了如何解决分布式系统中的精确授时与同步问题的必要性和工程意义，分析了GNSS卫星授时特点和NTP网络协议的机制。 其次在充分考虑到网络同步实时性要求高的特点的基础上，提出了一种基于GNSS的嵌入式NTP授时服务器的设计架构，对各主要模块的功能、结构和工作原理进行了功能和性能分析。硬件具体以32位ARMS3C44B0X作为硬件控制核心的微处理器，开发了具有多通信端口的应用电路主板，并集成了GNSS卫星通信模块。 再次在软件方面具体对uClinux操作系统底层接口进行了较为深入的分析，在所设计的服务器硬件平台上移植了uClinux嵌入式操作系统及相关的驱动程序，并采用模块化的设计思想进行了NTP应用程序的设计与集成，实现了NTP协议的编译和NTP授时服务，其中对NTP协议主要参数和具体工作过程进行了系统性分析和设置应用。 最后在获取精准的系统统一时钟、通过NTP协议提供授时服务的基础上，结合实际在人工影响天气通信指挥系统中具体应用，实现了分布式人工降雨火箭弹发射点按命令精确同步进行发射的应用集成。初步测试表明，本文所设计的授时服务器应用情况良好，实现了不同层次分布式应用对于时间精准同步的高要求。
上传时间： 2013-04-24
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随着国民经济的快速发展，我国对于电力的需求和依赖性也越来越大。同时，对变电站及电网的安全和稳定也提出了更高的要求。2008年的南方冰雪灾害造成了电力设施及输电线路的重大损失，严重危害了电网的正常工作，影响了人民的正常生活和工厂的正常运行。电力部门需要一种能够实时监控变电站设备的监控系统，第一时间监测到电力设备的损坏和人为因素的破坏，迅速做出处理，将损失减小到最低值。随着电力部门网路化的全面普及，各个变电站有了相应的通讯网络，使得监控系统网络传输成为可能。 课题探索了低功耗、高性能、低成本并具有丰富芯片资源的嵌入式处理器和内核精简、性能强悍、源码开放及开发成本低的操作系统，设计和实现了基于ARM9和嵌入式Linux操作系统的变电站监控系统，实现了对变电站设备的实时视频监控、红外线监测和烟雾火灾探测等功能。系统硬件采用模块化设计，主控制器模块采用三星公司的S3C2410A高性能芯片作为嵌入式微处理器，设计了外围接口电路和其它外围设备电路；视频监控模块采用OV511系列USB摄像头进行图像采集；红外线防盗监测模块采用热释电红外线传感器配合菲涅尔透镜设计了报警电路；烟雾火灾探测模块采用Motorola公司生产的离子型烟雾检测芯片MC14468，设计了监测电路。系统软件开发分两层，下层软件开发构建了交叉编译环境，移植了嵌入式Linux操作系统并利用Video4Linux API库函数接口完成了视频图像采集程序的设计，同时对摄像头驱动程序进行了提取和编译；上层软件开发实现了对采集的视频数据在网络中传输，使用Visual C++设计了客户端监控应用界面，实现人机交互，并对所采集视频图像进行了最优化处理。 课题针对现有监控系统存在的不足进行改进，集视频监控、红外线防盗监测和火灾报警等功能于一体，充分发挥嵌入式系统和计算机网络的优势，设计出了功能丰富，性能优良的变电站监控系统。提高了变电站运行和维护的安全性及可靠性，并逐步实现了电网的可视化监控和调度，使电网调控运行更为安全、可靠。
上传时间： 2013-04-24
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电力变压器性能的好坏直接影响着电力系统的安全稳定运行。变压器绕组温度是变压器安全、经济运行以及使用寿命的决定性因素，已经成为变压器状态监测中健康隐患和故障发展的重要表现形式。通过对变压器绕组温度进行实时监测并判断其健康状况，以此来进行变压器的负荷调整和预知性维修，避免因绕组过热导致的变压器故障，可以提高变压器安全、经济运行水平，为电网安全运行带来重要保证。 传统的检测电力变压器温度的方法主要有红外温度检测、热电阻、热电偶温度检测等。红外测温为非接触测量，它只能测量变压器的表面温度，易受环境温度及周围磁场的干扰，且需人工操作，无法实现在线测量。对于热电阻、热电偶等测量法，在高频交变场中，导线会拾取噪声并由于涡流效应而发热。电导线的热导还会导致被测温度的扰动，测量效果不很理想。光纤光栅传感技术以其体积小、电绝缘、抗电磁干扰、易复用、传感信号可远距离传输、便于实现实时在线测量等优点，为电力变压器温度的测量提供了很好的技术手段。 本文在对国内外光纤光栅传感技术及其解调方案进行深入分析的基础上，设计了光纤布拉格光栅传感信号解调所需的硬件和软件，并进行了实验研究。论文涉及的主要工作有： 介绍了光纤的基本结构、布拉格光栅的工作机理及其制作方法，分析了光纤布拉格光栅作为传感元件时的基本参数，推导了光纤布拉格光栅的温度传感模型；详细介绍了目前常用的布拉格光纤光栅解调技术。 重点分析了监测系统的硬件电路设计及其原理，主要有微控制器相关电路的设计、光电转换电路、前置放大及滤波电路、AD转换电路、以太网通讯电路及液晶显示电路等。在硬件平台的基础上设计并测试了相关模块的驱动，实现温度的实时采集和发送。主要工作包括uC/OS—Ⅱ在LPC2148上的移植，利用LwIP实现以太网通讯等。 最后，搭建了系统光路，对监测系统进行了测试，得到了有益的数据，为下一步工作打下了良好的基础。
上传时间： 2013-04-24
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减摇鳍是船舶与海洋工程中的一种重要系统，目前已在多种船舶中广泛应用。减摇鳍对于提高船舶耐波性，增加船舶使用寿命，改善设备与人员的工作条件，提高舰艇的战斗力具有重要作用。减小船舶横摇是目前船舶运动控制领域的重要课题之一。本文以船舶减摇鳍系统作为研究对象，重点讲述了基于ARM处理器的减摇鳍控制器的设计与实现方案。 减摇鳍系统目前大多采用基于力矩对抗原理的PID控制器。控制器的性能对船舶自然横摇周期和无因次横摇衰减系数有着很大的依赖关系。由于船舶横摇运动的复杂性、非线性、时变性和海况的不确定性，经典PID控制难以获得满意的控制效果。采用先进的控制策略是解决这一问题的有效方法。本论文将模糊控制与PID控制相结合，实现了无须精确的对象模型，只须将操作人员和专家长期实践积累的经验知识用控制规则模型化，然后用模糊推理在线辨识对象特征参数，便可对PID参数实现自整定。另外，浪级调节器做为减摇鳍控制器的一个重要组成部分，本论文也对其设计进行了研究，提出了一种基于海浪谱估计的浪级调节器的设计方法，弥补了传统浪级调节器不能充分利用海浪信息的不足。 目前大多数的减摇鳍控制器使用单片机作为主处理器或者以工控机为基础开发而来的，前者集成度不高，稳定性也不好，而后者成本较高。因此，本课题设计了一款新型的基于ARM处理器的减摇鳍控制器，解决了上述问题。该系统主要由硬件平台和软件平台两部分组成。硬件平台主要包括基于飞利浦公司的LPC2214的控制器核心电路和辅助实现控制的驱动电路；软件平台主要是基于ARM的软件，包括启动代码和应用程序。 研究结果表明：开发的嵌入式减摇鳍控制系统不仅具有集成度高、性价比高、性能优越、抗干扰能力强、稳定性好、实时性高等优点。同时更能够适应减摇鳍控制系统智能化的发展趋势，所以该减摇鳍控制器具有很好的使用价值及意义。
上传时间： 2013-07-10
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本论文围绕大容量汽轮发电机的进相运行展开了研究工作。全文共分七章。第一章首先阐述了发电机进相运行的重要性和迫切性，对国内外相关方面的研究概况作了较为系统全面的综述，并对本论文的研究内容作了简单介绍。第二章给出了低频三维涡流电磁场的复边值问题，并介绍了复矢量场的一些理论基础。然后分别利用伴随算子和伴随场函数(广义相互作用原理)、最小作用原理和拉格朗日乘子法(广义变分原理)，建立了低频三维涡流电磁场中非自伴算子问题的变分描述。上述三种方法所得的结果与Galerkin法的结果完全一致。第三章介绍了圆柱坐标系下基于拱形体单元的三维稳态温度场有限元计算模型，并将变分法的结果与Galerkin法的结果进行了对比。第四章建立了汽轮发电机端部三维行波涡流电磁场的数学模型，在涡流控制方程中引入了罚函数项以使库伦规范自动满足，并应用广义相互作用原理导出了对应的泛函变分及其有限元计算格式。然后对多台大容量汽轮发电机端部的涡流电磁场进行了实例计算，并分析了罚函数项对数值解稳定性的影响以及影响端部电磁场的各种因素。第五章建立了大型汽轮发电机端部三维温度场的有限元计算模型，并应用传热学理论研究了散热系数、等效热传导系数等问题。然后求解了QFSS-300-2型汽轮发电机端部大压圈上的三维温度场分布，并与两台机组多种工况下的实测数据进行了对比。第六章介绍了二维稳态温度场的边值问题及其等价变分，导出了其有限元计算格式。然后求解了QFQS-200-2型汽轮发电机端部压圈上的温度分布，并与实测数据进行了对比。第七章首先定性研究了汽轮发电机从迟相运行到进相运行过程中不同区域上磁场强度的变化规律。然后介绍了发电机变参数数学模型，结合实测数据以及最小二乘回归分析计算了发电机稳态运行时的相关电气参数，并分析了发电机各物理量之间的相互关系。随后分析了不同工况下发电机端部结构件上的涡流损耗及温升的变化趋势。最后，利用发电机变参数模型给出了发电机的饱和功角特性、静稳极限以及运行极限图。
上传时间： 2013-07-10
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开关磁阻电机(SwitchedReluctanceMotor，SRM)具有结构简单、工作可靠、效率高和成本较低等优点，在很多领域都显示出强大的竞争力，但是位置传感器的存在不仅削弱了SRM结构简单的优势，而且降低了系统高速运行的可靠性，增加了成本，探索实用的无位置传感器检测转子位置的方案成为开关磁阻电机驱动系统(SwitchedReluctanceMotorDrive，SRD)研究的热点。SRM高度非线性的电磁特性决定了在精确的数学模型基础上实现无位置传感器控制十分困难，而人工神经网络的出现为解决这个问题提供了新的思路。径向基函数(RadialBasisFunction，RBF)神经网络是一种映射能力极强的前向型神经网络，具有收敛速度快、全局逼近能力强等优点。本文提出一种利用自适应RBF神经网络对SRM进行控制的新方法，所采用的RBF神经网络以电机绕组的相电流、磁链作为输入，转子位置作为输出，通过离线和在线相结合的方法对网络进行训练，建立SRM电流、磁链与转子位置之间的非线性映射，从而实现SRM的无位置传感器控制。 常规的PID控制以其结构简单、可靠性高、易于工程实现等优点至今仍被广泛采用。在系统模型参数变化不大的情况下，PID控制效果良好，但当被控对象具有高度非线性和不确定性时，仅靠PID调节效果不好。对于SRM，它的电磁关系高度非线性，固定参数的PID调节器无法得到很理想的控制性能指标。论文提出了一种基于RBF神经网络在线辨识的SRM单神经元PID自适应控制新方法。该方法针对开关磁阻电机的非线性，利用具有自学习和自适应能力的单神经元来构成开关磁阻电机的单神经元自适应控制器，不但结构简单，而且能适应环境变化，具有较强的鲁棒性。同时构造了一个RBF网络对系统进行在线辨识，建立其在线参考模型，由单神经元控制器完成控制器参数的自学习，从而实现控制器参数的在线调整，能取得更好的控制效果。 仿真及实验结果表明，自适应RBF神经网络能够实现电机的准确换相，从而实现了电机的无位置传感器控制；基于RBF神经网络在线辨识的单神经元自适应控制能够达到在线辨识在线控制的目的，控制精度高，动态特性好，具有较好的自适应性和鲁棒性。
上传时间： 2013-04-24
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