卫星导航定位系统可以为公路、铁路、空中和海上的交通运输工具提供导航定位服务。它能够军民两用，战略作用与商业利益并举。只要持有便携式接收机，则无论身处陆地、海上还是空中，都能收到卫星发出的特定信号。接收机选取至少四颗卫星发出的信号进行分析，就能确定接收机持有者的位置。 GPS导航定位接收机的理论基础即是扩频通信理论，扩频通信技术与常规的通信技术相比，具有低截获率，强抗噪声，抗干扰性，具有信息隐蔽和多址通信等特点，目前己从军事领域向民用领域迅速发展，成为进入信息时代的高新技术通信传输方式之一。扩频通信技术中，最常见的是直接序列扩频通信(DSSS)系统，本文所研究的就是这一类系统。 目前在卫星信号的捕获上一般使用两种方法：顺序捕获方法(时域法，基于大规模并行相关器)和并行捕获方法(频域法，基于FFT)。本文在第二章分别分析了现有顺序捕获和并行捕获技术的原理，并给出了它们的优缺点。 本文第三章对长码的直接捕获进行了深入的研究，基于对国内外相关文献中长码直捕方法的分析与对比，并且结合在实际过程中硬件资源需求的考虑，应用了基于分段补零循环相关和FFT搜索频偏的直捕方法。此方法大大减少了计算量，加快了信号捕获的速度。本方法利用FFT实现接收信号与本地长码的并行相关，同时完成频偏的搜索，将传统的二维搜索转换为并行的一维搜索，从而能快速实现长码捕获。 GPS信号十分微弱，灵敏度低，在战场环境下，GPS接收机会面临各种人为的干扰。如何从复杂的干扰信号中实现对GPS信号的捕获，即抗干扰技术的研究，是GPS也是本文研究一个的方面。第四章即研究了GPS接收机干扰抑制算法，在强干扰环境下，需要借助信号处理技术在不增加信号带宽的条件下提高系统的抗干扰能力，以保证后续捕获跟踪模块有充足的处理增益。 本文在第五章给出了GPS接收机长码捕获以及干扰抑制的FPGA实现方案，并对各主要子模块进行了详细地分析。基本型接收机中长码捕获采用频域方法，选用Altera StratixⅡ EP2S180芯片实现；抗干扰型接收机中选用Xilinx xc4vlx100芯片。实现了各模块的单独测试和整个系统的联调，通过联调验证，本文提出的长码直接捕获方法正确、可行。 本文提出的长码直捕方法可以在不需要C/A码辅助捕获下完成对长码的直接捕获，可以应用于GPS接收机，监测站接收机的同步等，对我国自主研发导航定位接收机也有重大的现实及经济意义。
上传时间： 2013-06-18
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普通GPS接收机在特殊环境下，如在高楼林立的城市中心，林木遮挡的森林公路，特别是在隧道和室内环境的情况下，由于卫星信号非常微弱，载噪比（Carrier Noise Ratio，C/No）通常都在34dB-Hz以下，很难有效捕获到卫星信号，导致无法正常定位。恶劣条件下的定位有广阔的发展和应用前景，特别是在交通事故、火灾和地震等极端环境下，快速准确定位当事者所处位置对于降低事态损失和营救受伤者是极为重要的。欧美和日本等发达国家也都制定了相应的提高恶劣条件下高灵敏度定位能力的发展政策。而高灵敏度GPS接收机定位的关键在于GPS微弱信号的处理。 本课题的主要研究内容是针对GPS微弱信号改进处理方法。针对传统GPS接收机信号捕获中的串行搜索方法提出了基于批处理的微弱信号捕获方法,来提高低信噪比情况下微弱信号的捕获能力，实现快速高灵敏度的准确捕获；针对捕获微弱信号处理大量数据导致的运算量激增，运用双块零拓展(Double Block Zero Padding，DBZP)处理方法减少运算量同时缩短捕获时间。针对传统GPS接收机延迟锁相环跟踪算法提出了基于卡尔曼滤波的新型捕获算法，减小延迟锁相环失锁造成的信号跟踪丢失概率，来提高恶劣环境下低信噪比信号的跟踪能力，实现微弱信号的连续可靠跟踪。通过提高GPS微弱信号的捕获与跟踪能力，进而使GPS接收机在恶劣环境下卫星信号微弱时能够实现较好的定位与导航。 通过拟合GPS接收机实际接收到的原始数据，构造出不同载噪比的数字信号，分别对提出的针对微弱信号的捕获与跟踪算法进行仿真比较验证，结果表明，对接收机后端信号处理部分作出的算法改进使得GPS接收机可以更好的处理微弱信号，并且具有较高的灵敏度和精度。文章同时针对提出的数据处理特征使用FPGA技术对算法主要的数据处理部分进行了初步的构架实现并进行了板级验证，结果表明，利用FPGA技术可以较好的实现算法的数据处理功能。文章最后给出了结论，通过提出的基于批处理和基于DBZP方法的捕获算法以及基于卡尔曼滤波的信号跟踪算法，可以有效地解决微弱GPS信号处理的难题，进而实现微弱信号环境下的定位与导航。
上传时间： 2013-05-31
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建立在数据率转换技术之上的宽带数字侦察接收机要求能够实现高截获概率、高灵敏度、近乎实时的信号处理能力。双信号数据率转换技术是宽带数字侦察接收机关键技术之一，是解决宽带数字接收机中前端高速ADC采样的高速数据流与后端DSP处理速度之间瓶颈问题的可行方案。测频技术以及带通滤波，即宽带数字下变频技术，是实现数据率转换系统的关键技术。本文首先介绍了宽带数字侦察接收关键技术之一的数据率转换技术，着重研究了快速、高精度双信号测频算法以及实验系统硬件实现。论文主要工作如下： (1)分析了现代电子侦察环境下的信号特征，指出宽带数字接收机必须满足宽监视带宽、流水作业以及近实时的响应时间。给出了一种频率引导式的数字接收机方案，简要介绍这种接收机的关键技术——快速、高精度频率估计以及高效的数据率转换。 (2)介绍了FFT技术在测频算法中的应用，比较了FFT专用芯片及其优点和缺点，指出为了满足实时处理要求，必须选用FPGA设计FFT模块。 (3)在分析常规的插值算法基础上，提出了一种单信号的快速插值频率估计方法，只需三个FFT变换系数的实部构造频率修正项，计算量低。该方法具有精度高、测频速率快的特点。 (4)基于DFT理论和自相关理论，提出了结合FFT和自相关的双信号频率估计算法。该方法先用DFT估计其中一个信号的频率和幅度，以此频率对信号解调并对消该频率成分，最后利用自相关理论估计出另一个信号的频率。 (5)基于DFT理论和FFT技术，研究了信号平方与FFT结合的双信号频率估计算法。根据信号中两频率分量的幅度比，只需一次一维平方信号谱峰搜索，就可以得到双信号的和频与差频分量的估计值，并利用插值技术提高测频精度。该算法能够精确地估计频率间隔小的双信号频率，且容易地扩展到复信号，FPGA硬件实现容易。 (6)基于现代谱分析理论，研究了基于AR(2)模型的双信号频率估计算法。方法在利用AR(2)模型系数估计双正弦信号频率之和的同时，利用FFT快速测频算法估计其中强信号分量的频率值。算法仿真验证和性能分析表明了提出的算法能快速高精度地估计双信号频率。 (7)给出了基于频谱重心算法的雷达双信号频率估计的FPGA硬件实现架构，并进行了时序仿真。 (8)讨论了双信号带宽匹配接收系统的硬件设计方案，给出了快速测频及带宽估计模块设计。
上传时间： 2013-06-02
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相位激光测距是一种高精度的距离测量技术，随着电子器件和信号处理技术的发展，这种测距技术在军用和民用领域必将得到更为广泛的研究和应用。本文介绍了一种基于FPGA嵌入式技术的相位激光测距系统，该系统采用先进的FPGA技术，实现了调制信号产生、信息控制与处理三个模块的整合，解决了传统相位激光测距所难以克服的弱点。 文中阐述了激光测距和调制信号源的基本原理，分析了影响测距精度的因素，指出应用DDS技术可以实现宽带、高精度的调制信号输出，说明了引起DDS输出信号杂散的原因和解决的办法。分析了应用FFT运算实现信号相位提取的基本原理及设计方法，采用这种检相技术，可以极大地提高测相精度与灵敏度。提出了基于FPGA嵌入式系统的相位式激光测距机的整体设计，并就各部分进行了详细的分析与设计。介绍了激光测距系统的外围电路和基于QuartusⅡ集成软件平台的部分硬件电路的设计，并对其中的设计进行了仿真和验证，总结提出了对系统今后的进一步改进和完善的思路。
上传时间： 2013-06-28
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刀具状态的精确监测是保证金属切削加工过程顺利进行的关键，因此研制准确、可靠且成本低廉的刀具状态监测系统一直是研究人员所追求的目标。在众多刀具状态监测方法中，声发射监测技术，以其信号直接来源于切削区，具有灵敏度高、响应快，能有效避开低频干扰等优点，非常适用于刀具状态监测。 围绕如何获取高信噪比的刀具状态信号特征，拟结合嵌入式技术，构建准确、稳定、低成本的实时刀具状态监测与辨识系统。给出了基于ARM& WinCE平台的刀具状态监测系统数据处理平台软硬件初步解决方案。作为课题的前期研究本文主要进行了以下工作： （1）分析了声发射信号与刀具磨损状态的相关性，验证了利用声发射信号进行刀具状态监测的可行性； （2）确定刀具状态监测系统的整体方案，包括系统整体架构、软硬件设计方案。ARM& WinCE构成本系统的数据处理与显示平台，EVC为图形界面应用程序开发工具； （3）构建了数据处理与显示平台。选用MagicARM2410实验开发平台，简化了硬件设计；根据系统的功能需求，进行ARM平台的接口设计、操作系统和必要的驱动程序的剪裁及移植； （4）完成了数据处理与显示应用软件设计。系统软件包括界面模块、数据管理模块、数据处理模块、图形及结果显示模块、参数设置模块等，其中数据处理模块主要包括小波消噪、小波包分解特征提取等算法； （5）实现了ARM& WinCE平台与PC机的实时可靠通讯。
上传时间： 2013-04-24
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本课题针对当前煤矿企业对水的依赖性和企业自身发展对水源的需求等实际问题，研制了基于ARM的煤矿水源井监控系统。 论文主要介绍了监控系统监控终端（RTU）的硬件设计、软件算法设计以及通讯技术、电机的保护原理和监控系统上位机的软件设计。 监控终端（RTU）的算法设计方面，针对系统数据信号的特点和系统分析的需要，对水位、流量、出水口压力采用直流采样，对相电流、相电压采用交流信号采样。对采样后的数据进行数值分析和计算，获得了高精度的煤矿水源井参数的测量和系统的控制。 通讯部分采用的是具有接收灵敏度高、频率稳定、传输效率高等优点的无线数传电台与RS-232组成无线网络，实现了数据的上下传输。 监控终端（RTU）的硬件设计方面主要采用ARM芯片作为监控分站的终端处理核心，实时检测水源井的水位，出水口压力、流量等参数。实时显示水源井各参数的动态特性，并查看水位的历史变化。同时，ARM处理器通过互感器对数据采集处理后，可计算出水泵电机的三相电流、电压的实际值，根据电机的相序电流、电压的大小，可对电机实时有效的微机保护。并根据监控中心命令进行相应的数据处理和数据传送。 监控终端软件方面主要考虑到时实采样的准确性，uClinux系统在ARM系统上数据处理的快速性与实时性，以及与监控系统软件的通信显示方面的可行性与有效性。 系统监控的软件利用VC++6．0中的编程进行实时数据的采集处理和控制、数据的实时显示、报表打印和报警等功能。通过ADO对象和SQL Sever，与windows系统上的数据库服务器进行实时数据的交互。
上传时间： 2013-05-16
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大气能见度(Visibility)是反映大气透明度的一个指标，是气象观测的常规项目，它对航海、航空、陆上交通以及军事活动等都有重要影响。目前国内能见度仪，特别是适用于海洋恶劣环境中的便携式、高精度的能见度仪较少，需要研制适合海上测量的能见度仪。 在系统阐述大气能见度检测理论依据的基础上，研究了能见度检测系统的关键技术，主要包括光源的稳定性、微弱信号的相敏检测技术及信号的抗干扰技术等。本系统由发射模块、接收模块、信号处理模块及电源模块等组成。设计了发射模块和接收模块的光学系统，并进行了发射光源的调制设计、接收模块中的光电转换电路、放大电路、带通滤波电路的设计及信号的锁相放大电路的设计等。大气能见度测量属于微弱信号检测技术，在海上更容易受到外界自然光及其它环境因素的干扰，因此滤除各种干扰，提取有用的微弱信号是本设计的核心。本文重点研究了光敏检测技术和适合于微弱信号检测的锁相放大技术，设计了以OPT101为核心的光敏检测电路，有效提高了电路的灵敏度和抗干扰，简化了设计；设计了以平衡调制解调芯片AD630为核心的锁相放大电路和由双D触发器SN74HCT74及单稳态触发器M74HC4538B1R组成的移相电路，实验证明，在较大的噪声背景下，该电路可以有效地提取出反映能见度变化的有用信号。锁相放大后的直流信号，经AD处理后输入到微处理器ARM中，经过理论运算最后得到能见度值。为了保证系统工作的稳定性，特别是海上恶劣环境，对系统进行了防盐、雾、水的设计，如对镜头进行镀膜、对PCB板进行了三防处理等。 最后进行了能见度仪样机的研制。
上传时间： 2013-04-24
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压电石英晶体生物传感器是利用压电石英晶体振荡频率对晶体表面质量负载和表面性状如密度、粘度、电导、介电常数等的高度敏感性与生物识别分子的高度特异性相结合发展起来的一种新型传感器。它具有灵敏度高、特异性好
上传时间： 2013-06-17
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经济的快速发展使得人们越来越注重生活质量，对于有害气体的检测成为人们的迫切要求，我国气敏传感器发展迅速，但由于气敏传感器的高阻值特性及接口电路复杂等原因，气敏传感器测量装置发展缓慢。在了解气敏传感器的气敏机理及气敏传感器的工作原理的前提下，设计了一种新型的气体浓度测量装置，并将采集到的信号处理后通过无线传输设备传送。该装置以ARM7为内核的LPC2131 作为微处理器，利用其强大的数据计算处理能力及控制能力,设计出了显示气体浓度值的测量电路。此外由于因LPC2131 内部集成了多种硬件电路接口，有效地降低了成本，减小了装置体积。 在无线传输部分，采用挪威Nordic公司的单片射频收发器nRF403，nRF403工作在433或315MHz国际上通用的ISM频段,双工作频段可以自由切换,FSK 调制解调,采用直接数字合成DSS和锁相环稳频PLL 进行频率合成,频率稳定性好,发射数据时无方向性要求,在高速移动和振动等情况有抗干扰能力。本测量装置的设计主要包括硬件和软件两大部分。硬件部分由四部分组成：数据采集电路、ARM系统模块电路设计、无线收发电路模块、显示模块组成。软件部分的设计包括：通道选择程序设计、A/D转换程序设计、信号处理程序（算法）、无线收发程序、液晶模块程序设计、以及PC端应用程序设计。经过实际的测量，本装置可对外界气体浓度进行准确的测量，精度保持误差在1.5％以内。本装置具有高灵敏度、小型、简单、低耗等优点。
上传时间： 2013-04-24
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发电机是电力系统的关键设备，如何有效监测发电机的工作状态一直是电力部门研究的重要课题之一。发电机可以正常工作，其中绝缘体部分起着不可或缺的作用，以前的发电机绝缘体监测系统都存在着一些不足，比如精度低，适用范围窄等。基于此原因，本文介绍了FJR装置，它可以用来监测发电机绝缘体是否出现过热或老化的情况，为发电机的安全运行提供了保障。该装置具有很高的灵敏度，可适合于空冷、水冷等不同发电机。整个检测系统分为气路和电路两部分，气路部分负责将发电机绝缘体的状况转化成电流信号，而电路部分负责对这些电流信号进行处理。文中将FJR系统的气路部分等效为一个黑盒子，而重点介绍其电路部分。电路部分主要的功能是采集从气路传送过来的两路电流信号，并进行计算和分析，决定是否报警，同时将采集到的数据和分析的结果定性地显示给工作人员。 本文第一章介绍了课题的研究背景，并在此基础上提出了课题的必要性和研究方向；第二章从整体入手，对监测系统的功能进行了分析，明确了要实现的功能和目标，并提出了使用ARM做上位机，负责系统控制和界面显示，DSP做下位机负责信号的采集和计算；后面几章则分别介绍了系统的各个模块；第三章主要介绍嵌入式系统及其软件开发，包括系统的设计以及各个功能的实现，比如串口通信、CF卡存储等等，从本章中可以了解到系统的界面显示内容和键盘操作步骤；第四章介绍了负责信号采集和计算的DSP系统，并且详细介绍了实现各项功能时所用到的外部设备，包括RTC时钟，AD采样芯片等；本章接下来阐述了DSP和ARM两个模块如何通过双口RAM实现通信以及通信帧的格式；第五章介绍了系统中的一些硬件电路，包括模拟放大器等，使得读者可以更全面地了解本系统，同时在本章作者还总结了一些电路板设计的心得和体会。论文最后一章对本文所做的工作进行了总结，指出了需要改进之处，也指明了以后进一步研究的任务和方向。
上传时间： 2013-04-24
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