雷达信号处理是雷达系统的重要组成部分。在数字信号处理技术飞速发展的今天,雷达信号处理中也普遍使用数字信号处理技术。而现场可编程门阵列(FPGA)在数字信号处理中的广泛应用,使得FPGA在雷达信号处理中也占据了重要地位。 针对雷达信号处理的设计与实现,本文在以下两个方面展开研究: 一方面以线性调频信号(LFM)为例,分别对几种基本的雷达信号处理,如正交相干检波、脉冲压缩、动目标显示(MTI)/动目标检测(MTD)和恒虚警(CFAR)详细地阐述了其原理,在此基础上给出了其经常采用的实现方法,并在MATLAB环境中对各个环节进行了参数化仿真,详尽地给出了各环节的仿真波形图。针对仿真结果,直观形象地说明了不同实现方法的优劣。 另一方面结合MATLAB仿真结果,给出利用FPGA实现雷达信号处理的方案。在Xilinx ISE6.3i软件集成环境下,通过对Xilinx提供的IP核的调用,并与VHDL语言相结合,完成雷达信号处理的FPGA实现。
上传时间: 2013-06-08
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数据采集处理技术是现代信号处理的基础,广泛应用于雷达、声纳、软件无线电、瞬态信号测试等领域。随着信息科学的飞速发展,人们面临的信号处理任务越来越繁重,对数据采集处理系统的要求也越来越高。近年来FPGA由于其设计灵活性、更强的适应性及可重构性,结合SDRAM的高速、大容量、价格优势,在设计高速实时数据采集系统时受到了广泛的关注。 本课题重点研究了基于FPGA与DDR2-SDRAM的高速实时数据采集系统的设计与实现技术,为需要大容量存储器的系统设计提供了新的思路。在深入研究了DDR2-SDRAM器件的基本构造与工作原理的基础上,结合成熟的商业化IP核,提出了基于FPGA与DDR2-SDRAM的高速实时数据采集系统的设计方案,并从总体设计构想到各逻辑细节实现都进行了详细描述。根据DDR2-SDRAM的特点,选择合适的内存调度方案,采用Verilog HDL语言设计实现了该高速实时数据采集系统,并对系统功能进行验证与分析,结果表明本设计完全能够满足系统的性能指标。
上传时间: 2013-06-24
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基于FPGA的智能小车系统就是本地计算机通过接入Internet小车实现对远端工作现场、危险工作地段等特殊环境进行监视和控制的系统。智能小车是智能行走机器人的一种,这种智能小车可以适应不同环境,不受温度、湿度、空间、磁场辐射、重力等条件的影响,可以在人类无法进入或生存的环境中完成人类无法完成的探测任务。适用于国防及民用多个领域。整个系统以遥控小车装置为基础,通过配置在上面的摄像头实现图像的采集及对行车道的检测,通过配置的红外测温仪探测环境和目标的温度,具有一定的智能性。其明显的优点是可以通过网络远程控制小车运行及采集现场的温度、图像等相关信息,完成人类在特定条件下无法完成的工作。对人类的科学研究、探索未知领域、远程监控等有着重要的意义。 论文在深入研究SOPC和嵌入式操作系统的基础上,提出了基于FPGA的智能小车远程监控方案。采用FPGA来实现,可以充分利用现有的IP核,功能扩展容易,设计开发成本低,上市时间快,修改方便,甚至可以远程重构系统。与单片机相比,集成度高,可靠性好,调试和维护方便。 论文主要内容包括以下几个部分:在对智能小车功能分析的基础上,设计了硬件系统,并在FPGA上构建了基于Nios Ⅱ的嵌入式系统,配置了SPI、串行口和以太网接口模块和驱动程序,以及各种存储器。移植了μClinux操作系统,配置嵌入式Web服务器,编写CGI程序,设计了动态网页;并对行车道检测系统进行了研究,在DSP Builder中构建了该模块,并在Matlab中进行了仿真。在研究数码相机模块和红外测温模块的基础上,编写了图像采集和温度测量程序以及小车运动控制程序,并对系统进行了调试,初步达到通过Internet实现远程监控的目的。
上传时间: 2013-05-24
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随着移动终端、多媒体、通信、图像扫描技术的发展,图像应用日益广泛,压缩编码技术对图像处理中大量数据的存储和传输至关重要。同时, FPGA单片规模的不断扩大,在FPGA芯片内实现复杂的数字信号处理系统也成为现实,因此采用FPGA实现图像压缩已成为一种必然趋势。JPEG静态图像压缩标准应用非常广泛,是图像压缩中主要的标准之一。研究JPEG图像压缩在FPGA上的实现,具有广阔的应用背景。 论文从实际工程应用出发,通过设计图像压缩的IP核,完成JPEG压缩算法在FPGA上的实现。首先阐述JPEG基本模式的压缩编码的标准,然后在设计规划过程中,采用SOC的设计思想,给出整个系统的内部结构、层次划分,对各个模块的HDL实现进行详细的描述,最后完成整体验证。方案采用了IP核复用的设计技术,基于Xilinx公司本身的IP核,进行了再次开发。在研究JPEG标准的核心算法DCT的基础上,加以改进,设计了适合器件结构的基于DA算法的DCT变换的IP核。通过结构和算法的优化,提高了速度,减少占用过多的片内资源。 设计基于Xilinx的Virtex- II系列的FPGA的硬件平台,在ISE7.1中编译综合,最后通过Modelsim仿真验证。分辨率为352×288大小的源图像,在不同的压缩等级设置下,均测试通过。仿真验证的结果表明:基于FPGA的JPEG压缩编码占用较少的硬件资源,可在较高的工作频率下运行,设计在速度和资源利用率方面达到了较优的状态,能够满足一般图像压缩的要求。 整个设计可以作为单独的JPEG编码芯片也可以作为IP核添加到其他系统中去,具有一定的使用价值。
上传时间: 2013-04-24
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随着集成电路技术的飞速发展,芯片的规模越来越大,集成度越来越高,工作频率越来越快,但是芯片的设计能力却面临巨大的挑战。而IP核的重用则是解决当今芯片设计所面临问题的最有效的解决方法。 MDIO接口模块为以太网接口芯片中MAC层对PHY器件的控制管理接口。随着以太网技术的快速发展以及MAC应用越来越广泛,MDIO接口模块的应用也越来越多,因此将MDIO接口模块设计成可重用的IP核对于以各种太网接口集成芯片的设计具有很重要的作用。 本文详细描述了MDIO接口模块IP核的设计,介绍了该IP核的系统结构以及各个子模块的详细设计方法,对此IP核进行了仿真验证,最后进行了FPGA测试,功能和性能达到了要求,最终通过了IP审核流程并且已成功应用于企业的以太网接口芯片中。
上传时间: 2013-06-20
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雷达信号处理是雷达系统的重要组成部分。在数字信号处理技术飞速发展的今天,雷达信号处理中也普遍使用数字信号处理技术。而现场可编程门阵列(FPGA)在数字信号处理中的广泛应用,使得FPGA在雷达信号处理中也占据了重要地位。 针对脉压雷达信号处理的FPGA实现,本文在以下几个方面展开研究: 首先对几种主要的脉冲压缩信号进行了详细的分析,得出了各种信号的特点及其处理方式;并比较了各种方式的优缺点。 其次对几种基本的雷达信号处理如脉冲压缩、动目标检测(MTD)、恒虚警(CFAR)等详细地阐述了其原理;列举了各种信号处理经常采用的实现方法,对各种方法进行了比较研究;并针对线性调频信号在MATLAB环境中对雷达回波信号处理进行仿真。 接下来,在Xilinx ISE6.3i软件集成环境下,通过对Xilinx提供的免费IP核的调用,并与VHDL语言相结合,进行雷达信号处理的FPGA实现。
上传时间: 2013-06-24
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本文探索了自主系统CPU设计方法和经验,同时对80C51产品进行了必要的改进。 文章采用XILINX公司的Virtex-ⅡPro系列FPGA芯片,在相关EDA软件平台的支持下进行基于FPGA的8051芯片的设计。在已公开的8051源代码的基础上,对其中的程序存储器、指令存储器做了较大幅度的修改,增加了定时器、串行收发器的软件编写,VerilogHDL语句共6000余行(见附录光盘)。在设计中笔者特别的注意了源代码中组合逻辑循环的去除,时序设计中合理确定建立时间和保持时间,保证了工作频率的提高(工作频率由12MHz提高到约30MHz),串行收发器的下载实验验证了该模块频率的提高。对设计高频CPU提供了有益的借鉴。本文利用Modelsim进行了功能仿真和后仿真,利用Synplify进行了综合,仿真和综合结果达到了设计的预期要求,并为下载和组成系统作了准备工作(设计了外围电路的PCB板图)。
上传时间: 2013-06-28
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作者研究了当前流行的缩放算法,对图像纹理相关性大小和边缘方向的判断上提出了一种新的方法,并在此基础上发展了一套适用于数字视频芯片的图像缩放算法。仿真结果表明此算法由优于目前流行的图像缩放算法。 介绍了FPGA的开发工作大致可以分为设计和验证两大部分,在具体开发流程上可以根据要求灵活控制。缩放芯片的开发可以分为:芯片结构设计、时钟系统设计、存储器读写控制、IP核复用设计、计算精度控制等方面的电路设计。在设计完成各级子模块以后拼接各子模快完成整个缩放模块的设计。通过测试发现设计中存在的缺陷,修改再测试,最终完成整个模块的设计。
上传时间: 2013-05-31
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随着图像处理和模式识别技术的进步,基于生物特征的识别技术成为蓬勃发展的高技术之一,根据IBG(InternationalBiometricGroup)组织对生物特征市场的统计和预测,该领域的收入的年增长率30-50%,到2008年,全球总收入将达到46.39亿美元。而基于指纹特征的识别技术由于其独特的可靠性,稳定性,方便快捷的特点,恰好符合了市场的需求。目前指纹识别技术是生物识别领域中应用最广泛的识别技术,也是研究与应用的一个热点。 SOPC片上可编程系统和嵌入式系统是当前电子设计领域中最热门的概念。NiosⅡ是Altera公司开发的一种采用流水线技术、单指令流的RISC嵌入式处理器软核,可以将它嵌入FPGA内部,与用户自定义逻辑结合构成一个基于FPGA的片上系统。与嵌入式硬核相比较,嵌入式软核具有更大的灵活性。而FPGA的高速性、恰恰满足了指纹识别系统对速度的要求。 本文对指纹识别技术中各个环节的算法进行了较为深入的研究,结合NiosⅡ嵌入式处理器的特点,对算法进行了合理的选择与优化,形成了一套完整的指纹识别算法,并提出了一种基于FPGA的指纹识别系统硬件设计方案。 论文的内容主要包括以下几个方面: 1、对指纹图像预处理、后处理和匹配算法进行了改进,提高了算法的性能;设计了一种适用于快速匹配的指纹特征数据结构;提出了一套基于特征点匹配的指纹识别算法。实验结果表明该算法速度快、误识率较低、可靠性较高,可以满足实用的要求。 2、本着增加系统集成度、减小系统体积、提高便携性、降低功耗和成本,同时提升系统的性能的原则,使用Altera公司提供的外围设备IP核配合NiosⅡ处理器软核搭建了一个单片嵌入式系统,然后以内嵌NiosⅡ软核的FPGA和FPS200指纹采集器为核心芯片,外配片外RAM和Flash存储器以及小键盘和LCD显示屏等器件,设计了一个便携式指纹识别系统,提出了一套基于FPGA的硬件设计方案。 3、利用NiosⅡ开发板对硬件设计方案进行了初步的验证,实现了指纹采集芯片FPS200与FPGA的接口,并进行了算法的移植。 实验结果表明本文所提出的系统设计方案是可行的。基于FPGA的自动指纹识别系统在速度、功耗、体积、扩展性方面有着独特的优势,具有广阔的发展空间。最后提出了对这一设计继续改进的思路和下一步研究的内容。
上传时间: 2013-06-07
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软件无线电是二十世纪九十年代提出的一种实现无线通信的体系结构,被认为是继模拟通信、数字通信之后的第三代无线电通信技术。它的中心思想是:构造一个开放性、标准化、模块化的通用硬件平台,并使宽带模数和数模转换器尽可能靠近天线,从而将各种功能,如工作频段、调制解调类型、数据格式、加密模式、通信协议等用软件来完成。 本论文首先介绍了软件无线电的基本原理和三种结构形式,综述了软件无线电的几项关键技术及其最新研究进展。其中调制解调模块是软件无线电系统中的重要部分,集中体现了软件无线电最显著的优点——灵活性。目前这一部分的技术实现手段多种多样。随着近几年来芯片制造工艺的飞速发展,可编程器件FPGA以其高速的处理性能、高容量和灵活的可重构能力,成为实现软件无线电技术的重要手段。 本论文调制解调系统的设计,选择有代表性的16QAM和QPSK两种方式作为研究对象,采用SystemView软件作为系统级开发工具进行集成化设计。在实现系统仿真和FPGA整体规划后,着重分析用VHDL实现其中关键模块以及利用嵌入FPGA的CPU核控制调制解调方式转换的方法。同时,在设计中成功地调用了Xilinx公司的IP核,实现了设计复用。由于FPGA内部逻辑可以根据需要进行重构,因而硬件的调试和升级变得很容易,而内嵌CPU使信号处理过程可以用软件进行控制,充分体现了软件无线电的灵活性。 通过本论文的研究,初步验证了在FPGA内实现数字调制解调过程及控制的技术可行性和应用的灵活性,并对将来的扩展问题进行了研究和讨论,为实现完整的软件无线电系统奠定了基础。
上传时间: 2013-06-10
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