回波抵消器在免提电话、无线产品、IP电话、ATM语音服务和电话会议等系统中，都有着重要的应用。在不同应用场合对回波抵消器的要求并不完全相同，本文主要研究应用于电话系统中的电回波抵消器。电回波是由于语音信号在电话网中传输时由于阻抗不匹配而产生的。 传统回波抵消器主要是基于通用DSP处理器实现的，这种回波抵消器在系统实时性要求不高的场合能很好的满足回波抵消的性能要求，但是在实时性要求较高的场合，其处理速度等性能方面已经不能满足系统高速、实时的需要。现代大容量、高速度的FPGA的出现，克服了上诉方案的诸多不足。用FPGA来实现数字信号处理可以很好地解决并行性和速度问题，且其灵活的可配置特性使得FPGA构成的DSP系统非常易于修改、测试和硬件升级。 本文研究目标是如何在FPGA芯片上实现回波抵消器，完成的主要工作有： (1)深入研究了回波抵消器各模块算法，包括自适应滤波算法、远端检测算法、双讲检测算法、NLP算法、舒适噪声产生算法，并实现了这些算法的C程序。 (2)深入研究了回波抵消器基于FPGA的设计流程与实现方法，并利用硬件描述语言Verilog HDL实现了各部分算法。 (3)在OuartusⅡ和ModelSim仿真环境下对该系统进行模块级和系统级的功能仿真、时序仿真和验证。并在FPGA硬件平台上实现了该系统。 (4)根据ITU-T G．168的标准和建议，对设计进行了大量的主、客测试，各项测试结果均达到或优于G．168的要求。
上传时间： 2013-06-23
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密集型的矩阵运算在信号处理和图像处理中被广泛应用，而且往往需要系统进行实时运算，这就需要系统具有很高的吞吐率。因此寻找矩阵运算的高速实现方法是很有意义的。FPGA的运算速度快并且可以并行运算，和其它矩阵运算的实现方式相比，FPGA有其独特的优势。本文主要设计并实现了基于FPGA的各种矩阵运算模块。 本文首先介绍了矩阵运算的特点和原理，接着讨论了FPGA浮点运算单元的VHDL设计方法，在此基础上，设计了矩阵相乘累加、三角矩阵求逆和一般矩阵分解求逆的运算模块，给出矩阵阶数扩大时各种矩阵运算的分块实现方法。然后在ModelSim环境下仿真了一般矩阵的求逆模块，与Maflab仿真结果比较，分析了运算精度、时间复杂度和资源占用情况，在Virtex-4系列FPGA硬件平台上进行了调试和测试，并通过USB接口将矩阵运算结果送入PC机，验证了基于FPGA矩阵运算的正确性和可行性。最后对矩阵求逆模块在雷达信号中的应用作了简单介绍。
上传时间： 2013-07-20
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随着信号处理技术的进步和电子技术的发展，雷达信号侦察接收机逐渐从模拟体制向数字体制转变。软件无线电概念的提出，促使雷达侦察接收机朝大带宽、全截获方向发展，现有的串行信号处理体制已经很难满足系统要求。FPGA器件的出现，为实现宽带雷达信号侦察数字接收机提供了硬件支持。 本文结合FPGA芯片特点，在前人研究基础上，从算法和硬件实现两方面，对雷达信号侦察数字接收机若干关键技术进行了研究和创新，主要研究内容包括以下几个方面。 1)给出了基于QuartusII/Matlab和ISE/ModelSim/Matlab的两种FPGA设计联合仿真技术。这种联合仿真技术，大大提高了基于FPGA的雷达信号侦察数字接收机的设计效率。 2)给出了一种基于FFT/IFFT的宽带数字正交变换算法，并将该算法在FPGA中进行了硬件实现，设计可对600MHz带宽内的输入信号进行实时正交变换。 3)提出了一种全并行结构FFT的FPGA实现方案，并将其在FPGA芯片中进行了硬件实现，设计能够在一个时钟周期内完成32点并行FFT运算，满足了数字信道化接收机对数据处理速度的要求。 4)提出了一种自相关信号检测FPGA实现方案，通过改变FIFO长度改变自相关运算点数，实现了弱信号检测。提出通过二次门限处理来消除检测脉冲中的毛刺和凹陷，降低了虚警概率，提高了检测结果的可靠性。 5)在单通道自相关信号检测算法基础上，提出采用三路并行检测，每路采用不同的相关点数和检测门限，再综合考虑三路检测结果，得到最终检测结果。给出了算法FPGA实现过程，并对设计进行了联合时序仿真，提高了检测性能。 6)给出了一种利用FFT变换后的两根最大谱线进行插值的快速高精度频率估计方法，并将该算法在FPGA硬件中进行了实现。通过利用FFT运算后的实/虚部最大值进行插值，降低了硬件资源消耗、缩短了运算延迟。 7)结合4)、5)、6)中的研究成果，完成了对雷达脉冲信号到达时间、终止时间、脉冲宽度和脉冲频率的估计，最终在一块FPGA芯片内实现了一个精简的雷达信号侦察数字接收机，并在微波暗室中进行了测试。
上传时间： 2013-06-13
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随着计算机技术和通信技术的迅速发展，数字视频在信息社会中发挥着越来越重要的作用，视频传输系统已经被广泛应用于交通管理、工业监控、广播电视、银行、商场等多个领域。同时，FPGA单片规模的不断扩大，在FPGA芯片内部实现复杂的数字信号处理系统也成为现实，因此采用FPGA实现视频压缩和传输已成为一种最佳选择。 本文将视频压缩技术和光纤传输技术相结合，设计了一种基于无损压缩算法的多路数字视频光纤传输系统，系统利用时分复用和无损压缩技术，采用串行数字视频传输的方式，可在一根光纤中同时传输8路以上视频信号。系统在总体设计时，确定了基于FPGA的设计方案，采用ADI公司的AD9280和AD9708芯片实现A/D转换和D/A转换，在FPGA里实现系统的时分复用/解复用、视频数据压缩/解压缩和线路码编解码，利用光收发一体模块实现电光转换和光电转换。视频压缩采用LZW无损压缩算法，用Verilog语言设计了压缩模块和解压缩模块，利用Xilinx公司的IP核生成工具Core Generator生成FIFO来缓存压缩/解压缩单元的输入输出数据，光纤线路码采用CIMT码，设计了编解码模块，解码过程中，利用数字锁相环来实现发射与接收的帧同步，在ISE8.2和Modelsim仿真环境下对FPGA模块进行了功能仿真和时序仿真，并在Spartan-3E开发板和视频扩展板上完成了系统的硬件调试与验证工作，实验证明，系统工作稳定，图像清晰，实时传输效果好，可用于交通、安防、工业监控等多个领域。 本文将视频压缩和线路码编解码在FPGA里实现，利用FPGA的并行处理优势，大大提高了系统的处理速度，使系统具有集成度高、灵活性强、调试方便、抗干扰能力强、易于升级等特点。
上传时间： 2013-04-24
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回波消除器广泛应用于公用电话交换网(PSTN)、移动通信系统和视频电话会议系统等多种语音通信领域。在PSTN系统中，由于线路阻抗不匹配，远端语音信号通过混合线圈时产生一定泄漏，一部分信号又传回远端，产生线路回波，回波的存在会严重影响语音通信质量。本文主要针对线路回波进行研究，设计并实现了满足实用要求的基于FPGA平台的回波消除器。 首先，对回波产生原理和目前几种常用回波消除算法进行了分析，在研究自适应回波消除器的各个模块，特别是深入分析各种自适应滤波算法和双讲检测算法，综合考虑各种算法的运算复杂度和性能的情况下，这里采用NLMS算法实现自适应回波消除器。针对传统双讲检测算法在近端语音幅度较低情况下容易产生误判的情况，给出一种基于子带滤波器组的改进双讲检测算法。 本文首先使用C语言实现回波消除器的各个模块，其中包括自适应滤波器、远端检测、双讲检测、非线性处理和舒适噪声产生模块。经过仿真测试，相关模块算法能够有效提高回波消除器性能。在此基础上，本文使用硬件描述语言Veillog HDL，在QuartusⅡ和ModelSim软件平台上实现各功能模块，并通过模块级和系统级功能仿真以及时序仿真验证，最终在现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Arrav，FPGA)平台上实现回波消除系统。本文详细阐述了基于FPGA的设计流程与设计方法，并描述了自适应滤波器、基于分布式算法FIR滤波器、除法器和有限状态机的设计过程。 根据ITU-T G.168标准提出的测试要求，本文埘基于FPGA设计实现的自适应回波消除系统进行大量主客观测试。经过测试，各项性能指标均达到或超过G.168标准的要求，具有良好的回波消除效果。
上传时间： 2013-06-18
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感应电机由于具有可靠性好、结构简单、价格低廉和体积小等优点，成为生产实践中应用最广泛的一种电动机。然而，感应电机是一个多变量、强耦合、非线性的时变系统，这使得感应电机的控制十分复杂，尤其是在对控制精度要求比较高的场合，设计出高精度的感应电机控制系统变得非常困难。 针对高精度感应电机控制较困难的问题，本文分析了感应电机的数学建模方法及电机控制策略问题。在对感应电机的数学模型进行了数学推导的基础上，在Matlab/Simulink平台上建立了感应电机的电机模型，提出了一种感应电机控制系统仿真建模的新方法。对常用的数字脉宽调制方法进行了数学推导及仿真研究，并将模糊控制理论应用于感应电机的变频调速系统中，改善了传统PI控制器超调较大、响应较慢、鲁棒性差的缺点。仿真结果验证模糊PI控制方案的优越性。 在感应电机建模仿真的基础上，根据高精度感应电机控制器的需求及FPGA的特点，本文提出感应电机控制器的的设计方案。按照FPGA模块化设计思想，将整个系统进行了合理的划分，对SVPWM、Park变换、模糊PI控制器、反馈速度测量等重要模块的FPGA硬件实现算法进行了深入的研究。并在一些模块算法的设计上提出了自己的思路。各模块在Modelsim平台上完成功能仿真后并下载到Spartan-3E开发板上完成硬件验证。
上传时间： 2013-04-24
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本文针对目前国内外基于FPGA实现模糊控制器的理论、EDA软件工具的使用以及FPGA 技术的发展，对模糊控制器的设计作了有益的探索，并达到了预期的实验效果。文章综述了模糊控制理论的产生、发展、应用现状以及今后的发展方向；介绍了模糊逻辑、模糊控制的基本原理和模糊控制器的结构；阐述了常规模糊控制器的设计过程。文章介绍了运用 VHDL语言进行模糊控制器的设计过程。对模糊控制过程中隶属度函数的存储采用了分段存储法，其设计方法简单，提高了运算速度和运算精度。采用了“最大－最小”函数法简化了模糊控制规则的推理过程。运用“倒数相乘法”实现除法器的设计，能够实现任意数的除法运算，且精度较高。并以模糊空调温度控制器为例进行了理论说明和模糊设计，并给出了相应的VHDL代码。整体设计及其各个模块都在ALTERA公司的EDA 工具Quartus Ⅱ和Modelsim SE平台上进行了逻辑综合及功能时序仿真，综合与仿真的结果表明，基于FPGA的模糊控制器芯片消耗较少的硬件资源，达到了较高的设计性能，在速度和资源利用率方面均达到了较优的状态，通过在 FPGA开发板上的验证与测试，测试结果表明，所设计的模糊控制器可满足实时模糊控制的要求。关键词：模糊逻辑 模糊控制器 VHDL FPGA
上传时间： 2013-04-24
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随着各种通信系统数量的日益增多，为了充分地利用有限的频谱资源，高频谱利用率的调制技术不断被应用。偏移正交相移键控(OQPSK: Offset QuadraturePhase Shift Keying)是一种恒包络调制技术，具有较高的频谱利用率和功率利用率，广泛应用于卫星通信系统和地面移动通信系统。因此，对于OQPSK全数字解调技术的研究具有一定的理论价值。 本文以软件无线电和全数字解调的相关理论为指导，成功设计并实现了基于FPGA的OQPSK全数字解调。论文介绍了OQPSK全数字接收解调原理和基于软件无线电设计思想的全数字接收机的基本结构，详细阐述了当今OQPSK数字解调中载波频率同步、载波相位同步、时钟同步和数据帧同步的一些常用算法，并选择了相应算法构建了三种系统级的实现方案。通过MATLAB对解调方案的仿真和性能分析，确定了FPGA中的系统实现方案。在此基础上，本文采用VerilogHDL硬件描述语言在Altera公司的Quartus II开发平台上设计了同步解调系统中的各个模块，还对各模块和整个系统在ModelSim中进行了时序仿真验证，并对设计中出现的问题进行了修正。最后，经过FPGA调试工具嵌入式逻辑分析仪SignalTapⅡ的硬件实际测试，本文对系统方案进行了最终的改进与调整。 实际测试结果表明，本文的设计最终能够达到了预期的指标和要求。本课题设计经过时序和资源优化后还可以向ASIC和系统级SOC转化，以进一步缩小系统体积、降低成本和提高电路的可靠性，因此具有良好的实际应用价值。
上传时间： 2013-07-14
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随着GPS(Global Positioning System)技术的不断发展和成熟，其全球性、全天候、低成本等特点使得GPS接收机的用户数量大幅度增加，应用领域越来越广。但由于定位过程中各种误差源的存在，单机定位精度受到影响。目前常从两个方面考虑减小误差提高精度：①用高精度相位天线、差分技术等通过提高硬件成本获取高精度；②针对误差源用滤波算法从软件方面实现精度提高。两种方法中，后者相对于前者在满足精度要求的前提下节约成本，而且便于系统融合，是应用于GPS定位的系统中更有前景的方法。但由于在系统中实现定位滤波算法需要时间，传统CPU往往不能满足实时性的要求，而FPGA以其快速并行计算越来越受到青睐。 本文在FPGA平台上，根据“先时序后电路”的设计思想，由同步没计方法以及自顶向下和自下而上的混合设计方法实现系统的总体设计。从GPS-OEM板输出的定位信息的接收到定位结果的坐标变换，最终到kalman滤波递推计算减小定位误差，实现实时、快速、高精度的GPS定位信息采集处理系统，为GPS定位数据的处理方法做了新的尝试，为基于FPGA的GPS嵌入式系统的开发奠定了基础。具体工作如下： 基于FPGA设计了GPS定位数据的正确接收和显示，以及经纬度到平面坐标的投影变换。根掘GPS输出信息标准和格式，通过串口接收模块实现串口数掘的接收和经纬度信息提取，并通过LCD实时显示。在提取信息的同时将数据格式由ASCⅡ码转变为十进制整数型，实现利用移位和加法运算达到代替乘法运算的效果，从而减少资源的利用率。在坐标转换过程中，利用查找表的方法查找转化时需要的各个参数值，并将该参数先转为双精度浮点小数，再进行坐标转换。根据高斯转化公式的规律将公式简化成只涉及加法和乘法运算，以此简化公式运算量，达到节省资源的目的。 卡尔曼滤波器的实现。首先分析了影响定位精度的各种误差因素，将各种误差因素视为一阶马尔科夫过程的总误差，建立了系统状态方程、观测方程和滤波方程，并基于分散滤波的思想进行卡尔曼滤波设计，并通过Matlab进行仿真。结果表明，本文设计的卡尔曼滤波器收敛性好，定位精度高、估计误差小。在仿真基础上，实现基于FPGA的卡尔曼滤波计算。在满足实时性的基础上，通过IP核、模块的分时复用和树状结构节省资源，实现数据卡尔曼滤波，达到提高数据精度的效果。 设计中以Xilinx公司的Virtex-5系列的XC5VLX110-FF676为硬件平台，采用Verilog HDL硬件描述语言实现，利用Xilinx公司的ISE10.1工具布局布线，一共使用44438个逻辑资源，时钟频率达到100MHZ以上，满足实时性信号处理要求，在保证精度的前提下达到资源最优。Modelsim仿真验证了该设计的正确性。
上传时间： 2013-04-24
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随着电子技术的快速发展，计算机的性能得到了极大的提高，使得利用计算机实现人类的视觉功能成为目前计算机领域中最热门的课题之一。基于视频的目标检测与跟踪技术是计算机视觉领域中最主要的研究方向之一，它是智能监控、人机交互、移动机器人视觉导航、工业机器人手眼系统等应用的基础和关键技术。在科学研究和工程应用上都有十分诱人的前景。 论文提出了以FPGA为核心的思想，设计出一套应用于背景静止视频序列的动态目标检测与跟踪系统。通过位置固定的摄像头监控某一区域，分析摄像头采集到的动态视频序列，计算出目标的运动参数。与传统的基于PC机的视频动态目标跟踪系统相比，适应了目标跟踪系统对图像处理速度的实时性与数据带宽越来越高的要求，同时成本较低、设计更灵活，而且硬件重构性好、处理速度快、系统易于升级。 论文的主要工作包括：构建目运动标跟踪系统软件平台和硬件平台。应用MATLAB对目标检测算法进行仿真分析比较。采用Synplifty Pro、ModelSim和TimingDesigner等各种EDA软件工具对系统中各个层次的模块进行时序设计、代码编写、仿真验证等。最后使用QuartusⅡ将整个系统工程文件综合、布局布线。在察看时序报告无误后，将系统配置文件下载至FPGA开发板中。 实现结果表明：所设计的系统能很好地工作在FPGA中，实现了设计要求，为视觉智能监控打下基础。
上传时间： 2013-08-05
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