本课题深入分析了GPS软件接收机基于FFT并行捕获算法并详细阐述了其FPGA的实现。相比于其它的捕获方案，该方案更好地满足了信号处理实时性的要求。 论文的主体部分首先简单分析了扩频通信系统的基本原理，介绍了GPS系统的组成，详细阐述了GPS信号的特点，并根据GPS信号的组成特点介绍了接收机的体系结构。其次，通过对GPS接收机信号捕获方案的深入研究，确定了捕获速度快且实现复杂度不是很高的基于FFT的并行捕获方案，并对该方案提出了几点改进的措施，根据前面的分析，提出了系统的实现方案，利用MATLAB对该系统进行仿真，仿真的结果充分的验证了方案的可行性。接着，对于捕获环节中的核心部分—FFT处理器，设计中没有采用ALTERA提供的IP核，独立设计实现了基于FPGA的FFT处理器，并通过对一组数据在MATLAB中运算得到结果和FPGA输出结果相对比，可以验证该FFT处理器的正确性。再次重点分析了GPS接收机并行捕获部分的FPGA具体实现，通过捕获的FPGA时序仿真波形，证明了该系统已经能成功地捕获到GPS信号。最后，对全文整个研究工作进行总结，并指出以后继续研究的方向。 本课题虽然是对于GPS接收机的研究，但其原理与GALILEO、北斗等导航系统的接收机相近，因此该课题的研究对我国卫星导航事业的发展起到了积极的推动作用。
上传时间： 2013-08-06
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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。 GPS接收机工作时，为了将本地信号和接收到的信号同步，要完成复杂的信号处理过程。其中，如何捕获卫星信号并保持对信号的跟踪是最重要的核心技术。很多研究者提出了多种解决方法，但这些方法多数都只停留在理论阶段，无法应用于GPS接收机系统进行实时处理。 本课题在分析了多种现有算法的基础上，研究设计了基于FPGA的GPS信号捕获与跟踪系统。在研究过程中，首先利用Nemerix公司的GPS芯片组设计制作了GPS接收机模块，它能正常稳定地工作，并可用作GPS基带信号处理的研究平台；该平台可实时地输出GPS数字中频信号；本课题在中频信号的基础上深入研究了GPS信号的捕获与跟踪技术。先详细分析比较了几种GPS信号捕获方法，给出了步进相关的捕获方案；接着分析了跟踪环路的特点，给出了锁频环和锁相环交替工作跟踪载波以及载波辅助伪码的跟踪方案，并最终实现了这些方案。 本课题设计的GPS信号捕获与跟踪处理系统是通过硬件和软件协同工作的方式实现的。硬件电路主要实现数据速率高、逻辑简单的相关器功能；而基于MicroBlaze软处理器的软件主要实现数据速率低、逻辑复杂的功能。本文给出了硬件电路的详细设计、仿真结果以及软件设计的详细流程。 本课题最终在FPGA上实现了GPS信号的捕获与跟踪功能，而且系统的性能良好。由此可以得出结论：本设计能够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。 本课题的研究得到了大连市信息产业局集成电路设计专项的资助，项目名称是“定位与通信集成功能的SOC设计”，研究成果将在2008年上半年投入试用。
上传时间： 2013-04-24
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随着现代工业的发展，人机接口在工业生产以及社会生活中发挥着越来越重要的作用，同时，人机接口的各项技术问题也日益凸现出来，越来越受到世界各国的关注。 本课题就基于便携式仪表人机接口的设计开展研究。设计的关键步骤包括：人机接口的软硬件设计、实验系统的搭建以及在一条天然气管道上进行管道检测实验，验证人机接口的实用性。 论文中介绍了人机接口技术的发展过程与现状、人机接口系统的软硬件详细设计。人机接口硬件包括：ARM处理器控制核心、通信接口电路、LCD显示接口电路、USB接口储存电路；软件包括人机接口的底层软件与应用软件。在实验过程中，首先获取一段有裂纹的天然气管道，接着使用自行设计的采样模块检测磁场信号，通过串口将数据发送到人机接口平台，人机接口平台使用嵌入式Linux作为操作系统，使用Qt程序在LCD上显示实时曲线。而后人机接口将数据存储在闪盘中，同时使用一系列算法程序对数据进行处理，最后利用检测到的漏磁场法向分量HP（Y）的具有显著特征的最大梯度值的位置来判断裂纹的位置，再与实际的裂纹位置对比，得出可行性结论。经过大量的实验，该系统可以很好的实现检测目的，验证了人机接口的实用性。
上传时间： 2013-06-28
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在现代工业测控领域，人们对数据采集的要求越来越高；不仅要求高速、高精度还要求采集设备便携化、网络化和智能化，此外还需要友好的人机界面。传统的8/16位单片机因资源极度受限，难以满足上述要求；而PCI或ISA数据采集卡，则存在着安装麻烦、价格昂贵且电磁兼容性差等缺点。32位嵌入式微处理器的出现很好地解决了上述矛盾，本文的研究正是基于ARM的嵌入式数据采集系统的设计。 本文以齿轮箱或机械转轴的振动信号为采集对象设计了基于ARM处理器和嵌入式Linux的数据采集系统。该系统硬件平台以S3C2410主控板和自行研制的振动信号调理板为核心，在此基础上扩展了UART、RS485、USB、TCP/IP以及单总线通信接口，适应多种条件下的数据传输。同时系统提供了LCD显示和触摸屏输入模块，具备良好的人机交互功能。软件方面，搭建Linux交叉开发环境，实现了基于Linux操作系统的Bootloader的移植。最后，根据课题需要，完成了A/D采样和单总线驱动程序的设计。 本嵌入式数据采集系统存储容量大，硬件接口丰富，软件资源配置灵活，设计方案具有很好的通用性和可扩展性。
上传时间： 2013-05-28
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课题分析了目前国内外减摇鳍控制技术的发展与现状，重点讲述了基于ARM处理器的减摇鳍控制器的功能设计与实现方案。 减摇鳍是一种由微机控制的自动化程度很高的船舶减摇装置。减摇鳍控制系统根据人为输入的信号和来自鳍本身的反馈信号，及时输出不同的控制指令，控制鳍转动到期望的角度，达到减小船舶横摇的目的。但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，课题设计了一款新型的基于ARM嵌入式处理器的嵌入式减摇鳍控制器，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LPC2290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；为实现系统的可靠运行，同时也采取了一些保证系统可靠性的措施。 目前，减摇鳍系统大多采用基于力矩对抗原理的PID控制器。由于船舶横摇运动的非线性、复杂性、时变性以及海况的不确定性，经典PID控制很难获得令人满意的控制效果。因此，如何实现PID参数的自整定就显得犹为重要。模糊控制事先不需要获知对象的精确数学模型，而是基于人类的思维以及经验，用语言规则描述控制过程，并根据规则去调整控制算法或控制参数。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，实时改变控制策略，便可对PID参数实现最佳调整。 研究结果表明：采用该控制手段能较好的满足设计要求，开发的嵌入式减摇鳍控制系统具有设计合理、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： 2013-06-06
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随着信息技术的飞速发展，人们对数据采集、信号处理的要求越来越高：不仅要求高速、高精度和高实时，还要求数据采集，处理设备便携化、网络化和智能化，并具有友好的人机界面。传统的8/16位单片机因资源极度受限，难以满足上述要求；而传统的信号处理过程都是依赖于PC完成，则存在着安装麻烦、价格昂贵且电磁兼容性差等缺点。 嵌入式系统是一个快速发展的领域，嵌入式系统的研究内容涉及到计算机学科的各个方面。将嵌入式系统引入雷达信号处理系统，能极大的提高系统的实时性和灵活性。本文的研究正是基于ARM的雷达信号处理系统。 本文在对线性调频连续波雷达测速测距研究的基础上，讨论了一种软硬件配置灵活、结构精简的雷达信号处理系统，其硬件平台以ARM处理器，可编程逻辑器件FPGA，和DSP为核心，扩展了UART、LCD、网口、IDE、触摸屏、PS/2和USB等外围接口，可实现对线性调频连续波雷达回波信号进行数据采集、脉冲压缩、恒虚警检测、航迹相关，航迹显示等处理，相关数据的存储。在软件设计方面，完成Bootloader，Linux2.4操作系统在系统上的移植，在此基础上对实现了对网口、IDE、LCD等模块的驱动程序编写，并在MiniGUI上进行基于显示终端需求的图形用户界面开发。
上传时间： 2013-04-24
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随着海洋勘测技术的发展，研制高性能的海洋测流仪器越来越重要。多普勒声学海流剖面仪就是一种非常重要的用来测量海流速度的仪器。在调试多普勒声学海流剖面仪的过程中，多普勒声学海流剖面仪信号模拟器是很重要的设备，它是数字模拟技术与多普勒声学技术相结合的产物，它通过模拟的方法产生声学海流剖面仪回波信号，以便在不具备实际海洋情况的条件下，可以在实验室环境中对声学海流剖面仪的样机进行系统调试。在此情况下，本文研制了一种声学海流剖面仪信号模拟器，并对声学海流剖面仪回波信号接收过程中使用的算法进行了研究。 本文首先比较了多普勒声学海流剖面仪的发射信号与接收信号之间的关系，分析了产生多普勒频移的原因。选用直接数字频率合成技术(DDS)生成多普勒声学海流剖面仪调试所需要的回波信号o DDS技术克服了传统信号源的频率精度不高和频率不稳等问题。本文选用专用DDS芯片AD9833来实现回波信号的产生，利用ARM嵌入式技术对输出信号进行控制。 信号模拟器以S3C2410处理器为核心构建了硬件平台，采用核心板与扩展板相结合的硬件结构。核心板主要包括了存储系统、网络接口和各种通讯接口。其主要功能是存储大量数据信号和通讯功能；扩展电路包括了16路DDS信号输出及信号调理电路，可以通过软件来配置16路信号相应的工作状态及选择信号输出形式。硬件设计预留了一定数量的I/O接口以备将来扩展之用。 建立嵌入式Linux开发环境；并分析BootLoader启动机制，移植VIVI；通过配置内核相关文件，移植Linux2.4.18内核到模拟器系统；编写16路DDS的驱动程序；设计了模拟器的上位机通讯程序及用应程序；对系统进行了软硬件调试，调试结果表明模拟器完全能够模拟声学海流剖面仪的回波信号。 最后，结合回波信号形式，采用基带解调、复相关等技术对接收回波信号所使用的算法进行了研究，估算出多普勒频移，配合了调试海流剖面仪样机工作的进行。该模拟器不但可以模拟回波信号，还可以作为发射信号来用，大大提高了模拟器的实用性。关键词：声学海流剖面仪；S3C2410； AD9833；嵌入式Linux；回波信号
上传时间： 2013-04-24
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UM71系列(包括ZPW-2000A)无绝缘轨道电路已成为我国铁路的主流制式，轨道电路的正常工作对行车安全意义重大。轨道信号失真或者受到噪声污染有可能导致铁路信号设备错误动作进而发生行车事故。通过对铁路信号做出监测以及判断，可以帮助信号设备维护人员对故障设备进行及时修复从而避免事故发生。 本文设计了一种基于ARM/DSP双核结构的铁路信号测试仪，用以帮助设备维护人员及时检修故障设备。其中，DSP芯片选用TI公司的32位浮点处理器TMS320VC33作为信号分析与处理的核心，实现信号的解调、频谱分析和细化处理等功能。本测试仪作为一种实时的信号检测设备，充分利用了浮点DSP芯片高效灵活以及系统可裁减的特性，因而更适合于现场环境的应用。本测试仪主要针对目前使用较为广泛的UM71、ZPW-2000A系统以及站内25Hz相敏轨道电路，实现对移频信号的数字解调、区间载波频率检测、信号幅度检测、站内轨道信号的相位角及其幅度检测等功能。 本文着重分析了频谱细化技术中的ZFFT算法在实时信号分析中的应用，采用ZFFT算法可以在保证运算效率的同时提高频谱的分辨率。在此基础上，本文就这种算法提出了若干改进措施并且通过MATLAB对该算法及其改进措施进行了软件仿真。同时本文完成了基于这种算法的DSP软件设计：为了提高系统实时性，DSP算法均采用汇编语言实现。理论分析和实验表明调制频率的分辨率可以达到0.03Hz，满足实际应用要求。此外，本文设计了测试仪的硬件结构，主要是VC33的外围器件及其与双口RAMCY7C028的接口电路，以及基于这个接口电路的通信规程。
上传时间： 2013-06-29
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随着对高处理能力、网络通信、实时多任务,超低功耗这些需求的增长,传统8位处理器已经不能满足新产品的要求了,高端嵌入式处理器已经得到了普遍的重视和应用.ARM是目前嵌入式领域应用最广泛的RISC微处理器结构,该文研究了基于ARM处理器的嵌入式系统的开发,介绍了利用一款ARM微处理器和FPGA设计的四路E1中继板卡的硬件结构和工作原理,并在这个硬件平台上进行软件开发的过程.该四路E1收发器能够提供四条E1链路,把带宽从2Mbps提高到8Mbps,能够同时负载120个用户的通信,解决了数字环路系统中卡槽数目限制的问题.目前,建立在G. 703基础上的El接口在分组网、帧中继网、GSM移动基站及军事通信中得到广泛的应用,传送语音信号、数据、图像等业务.文中首先分析了当前数字环路系统的发展现状和趋势,随着网络通信的用户数目及信息量的猛增,拓宽数据传输的通道是一项研究热点,这是开发四路E1收发器的一个目的.接着叙述了数字环路系统的结构和工作原理,即四路E1收发器的应用环境,着重介绍了四路E1板卡在整个系统中所扮演的角色和嵌入式处理器ARM的体系结构和特点,鉴于数据传输中对时钟的要求比较严格,该文还介绍了FPGA技术,应用它主要是为系统提供各个精确的时钟.然后,在分析了四路E1收发器的工作原理和比较了各类处理器特点的基础上,提出了四路E1收发器的硬件设计,分别介绍了时钟模块、系统接口电路、存储系统模块、四通道E1合成器模块、CPU模块以及时隙交换模块.接着,在研究分析了G.703和G.704等通信协议后,再根据系统要求提出了四路E1收发器的软件设计.先介绍了实时操作系统RTXC,详细阐述了ARM处理器启动代码程序的设计,然后给出了在此操作系统下软件设计的整体结构,分四个任务分别阐述此软件功能,其中详细介绍了信令处理模块、接口中断处理模块、系统运行监测模块和RC消息LC消息处理模块.最后介绍了软件和硬件的调试方法以及设计过程中的调试开发过程,整个系统设计完成后,经过反复调试、测验已达到了预期的效果,现正投入使用中.
上传时间： 2013-04-24
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数字信号处理是信息科学中近几十年来发展最为迅速的学科之一.目前,数字信号处理广泛应用于通信、雷达、声纳、语音与图像处理等领域.而数字信号处理算法的硬件实现一般来讲有三种方式:用于通用目的的可编程DSP芯片;用于特定目的的固定功能DSP芯片组和ASIC;可以由用户编程的FPGA芯片.随着微电子技术的发展,采用现场可编程门阵列FPGA进行数字信号处理得到了飞速发展,FPGA正在越来越多地代替ASIC和PDSP用作前端数字信号处理的运算.该文主要探讨了基于FPGA数字信号处理的实现.首先详细阐述了数字信号处理的理论基础,重点讨论了离散傅立叶变换算法原理,由于快速傅立叶变换算法在实际中得到了广泛的应用,该文给出了基-2FFT算法原理、讨论了按时间抽取FFT算法的特点.该论文对硬件描述语言的描述方法和风格做了一定的探讨,介绍了硬件描述语言的开发环境MAXPLUSII.在此基础上,该论文详细阐述了数字集成系统的高层次设计方法,讨论了数字系统设计层次的划分和数字系统的自顶向下的设计方法,探讨了数字集成系统的系统级设计和寄存器传输级设计,描述了数字集成系统的高层次综合方法.最后该文描述了数字信号处理系统结构的实现方法,指出常见的高速、实时信号处理系统的四种结构;由于FFT算法在数字信号处理中占有重要的地位,所以该文提出了用FPGA实现FFT的一种设计思想,给出了总体实现框图;重点设计实现了FFT算法中的蝶形处理单元,采用了一种高效乘法器算法设计实现了蝶形处理单元中的旋转因子乘法器,从而提高了蝶形处理器的运算速度,降低了运算复杂度.
上传时间： 2013-07-19
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