随着计算机网络与嵌入式控制技术的迅速发展，作为传统运输行业的铁路系统对此也有了新的要求，列车通信网络应运而生。经过多年的发展，国际电工委员会(IEC)为了规范列车通信网络，于1999年通过了IEC61375-1标准。该标准将列车通信网络分为两条总线：绞线式列车总线(WTB)和多功能车辆总线(MVB)。MVB是一个标准通信介质，为挂在其上的设备传输和交换数据。而多功能车辆总线控制器(MVBC)是MVB与MVB实际物理层之间的接口，其主要实现MVB数据链路层的功能。由于该项关键技术仍被国外公司垄断，因此开发具有自主知识产权的MVBC迫在眉睫。 鉴于上述原因，本文深入研究了IEC61375-1标准。根据MVBC的技术特点，本文提出了使用FPGA来实现其具体功能的方案。挂在MVB总线上的设备分为五类，他们的功能各不相同。而支持4类设备的MVBC具有设备状态、过程数据、消息数据通信和总线管理功能，并且兼容2类和3类设备。本文的目的就是用FPGA实现支持4类设备的MVBC。 本文采用自顶向下的设计方法。整个MVBC主要划分为：编码模块、译码模块、冗余控制模块、报文分析单元、通信存储控制器、主控制单元、地址逻辑模块。在整个开发流程中，使用Xilinx的ISE集成开发环境。使用Verilog HDL硬件描述语言对上述各个模块进行RTL级描述，并用Synplify Pro进行综合。最后，在ModelSim中对各个模块进行了布线后仿真和验证。 在实验室条件下，通过严格的仿真验证后，其结果证明了本文设计的模块达到了IEC61375-1标准的要求。因此，用FPGA实现MVBC这一方案具有可操作性。 关键词：列车通信网；多功能车辆总线；多功能车辆总线控制器；现场可编程门阵列
上传时间： 2013-07-18
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随着中国二代导航系统的建设，卫星导航的应用将普及到各个行业，具有自主知识产权的卫星导航接收机的研究与设计是该领域的一个研究热点。在接收机的设计中，对于成熟技术将利用ASIC芯片进行批量生产，该芯片是专用芯片，一旦制造成型不能改变。但是对于正在研究的接收机技术，特别是在需要利用接收机平台进行提高接收机性能研究时，利用FPGA通用可编程门阵列芯片是非常方便的。在FPGA上的研究成果，一旦成熟可以很方便的移植到ASIC芯片，进行批量生产。本课题就是基于FPGA研究GPS并行捕获技术的硬件电路，着重进行了其中一个捕获通道的设计和实现。 GPS信号捕获时间是影响GPS接收机性能的一个关键因素，尤其是在高动态和实时性要求高的应用中或者对弱GPS信号的捕获方面。因此，本文在滑动相关法基础上引出了基于FFT的并行快速捕获方法，采用自顶向下的方法对系统进行总体功能划分和结构设计，并采用自底向上的方法对系统进行功能实现和验证。 本课题以Xilinx公司的Spartan3E开发板为硬件开发平台，以ISE9.2i为软件开发平台，采用Verilog HDL编程实现该系统。并利用Nemerix公司的GPS射频芯片NJ1006A设计制作了GPS中频信号产生平台。该平台可实时地输出采样频率为16.367MHz的GPS数字中频信号。 本课题主要是基于采样率变换和FFT实现对GPS C/A码的捕获。该算法利用平均采样的方法，将信号的采样率降低到1.024 MHz，在低采样率下利用成熟的1024点FFT IP核对C/A码进行粗捕，给出GPS信号的码相位(精度大约为1/4码片)和载波的多普勒频率，符合GPS后续跟踪的要求。 同时，由于FFT算法是以资源换取时间的方法来提高GPS捕获速度的，所以在设计时，合理地采用FPGA设计思想与技巧优化系统。基于实用性的要求，详细的给出了基于FFT的GPS并行捕获各个模块的实现原理、实现结构以及仿真结果。并达到降低系统硬件资源，能够快速、高效地实现对GPS C/A码捕获的要求。 本研究是导航研究所承担的国家863课题“利用多径信号提高GNSS接收机性能的新技术研究”中关于接收机信号捕获算法的一部分，对接收机的设计具有一定的参考价值。
上传时间： 2013-07-22
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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(即如何捕获卫星信号并保持对信号的跟踪)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。因此，对GPS核心技术的研究是非常紧迫的。 本文首先介绍了GPS的定位原理，之后阐述了GPS接收机的基本原理一直接扩频通信和GPS信号的结构与特性。从这些方面出发研究接收机基带处理器的捕获与跟踪设计方案。 设计过程中，先详细分析了滑动相关的捕获算法和基于FFT的快速捕获算法，并利用matlab进行了验证。由于前者灵活性好且可捕获到高精度的码相位和载波频率，适合于本文的硬件接收机，所以本文确定了滑动相关的捕获方案。 接着分析了跟踪环路的特点，跟踪模块采用码跟踪环和载波跟踪环耦合的方法实现。由于GPS系统通常工作在非常低的信噪比环境中，而非相干环在低信噪比下环路跟踪性能较好，所以码跟踪环采用非相干(DDLL)环实现。这种跟踪环路采用的鉴相器是能量鉴相器，对数据的调制和载波相位都不敏感，鉴相器不会产生不确定量。由于输入信号存在180°相位翻转，而COSTAS锁相环允许数据调制，对I支路和Q支路信号的180°相位翻转不敏感，所以载波跟踪环采用COSTAS锁相环实现。上述算法在matlab环境下得到了验证。 基带处理器电路的主要模块在Quartus II8.0开发平台上利用VHDL硬件描述语言实现。然后利用EDA仿真工具ModelSim-Altera6.1g进行了逻辑仿真。本设计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。 最后，由于在弱电磁环境下，捕获失锁后32PPS信号会丢失。所以设计了一个能授时和守时的算法去得到与GPS时同步的精确授时秒信号。并且实现了这个算法。
上传时间： 2013-04-24
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全球定位系统(Global Positioning System—GPS)是新一代卫星导航定位系统，具有全球、全天候、连续、高精度导航与定位功能，能够为广大用户提供精确的三维坐标、速度和时间信息。因此，GPS系统被广泛地应用于生活中的各个领域。GPS系统用户主要是各种型号的接收机，而捕获跟踪技术是接收机的关键技术，同时也是一个技术难点。在GPS接收机中，导航电文是用户定位和导航的数据基础，为了得到导航电文必须要对GPS信号进行捕获跟踪。本文详细研究了GPS信号捕获跟踪技术，并进行了FPGA设计。 @@ 本文首先概述了GPS系统信号结构和GPS接收机工作原理，对GPS信号调制机理进行详细地阐述，重点分析了C/A码生成原理和特性。 @@ 其次叙述了GPS信号捕获的基础理论，重点研究时域滑动相关捕获方法，深入分析其算法和性能。用MATLAB中Simulink软件包搭建了可自由修改参数的GPS中频发生器，并在此平台上，对GPS信号时域滑动相关捕获算法进行仿真与分析。 @@ 接着重点研究了GPS信号跟踪技术，系统分析码跟踪环路和载波跟踪环路结构框图以及算法。在码跟踪环路方面，选用并分析了能分离载波的非相干超前滞后码锁定环的工作机理。在载波跟踪环路中选用对导航电文数据相位翻转不敏感的科斯塔斯环，并用数学模型分析GPS信号的解调过程。之后对整个跟踪环路进行MATLAB仿真，结果表明环路参数设计满足要求，并能成功解调出GPS导航电文。 @@ 最后本文在QuartusII环境下完成对GPS信号捕获跟踪系统的FPGA设计。根据对相关器硬件结构框架，对算法中各个模块的实现进行详细的说明，包括顶层设计到CA码、NCO等重要模块设计，并给出了仿真结果。 @@关键词：GPS接收机；捕获；跟踪；MATLAB仿真：FPGA
上传时间： 2013-06-16
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随着航天技术的发展，载人飞船、空间站等复杂航天器对空-地或空-空之间数据传输速率的要求越来越高。在此情况下，为了提高空间通信中数据传输的可靠性，保证接收端分路系统能和发送端一致，必须要经过帧同步。对卫星基带信号处理来说，帧同步是处理的第一步也是关键的一步。只有正确帧同步才能获取正确的帧数据进行数据处理。因此，帧同步的效率，将直接影响到整个卫星基带信号处理的结果。 @@ 本设计在研究CCSDS标准及帧同步算法的基础上，利用硬件描述语言及ISE9．2i开发平台在基于FPGA的硬件平台上设计并实现了单路数据输入及两路合路数据输入的帧同步算法，并解决了其中可能存在的帧滑动及模糊度问题。在此基础之上，针对两路合路输入时可能存在的两路输入不同步或帧滑动在两路中分布不均匀问题，设计实现了两路并行帧同步算法，并利用ModelSim SE 6．1f工具对上述算法进行了前仿真和后仿真，仿真结果表明上述算法符合设计要求。 @@ 本论文首先介绍了课题研究的背景及国内外研究现状，其次介绍了与本课题相关的基础理论及系统的软硬件结构。然后对单路数据输入帧同步、两路数据合路输入帧同步和两路并行帧同步算法的具体设计及实现过程进行了详细说明，并给出了后仿真结果及结果分析。最后，对论文工作进行了总结和展望，分析了其中存在的问题及需要改进的地方。 @@关键词 FPGA；CCSDS；帧同步：模糊度；帧滑动
上传时间： 2013-06-11
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随着电子技术的快速发展，各种电子设备对时间精度的要求日益提升。在卫星发射、导航、导弹控制、潜艇定位、各种观测、通信等方面，时钟同步技术都发挥着极其重要的作用，得到了广泛的推广。对于分布式采集系统来说，中心主站需要对来自于不同采集设备的采集数据进行汇总和分析，得到各个采集点对同一事件的采集时间差异，通过对该时间差异的分析，最终做出对事件的准确判断。如果分布式采集系统中的各个采集设备不具有统一的时钟基准，那么得到的各个采集时间差异就不能反映出实际情况，中心主站也无法准确地对事件进行分析和判断，甚至得出错误的结论。因此，时钟同步是分布式采集系统正常运作的必要前提。 目前国内外时钟同步领域常用的技术有GPS授时技术，锁相环技术和IRIG-B 码等。GPS授时技术虽然精度高，抗干扰性强，但是由于需要专用的GPS接收机，若单纯使用GPS 授时技术做时钟同步，就需要在每个采集点安装接收机，成本较高。锁相环是一种让输出信号在频率和相位上与输入参考信号同步的技术，输出信号的时钟准确度和稳定性直接依赖于输入参考信号。IRIG-B 码是一种信息量大，适合传输的时间码，但是由于其时间精度低，不适合应用于高精度时钟同步的系统。基于上述分析，本文结合这三种常用技术，提出了一种基于FPGA的分布式采集系统时钟同步控制技术。该技术既保留了GPS 授时的高精确度和高稳定性，又具备IRIG-B时间码易传输和低成本的特性，为分布式采集系统中的时钟同步提供了一种新的解决方案。 本文中的设计采用了Ublox公司的精确授时GPS芯片LEA-5T，通过对GPS芯片串行时间信息解码，获得准确的UTC时间，并实现了分布式采集系统中各个采集设备的精确时间打码。为了能够使整个分布式采集系统具有统一的高精度数据采集时钟，本论文采用了数模混合的锁相环技术，将GPS 接收芯片输出的高精度秒信号作为参考基准，生成了与秒信号高精度同步的100MHZ 高频时钟。本文在FPGA 中完成了IRIG-B 码的编码部分，将B 码的准时标志与GPS 秒信号同步，提高了IRIG-B 码的时间精度。在分布式采集系统中，IRIG-B时间码能直接通过串口或光纤将各个采集点时间与UTC时间统一，节约了各点布设GPS 接收机的高昂成本。最后，通过PC104总线对时钟同步控制卡进行了数据读取和测试，通过实验结果的分析，提出了改进方案。实验表明，改进后的时钟同步控制方案具有很高的时钟同步精度，对时钟同步技术有着重大的推进意义！
上传时间： 2013-08-05
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卷积码是广泛应用于卫星通信、无线通信等多种通信系统的信道编码方式。Viterbi算法是卷积码的最大似然译码算法，该算法译码性能好、速度快，并且硬件实现结构比较简单，是最佳的卷积码译码算法。随着可编程逻辑技术的不断发展，使用FPGA实现Viterbi译码器的设计方法逐渐成为主流。不同通信系统所选用的卷积码不同，因此设计可重配置的Viterbi译码器，使其能够满足多种通信系统的应用需求，具有很重要的现实意义。 本文设计了基于FPGA的高速Viterbi译码器。在对Viterbi译码算法深入研究的基础上，重点研究了Viterbi译码器核心组成模块的电路实现算法。本设计中分支度量计算模块采用只计算可能的分支度量值的方法，节省了资源；加比选模块使用全并行结构保证处理速度；幸存路径管理模块使用3指针偶算法的流水线结构，大大提高了译码速度。在Xilinx ISE8.2i环境下，用VHDL硬件描述语言编写程序，实现(2，1，7)卷积码的Viterbi译码器。在(2，1，7)卷积码译码器基础上，扩展了Viterbi译码器的通用性，使其能够对不同的卷积码译码。译码器根据不同的工作模式，可以对(2，1，7)、(2，1，9)、(3，1，7)和(3，1，9)四种广泛运用的卷积码译码，并且可以修改译码深度等改变译码器性能的参数。 本文用Simulink搭建编译码系统的通信链路，生成测试Viterbi译码器所需的软判决输入。使用ModelSim SE6.0对各种模式的译码器进行全面仿真验证，Xilinx ISE8.2i时序分析报告表明译码器布局布线后最高译码速度可达200MHz。在FPGA和DSP组成的硬件平台上进一步测试译码器，译码器运行稳定可靠。最后，使用Simulink产生的数据对本文设计的Viterbi译码器的译码性能进行了分析，仿真结果表明，在同等条件下，本文设计的Viterbi译码器与Simulink中的Viterbi译码器模块的译码性能相当。
上传时间： 2013-06-24
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数字图像通信的最广泛的应用就是数字电视广播系统，与以往的模拟电视业务相比，数字电视在节省频谱资源、提高节目质量方面带来了一场新的革命，而与此对应的DVB（Digital Video Broadcasting）标准的建立更是加速了数字电视广播系统的大规模应用。DVB标准选定MPEG—2标准作为音频及视频的编码压缩方式，随后对MPEG—2码流进行打包形成TS流（transport stream），进行多个传输流复用，最后通过不同媒介进行传输。在DVB标准的传输系统中，无论是卫星传输，电缆传输还是地面传输，为了保障图像质量，使数字节目在传输过程中避免出现因受到各种信道噪声干扰而出现失真的现象，都采用了信道编码的方式来保护传输数据。信道编码是数字通信系统中一个必需的、重要的环节。 信道编码设计方案的优劣决定了DVB系统的成功与否，本文重点研究了DVB系统中的信道编码算法及其FPGA实现方案，主要进行了如下几项工作： 1）介绍了DVB系统信道编码的基本概念及特点，深入研究了DVB标准中信道编码部分的关键技术，并针对每个信道编码模块进行工作原理分析、算法分析。 2）根据DVB信道编码的特点，重点对信道编码中四个模块，包括扰码、RS编码、卷积交织编码和卷积编码的FPGA硬件实现算法进行了比较详细的分析，并阐述了每个模块及QPSK调制的设计方案及实现模块功能的程序流程。 3）在RS（204，188）编码过程中，利用有限域常数乘法器的特点，对编码器进行了优化，在很大程度上提高了编码效率，卷积交织器部分采用RAM移位法，实现起来更为简单且节省了FPGA器件内部资源。 4）设计以Altera公司的QuartusⅡ为开发平台，利用FPGA芯片EP1C6Q240C8完成了信道编码各模块及QPSK调制的硬件实现，通过Verilog HDL描述和时序仿真来验证算法的可行性，并给出系统设计中减少毛刺的方法，使系统更为稳定。最终的系统仿真结果表明该系统工作稳定，达到了DVB系统信道编码设计的要求。
上传时间： 2013-06-26
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低密度校验码(LDPC)是一种能逼近Shannon容量限的渐进好码，其长码性能甚至超过了Turbo码。低密度校验码以其迭代译码复杂度低，没有错误平层，码率和码长可灵活改变的优点成为Turbo码强有力的竞争对手。目前，LDPC码已广泛应用于深空通信、光纤通信、卫星数字视频和音频广播等领域，因此LDPC码编译码器的硬件实现已成为纠错编码领域的研究热点之一。 本文在分析LDPC码的基本编码结构基础上，首先研究了LDPC码的随机构造方法，并给出了有效的PEG算法实现方法，重点分析了用环消除(cycle elimination)算法实现的准循环LDPC码的构造。然后对LDPC码的几种不同译码算法进行分析比较，讨论了一种适合硬件实现的译码算法-TDMP算法，并对易于硬件实现的TDMP算法进行了性能仿真，仿真结果表明TDMP算法作为硬件实现的译码算法具有优异的性能优势。最后针对Altera公司的StratixEPIS25 FPGA芯片设计了一个基于TDMP算法的(4096，2048)非规则LDPC码译码器，内部用了4个单校验码译码器并行译1帧数据，3帧同时译码，作者详细介绍了该译码器芯片的设计过程和内部结构和工作流程。
上传时间： 2013-05-23
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随着敌对人为干扰的日益增多和电磁环境的日益恶劣，抗干扰逐渐成为卫星导航接收机的必备能力之一。传统的单天线多延迟系统仅从时域抗干扰，抑制干扰能力有限。利用阵列天线，增加空域自由度，通过空域—时域级联或空时联合处理能够显著增强导航信号接收机的抗干扰性能。多个天线以不同的方式放置，即不同的阵形，会使得导航接收机具有不同的空域抗干扰性能。针对多种阵形对空域抗干扰性能的影响差异，开展了基于L阵、十字阵、均匀圆阵和带圆心圆阵的自适应抗干扰性能研究，分析了导致差异的原因，通过对比仿真，发现带圆心的圆阵具有所选阵形中最优的输出信干噪比，进一步推广到空时自适应抗干扰，也具有同样的结论。结合工程实现，基于FPGA完成空时抗干扰硬件模块设计，用Matlab产生的量化数据作为激励，对硬件模块的输出结果进行分析，与非自适应空时波束形成结果相比，实验验证了模块的有效性；与Matlab仿真处理的结果相比，验证了模块的正确性。多种阵形自适应抗干扰性能差异的研究对于一定孔径和阵元个数条件下的阵列布阵具有一定的参考价值，空时抗干扰硬件模块是抗干扰系统的核心，所做工作对工程实现具有一定的借鉴意义。
上传时间： 2013-05-28
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