自上个世纪九十年代以来，我国著名学者、现中国科学院院士、清华大学陈难先教授等人使用无穷级数的Mobius反演公式解决了一系列重要的应用物理中的逆问题，例如费米体系逆问题、信号处理等，开创了应用、推广数论中的Mobius变换解决物理学中各种逆问题的巧妙方法，其工作在1990年得到了世界著名的《NATURE》杂志的整版专评与高度评价。华侨大学苏武浔、张渭滨教授等则把Mobius变换的方法应用于几种常用波形（包括周期矩形脉冲，奇偶对称方波和三角波等）的傅立叶级数的逆变换运算，得到正、余弦函数及一般周期信号的各种常用波形的信号展开；并求得了与各种常用波形信号函数族相正交的函数族，以用于各展开系数的计算与信息的解调；而后把它们应用到通信系统中，提出了一种新的通信系统，即新型Chen-Mobius通信系统。 在新型通信系统中，把这种正交函数族应用于系统的相干调制解调中，取代传统通信系统中调制解调所采用的三角正交函数族。正是这种正交函数族使得通信系统的传输性能大大提高，保密性加强，而且正交函数族产生很方便。 本文从软件仿真和硬件实现两个方面对Chen-Mobius通信系统进行了验证。首先，利用MATLAB软件构建Chen-Mobius数字通信系统，通过计算机编程，对Chen-Mobius单路、四路和八路的数字通信系统进行仿真分析，对该系统在不同信噪比情况下的错误概率进行了计算，并绘出了信噪比-错误概率曲线；其次，在QuartusⅡ软件平台上，利用VHDL语言文本输入和原理图输入的方法构建Chen-Mobius数字通信系统，对该系统进行了仿真，包括设计综合、引脚分配、仿真验证、时序分析等；再次，在QuartusⅡ软件仿真的基础上，在Altera公司的Stratix GX芯片上，实现了硬件的编程和下载，从而完成了Chen-Mobius数字通信系统的FPGA实现；最后，从MATLAB软件仿真和硬件实现的结果出发，通过分析系统的性能，简单展望了Chen-Mobius数字通信系统的应用前景。 本文通过软件仿真得到了Chen-Mobius数字通信系统的信噪比-错误概率曲线，从理论上验证了该系统的强的抗干扰能力；利用FPGA完成了系统的硬件实现，从实际上验证了该系统的可实现性。从两方面都可以说明，Chen-Mobius通信系统虽然只是一个新的起点，但它却预示着光明的应用前景。
标签： ChenMobius MATLAB FPGA 数字通信系统
上传时间： 2013-05-19
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激光测距是激光技术在军事上最早和最成熟的应用，自1961．年美国休斯飞机公司研制成功世界上第一台激光测距机之后，激光测距技术发展迅速。如今，它已经被广泛运用于军用领域和民用领域。为了进一步提高我国激光测距水平，研制更高性能激光测距机依然是我国国防科技研究中的重要课题之一。其中，测距精度是激光测距机的一个重要参数。而激光测距机能否准确的检测激光回波信号将直接影响测距精度。 脉冲激光测距系统主要包括激光发射子系统、激光回波探测子系统、回波检测与主控子系统、终端显示子系统等组成。其中设计高精度激光回波检测与主控子系统是实现高精度激光测距的核心问题。传统激光回波检测与主控子系统通常采用分立元件和小规模集成电路设计，电路复杂且精度较低。随着数字电路设计技术的发展，已出现大规模可编程逻辑器件FPGA(现场可编程门阵列)和CPLD(复杂可编程逻辑器件)。采用FPGA代替传统的分立元件和小规模集成电路来设计激光回波检测与主控子系统，不仅提高了回波检测精度，同时简化了整个测距系统的设计。 本文研究了将激光回波信号直接送入FPGA进行检测的方案。同时，采用这种方案设计了一种激光回波检测系统，并把它成功运用在一引信项目中。这种方案电路设计简单，易于实现。在实际应用中，由于激光回波探测子系统只是完成由光信号到电信号的转换及简单放大，理论分析和试验结果均表明，采用该方案进行回波检测的精度较低，这种回波检测方法也只能应用在测距精度要求低的项目中。 为了满足另一高精度测距项目的需要，在FPGA直接进行激光回波检测方案的基础上，设计了一种高精度激光回波检测系统。文中介绍了其实现原理，理论上分析了该系统所能达到的回波检测精度及整机测距系统的测距精度。与第一种方案相比，该方案引入了超高速数据采集电路。由于采样速率高达lGsps，该方案实现的难点在于如何保证数据采集电路的稳定工作。文中从总体方案的设计，到器件的选型，硬件电路板的实现等方面做了详细的阐述，最终完成了系统硬件电路设计。接着介绍了系统程序设计。后面给出了试验测试结果，该系统工作稳定，性能良好。系统设计中引入的超高速数据采集电路有着广泛的应用，为其他相关设计提供了参考。最后，对全文做了工作总结，并给出了接下来的后续工作与展望。 本文在高速FPGA对激光回波信号检测方向取得了一定的成果，为进一步研究提供了参考价值。
上传时间： 2013-06-13
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数字滤波作为数字信号处理技术的重要组成部分，广泛应用于诸如信号分离、恢复、整形等多种场合中，本文讨论的FIR滤波器因其具有严格的线性相位特性而得到广泛的应用。在工程实践中，往往要求信号处理具有实时性和灵活性,但目前常用的一些软件或硬件实现方法则难以同时达到两方面的要求。 可编程逻辑器件是一种用户根据需要而自行构造逻辑功能的数字集成电路。本课题研究FIR的FPGA解决方案体现电子系统的微型化和单片化，主要完成的工作如下: (1)以FIR滤波器的基本理论为依据，研究适应工程实际的数字滤波器的设计方法： (2)对分布式算法进行了较为深入的研究。在阐述算法原理的基础上，分析了利用FPGA特有的查找表结构完成这一运算的方法，从而解决了常系数乘法运算硬件实现的问题； (3)以—FIR低通滤波器为例说明FIR数字滤波器的具体实现方法，采用层次化、模块化、参数化的设计思想，完成对整个FIR滤波器的功能模块的划分，以及各个功能模块的具体设计； (4)设计参数可调的FIR低通滤波器的硬件电路：以EPFlK50TCl44-l为核心，包括A/D转换电路、D/A转换电路以及在系统配置电路等。以话音作为输入信号，进行了实际滤波效果的测试。 实验系统的测试结果表明，和传统的数字滤波器相比较具有更好的实时性、准确性、灵活性和实用性。
上传时间： 2013-07-19
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傅里叶变换是信号处理领域中较完善、应用较广泛的一种分析手段.但傅里叶变换只是一种时域或频域的分析方法,它要求信号具有统计平稳,即时不变的特性.但是实际应用中存在很多非平稳信号,它们并不能很好的用傅立叶变换来处理.小波变换的出现解决了这个问题,它在处理非平稳信号方面具有傅立叶变换无法比拟的优越性.小波变换在通信技术、信号处理、地球物理、水利电力、医疗等领域中获得了日益广泛的应用.小波变换的研究成为了当今学术界的一个热点.随着现代数字信号处理朝着高速实时的方向发展,纯软件的程序式信号处理方法越来越不能满足实际应用的需求,因此人们希望用硬件电路来实现高速信号处理问题.基于以上原因,该文在研究了小波变换的基本理论和特点的基础上,重点研究了小波变换的VLSI电路构架,并用FPGA实现了它的功能.毫无疑问,该文所做的具体工作在理论和实践上都有参考价值.论文中,在简单介绍了小波变换的基本理论、特点和应用;对信号小波变换分解,重构的MATLAB算法进行了分析,为硬件实现奠定了理论基础.论文在研究了小波核心算法MALLAT算法的基础上,以直观的图形方式描述了算法的流程图;并由此提出了基于VLSI的电路模块架构.根据上述模块结构,对相关模块进行了硬件描述语言(VERILOG-HDL)的建模,并且在仿真平台上(ACTIVE-HDL)进行了仿真.在仿真正确的前提下,该文选用了EP20K100BC356-1V芯片作为目标器件进行了综合和后仿真,并且将仿真结果通过MATLAB与理论参数进行了比较,结果表明设计是正确的.对设计中存在的误差和部分模块的进一步优化,该文也作了分析和说明,为下一步实现通用IP核设计奠定了基础.
上传时间： 2013-06-27
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本文首先介绍了直接数字频率合成技术(DDS)的基本原理、体系结构及工作过程，然后针对其关键部分进行了优化，即采用函数近似法对存储表结构（LUT）进行了优化，使存贮位数大大缩小，并提出了一种杂散抑制技术的运用，即相位抖动技术。在对直接数字频率合成（DDS）方法产生的信号进行理论分析的过程中，用matlab进行编程仿真作出了详细的频谱分析验证。本文详细的介绍了本次设计的具体实现过程和方法，将现场可编程逻辑器件（FPGA）和 DDS技术相结合，具体的体现了基于VHDL语言的灵活设计和修改方式是对传统频率合成实现方法的一次重要改进。文章最后给出了实现代码、仿真结果，经过验证，本设计能够达到其预期性能指标。
上传时间： 2013-04-24
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常用的实时数字信号处理的器件有可编程的数字信号处理(DSP)芯片(如AD系列、TI系列)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)等。在工程实践中,往往要求对信号处理要有高速性、实时性和灵活性,而已有的一些软件和硬件实现方式则难以同时达到这几方面的要求。随着可编程逻辑器件和EDA技术的发展,使用FPGA来实现数字信号处理,既具有实时性,又兼顾了一定的灵活性。FPGA具有的灵活的可编程逻辑可以方便的实现高速数字信号处理,突破了并行处理、流水级数的限制,有效地利用了片上资源,加上反复的可编程能力,越来越受到国内外从事数字信号处理的研究者所青睐。 FIR数字滤波器以其良好的线性特性被广泛使用,属于数字信号处理的基本模块之一。本论文对基于FPGA的FIR数字滤波器实现进行了研究,所做的主要工作如下： 1.介绍了FIR数字滤波器的基本理论和FPGA的基本概况,以及FPGA设计流程、设计指导原则和常用的设计指导思想与技巧。 2.以FIR数字滤波器的基本理论为依据,使用分布式算法为滤波器的硬件实现算法,并对其进行了详细的讨论。针对分布式算法中查找表规模过大的缺点,采用优化分布式算法的多块查找表方式使得硬件规模极大的减小。 3.设计出一个192阶的FIR滤波器实例。其系统要求为：定点16位输入、定点12位系数、定点16位输出,采样率为75MHz。设计用Quartus II软件进行仿真,并将其仿真结果与Matlab仿真结果进行对比分析。 仿真结果表明,本论文设计的滤波器硬件规模较小,采样率达到了75MHz。同时只要将查找表进行相应的改动,就能分别实现低通、高通、带通FIR滤波器,体现了设计的灵活性。
上传时间： 2013-06-06
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频率合成技术广泛应用于通信、航空航天、仪器仪表等领域。目前，常用的频率合成技术有直接式频率合成、锁相频率合成和直接数字频率合成(DDS)。DDS系统可以很方便地获得频率分辨率很精细且相位连续的信号，也可以通过改变相位字改变信号的相位，因此也广泛用于数字通信领域。 本论文是利用FPGA完成一个DDS系统。DDS是把一系列数字量形式的信号通过D/A转换形成模拟量形式的信号的合成技术。主要是利用高速存储器作查寻表，然后通过高速D/A转换器产生已经用数字形式存入的正弦波(或其他任意波形)。一个典型的DDS系统应包括：相位累加器，可在时钟的控制下完成相位的累加(一般由ROM实现)；DA转换电路，将数字形式的幅度码转换成模拟信号。 本文根据设计指标，进行了DDS系统分析和设计，包括DDS系统框图的设计，相位控制字和频率控字的设计，以及软件和硬件设计，重点在于利用FPGA改进设计，包括控制系统(频率控制器和初始相位控制器)，寻址系统(相位累加器和数据存储器)，以及转换系统(D/A转换器和滤波器)的设计。介绍了利用现场可编程逻辑门阵列(FPGA)实现数控振荡器(DNO，即DDS)的原理、电路结构，重点介绍了DDS技术在FPGA中的实现方法，给出了采用ALTERA公司的FIEX1OK系列FPGA芯片EPF10K20TC144-4芯片进行直接数字频率合成的VHDL源程序。
上传时间： 2013-04-24
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频率合成技术广泛应用于通信、航空航天、仪器仪表等领域，目前，常用的频率合成技术有直接频率合成、锁相频率合成和直接数字频率合成(DDS)等。其中DDS是一种新的频率合成方法，是频率合成的一次革命。全数字化的DDS技术由于具有频率分辨率高、频率切换速度快、相位噪声低和频率稳定度高等优点而成为现代频率合成技术中的佼佼者。随着数字集成电路、微电子技术和EDA技术的深入研究，DDS技术得到了飞速的发展。 DDS是把一系列数字量化形式的信号通过D/A转换形成模拟量形式的信号的合成技术。主要是利用高速存储器作查寻表，然后通过高速D/A转换产生已经用数字形式存入的正弦波(或其它任意波形)。一个典型的DDS系统应包括以下三个部分：相位累加器可以时钟的控制下完成相位的累加；相位一幅度码转换电路一般由ROM实现；D/A转换电路，将数字形式的幅度码转换成模拟信号。 现场可编程门阵列(FPGA)设计灵活、速度快，在数字专用集成电路的设计中得到了广泛的应用。本论文主要讨论了如何利用FPGA来实现一个DDS系统，该DDS系统的硬件结构是以FPGA为核心实现的，使用Altera公司的Cyclone系列FPGA。 文章首先介绍了频率合成器的发展，阐述了基于FPGA实现DDS技术的意义；然后介绍了DDS的基本理论；接着介绍了FPGA的基础知识如结构特点、开发流程、使用工具等；随后介绍了利用FPGA实现直接数字频率合成(DDS)的原理、电路结构、优化方法等。重点介绍DDS技术在FPGA中的实现方法，给出了部分VHDL源程序。采用该方法设计的DDS系统可以很容易地嵌入到其他系统中而不用外接专用DDS芯片，具有高性能、高性价比，电路结构简单等特点；接着对输出信号频谱进行了分析，特别是对信号的相位截断误差和幅度量化误差进行了详细的讨论，由此得出了改善系统性能的几种方法；最后给出硬件实物照片和测试结果，并对此作了一定的分析。
上传时间： 2013-04-24
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激光测距是一种非接触式的测量技术，已被广泛使用于遥感、精密测量、工程建设、安全监测以及智能控制等领域。早期的激光测距系统在激光接收机中通过分立的单元电路处理激光发、收信号以测量光脉冲往返时间，使得开发成本高、电路复杂，调试困难，精度以及可靠性相对较差，体积和重量也较大，且没有与其他仪器相匹配的标准接口，上述缺陷阻碍了激光测距系统的普及应用。 本文针对激光测距信号处理系统设计了一套全数字集成方案，除激光发射、接收电路以外，将信号发生、信号采集、综合控制、数据处理和数据传输五个部分集成为一块专用集成电路。这样就不再需要DA转换和AD转换电路和滤波处理等模块，可以直接对信号进行数字信号处理。与分立的单元电路构成的激光测距信号处珲相比，可以大大降低激光测距系统的成本，缩短激光测距的研制周期。并且由于专用集成电路带有标准的RS232接口，可以直接与通信模块连接，构成激光遥测实时监控系统，通过LED实时显示测距结果。这样使得激光测距系统只需由激光器LD、接收PD和一片集成电路组成即可，提出了桥梁的位移监测技术方法，并设计出一种针对桥梁的位移监测的具有既便携、有效又经济实用的监测样机。 本文基于xil inx公司提供的开发环境(ise8.2)、和Virtex2P系列XC2VP30的开发版来设计的，提出一种基于方波的利用DCM(数字时钟管理器)检相的相位式测距方法；采用三把侧尺频率分别是30MHz、3MHz、lOkHz，对应的测尺长度分别为5米、50米和15000米，对应的精度分别为±0.02米、±0.5米和±5米。设计了一套激光测距全数字信号处理系统。为了证明本系统的准确性，另外设计了一套利用延时的方法来模拟激光光路，经过测试，证明利用DCM检相的相位式测距方法对于桥梁的位移监测是可行的，测量精度和测量结果也满足设计方案要求。
上传时间： 2013-06-12
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超声诊断技术具有安全、无痛苦、无损害、方法简便、适应面广、直观、显像清晰、可重复检查、对软组织鉴别能力强、诊断准确性高、灵活以及价廉等优点，已经成为当代医学图像诊断中的首选技术。眼科超声诊断仪是超声诊断中的一种专科设备，它可以用来诊断视网膜脱落、眼内和眼眶肿瘤、玻璃体混浊、出血、眼底病变及眼内异物等疾病。近年来，随着数字信号处理、硬件软件设计能力以及材料学等方面的快速发展，眼科超声诊断仪在多方面都有了长足的进步。这其中数字化眼科超声诊断仪是发展的重点。 本文从超声诊断仪原理及设计入手，着重描述了该系统的软硬件结构，同时对超声信号进行数字化处理的各个子模块进行了介绍，并结合各种数字信号处理方法的特点，对现成可编程门阵列的结构特点、编程原理及设计流程作了简单介绍。在此基础上，着重讨论了FIR滤波器的设计并得以在FPGA实现，应用于信号处理各子模块中。最后通过构建实验模型验证了系统各阶段信号处理的有效性。对正常人体眼球田眼眶进行检测，获得了很好的回波信号。本设计对眼科高频超声回波信号具有良好的实时处理能力，达到了设计要求，具有良好的应用前景。
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