在诸多行业的材料及材料制成品中，表面缺陷是影响产品质量的重要因素之一。研究具有显微图像实时记录、处理和显示功能的材料表面缺陷检测技术，对材料的分选和材料质量的检查及评价具有重要的意义。 本文以聚合物薄膜材料为被测对象，研究了适用于材料表面缺陷检测的基于现场可编程门阵列(FPGA)的缺陷数据实时处理技术，可实时提供缺陷显微图像信息，完成了对现有材料缺陷检测装置的数字化改造与性能扩展。本文利用FPGA并行结构、运算速度快的特点实现了材料缺陷的实时检测。搭建了以FPGA为核心的缺陷数据处理系统的硬件电路；重点针对聚合物薄膜材料缺陷信号的数据特征，设计了基于FPGA的缺陷图像预处理方案：首先对通过CCD获得的聚合物薄膜材料的缺陷信号进行处理，利用动态阈值定位缺陷区域，将高于阈值的数据即图像背景信息舍弃，保留低于阈值的数据，即完整保留缺陷显微图像的有用信息；然后按照预先设计的封装格式封装缺陷数据；最后通过USB2.0接口将封装数据传输至上位机进行缺陷显微图像重建。此方案大大减少了上传数据量，缓解了上位机的压力，提高了整个缺陷检测装置的检测速度。本文对标准模板和聚合物薄膜材料进行了实验验证。实验结果表明，应用了基于FPGA的缺陷数据实时处理技术的CCD扫描缺陷检测装置可对70μm～1000μm范围内的缺陷进行有效检测，实时重建的缺陷显微图像与实际缺陷在形状和灰度上都有很好的一致性。
上传时间： 2013-05-19
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LAMOST(Large Sky Area Multi-Obiect Fiber Spectroscopy Telescope，大天区面积多目标光纤光谱天文望远镜)需要对焦而上的4 000个光纤定位单元进行精确定位，一个光纤定位单元需要两个步进电机来驱动，即需要对8 000个电机进行驱动控制。如何对这8 000个电机进行有效的控制，是本文主要的研究内容。 本义引入EDA(Electronic Design Automation)，技术，以FPGA和CAN总线为硬件载体来进行设计。FPGA相比较于DSP，单片机而言，具有10管脚多，资源丰富，使用灵活等优点，可以存片内集成多个电机的摔制，这样对于提高系统的集成度，节约成本无疑有着很大的帮助。 在电机的控制当中，其失步和过冲会直接影响到系统的精度，所以需要对电机脉冲频率加以控制，对于在平稳状态下能正常工作的电机，失步往往发生在启动停止等脉冲频率突然发生改变的时刻。具体实现方法是通过实验找出一条理想的加减速曲线，再将曲线离散化，并把离散化后的加减速分频系数存储在FPGA片内ROM里而，当电机运行到对应的步数时，取出分频系数来获取对应的运行频率。 在LAMOST观测中，光纤定位单元的零位是个很重要的基准，在每次观测之前，电机都要回零，理论上电气零位和机械零位在同一点上，如果电气检测到达零位则认为已经到达机械零位位置。但是实际中由于装配等一些原因，可能会出现零位短路和零位断路的情况。零位断路是指电机处于机械零位，但是电气不能检测到；零位短路是指电机不在机械零位，但是电气已经检测到处于零位。这两种情况会造成越界和机械零位一直被挤压的后果，有可能会损坏光纤定位单元，为了防止这些情况出现，软件程序中加入了计数器，从而从有效地保护了光纤定位单元，同时将这些状况向上反馈，以便维护和检修。 在本文完成之时，能够控制驱动336个光纤定位单元的小系统已经在北京天文台兴隆观测站实际投入运行，并于2007年5月28日获得首条光谱，取得了不错的效果。
上传时间： 2013-04-24
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激光测距是随着激光技术的出现而发展起来的一种精密测量技术，因其良好的精确度特性广泛地应用在军事和民用领域。但传统的激光测距系统大多采用分立的单元电路搭建而成，不仅造成了开发成本较高，电路较复杂，调试困难等诸多问题，而且这种系统体积和重量较大，严重阻碍了激光测距系统的普及应用，因此近年来激光测距技术向着小型化和集成化的方向发展。本文就旨在找出一种激光测距的集成化方案，将激光接收电路部分集成为一个专用集成电路，使传统的激光测距系统简化成三个部分，激光器LD、接收PD和一片集成电路芯片。 本文设计的激光测距系统基于相位差式激光测距原理，综合当前所有的测相技术，提出了一种基于FPGA的芯片运用DCM的动态移相功能实现相位差测量的方法。该方法实现起来方便快捷，无需复杂的过程计算，不仅能够达到较高的测距精度，同时可以大大简化外围电路的设计，使测距系统达到最大程度的集成化，满足了近年来激光测距系统向小型化和集成化方向发展的要求，除此，该方法还可以减少环境因素对测距误差的影响，降低测距系统对测试环境的要求。本论文的创新点有： 1.基于方波实现激光的调制和发射，简化了复杂的外围电路设计； 2.激光测距的数据处理系统在一片FPGA芯片上实现，便于系统的集成。 在基于DCM的激光测距方案中，本文详细的叙述了利用DCM测相的基本原理，并给出了由相位信息得到距离信息的计算过程，然后将利用不同测尺测得的结果进行合成，并最终将距离的二进制信息转换成十进制显示出来。本文以Xilinx公司Virtex-II Pro开发板做为开发平台，通过编程和仿真验证了该测距方案的可行性。在采用多次测量求平均值的情况下，该测距方案的测距精度可以达到3mm，测距量程可达100m。该方案设计新颖，可将整个的数据处理系统在FPGA芯片中实现，为最终的专用集成芯片的设计打下了基础，有利于测距系统的集成单片化。
上传时间： 2013-06-20
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扩频通信技术是信息时代的三大高技术通信传输方式之一，与常规的通信技术相比。具有低截获率、强抗噪声、抗干扰性，具有信息隐蔽和多址通信等特点，目前已从军事领域向民用领域迅速发展。在民用化之后，它被迅速推广到各种公用和专用通信网络之中，如卫星通信、数据传输、定位、测距等系统中。 扩频通信技术中，最常见的是直接序列扩频通信(DSSS)系统，然而目前专用扩频芯片大部分功能都已固化。缺少产品开发的灵活性。其次，目前用FPGA与DSP相结合实现的直接序列扩频的收发系统比较多，系统复杂且成本高。另外，现代扩频通信系统在接收和发送端需要完成许多快速复杂的信号处理，这对电路的可靠性和处理速度提出了更高的要求。因此，设计一个全部用FPGA技术实现的扩频通信收、发系统具有较强的实际应用价值。 根据FPGA的高速并行处理能力和全硬件实现的特点，采用直接序列扩频技术，借助QuartusⅡ6.0及Protel99se工具，完成了系统的软件仿真和硬件电路设计。实验结果表明，比用传统的FPGA与DSP相结合实现方式，提高了处理速度，减少了硬件延时。同时采用了流水线技术，提高了系统并行处理的能力。并且系统功能可以通过程序来修改和升级，与专用扩频芯片相比，具有很大的灵活性。所有模块都集成在一个芯片中，提高了系统的稳定性和可靠性。
上传时间： 2013-05-18
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基于彩色路径识别的视觉导航方法是当前自动导航小车领域的研究热点和方向。视觉导航是指根据地面路径和被控对象之间的位置偏差控制其运行的方向，因此，地面彩色路径图像的摄取及其识别处理就成为视觉导航系统中的基础和关键。在当前的视觉导航系统设计中，图像处理的硬件平台都是基于通用微处理器，嵌入式微处理器或者DSP进行设计的。这些处理器一个共同的特点就是数据串行处理，而图像处理过程涉及大量的并行处理操作，因此传统的串行处理方式满足不了图像处理的实时性要求。 鉴于微处理器这方面的不足，作者提出一种使用FPGA实现图像识别的并行处理方案，并据此设计一个智能图像传感器。该传感器采用先进的FPGA技术，将图像采集及其显示，路径的识别处理以及通信控制等模块集成在一个芯片上，形成一个片上系统(SOC)。其主要功能是对所采集的彩色路径图像进行识别处理，获得彩色路径的坐标及其方向角，并将处理结果发送给上位机，为自动导航提供控制依据。 本文将彩色路径的识别处理过程划分为三个阶段，第一阶段为颜色聚类识别，以获得二值路径图像，第二阶段为数学形态学运算，用于对第一阶段中获得的二值图像进行去斑处理，第三阶段为路径中心线的定位及其方向角的测量。图像传感器与上位机的通信采用异步串行方式，由于上位机需要控制该传感器执行多种任务，作者定义一种基于异步串行通信的应用层协议，用于上位机对传感器的控制。在图像的显示中，为了弥补图像采集的速率和VGA显示速率的不匹配，作者提出一种基于单端口存储器的图像帧缓冲机制，通过VGA接口将采集的图像实时地显示出来。 根据上述思想，作者完成了系统的硬件电路设计，并对整个系统进行了现场调试。调试结果表明，传感器系统的各个模块都能正常工作，FPGA中的数字逻辑电路能够实时地将路径从图像中准确地识别出来，.充分体现了FPGA对路径图像的高速处理优势，达到了设计预期目标，在一定程度上丰富了路径图像识别处理的技术和方法。
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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多普勒计程仪是根据声波在水中的多普勒效应原理而制成的一种精密测速和计算航程的仪器，它是船用导航设备的重要组成之一。针对于多普勒计程仪的核心问题——频率估计，本文提出了一种基于FPGA实现的多普勒测频方案，它具有抗干扰能力强、运算速度快等特点。本论文主要是围绕系统的测频方案的设计与实现展开的。 本文主要研究工作包括：设计和调试基于FPGA的多普勒测频系统的硬件电路；通过对测频算法的研究，采用VHDL语言设计和实现系统的测频算法和其它接口控制程序，并通过软件仿真，测试设计的正确性。 测频系统的硬件电路设计是本论文工作的主要部分之一，也是基于FPGA的多普勒测频系统的核心部分。整个系统以FPGA作为主处理器，完成系统中所有的数字信号处理和外围接口控制，同时，基于FPGA丰富的片内可编程逻辑资源和外部I/O资源，系统还扩展了丰富的通信接口(UART、USB和以太网接口)和显示电路(LCD和LED)，使系统便于与PC机进行数据交换和控制。 系统的软件实现是本文工作的另一重要部分。本文通过对测频算法的研究，完成了基于VHDL实现的过零检测法和FFT算法，同时也实现了对接收机信号的自动增益控制、信号采集和与计算机的通信功能等。
上传时间： 2013-04-24
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遥感图像在人类生活和军事领域的应用日益广泛，适合各种要求的遥感图像编码技术具有重要的现实意义。基于小波变换的内嵌编码技术已成为当前静止图像编码领域的主流，其中就包括基于分层树集合分割排序(Set Partitioning inHierarchical Trees，SPIHT)的内嵌编码算法。这种算法具有码流可随机获取以及良好的恢复图像质量等特性，因此成为实际应用中首选算法。随着对图像编码技术需求的不断增长，尤其是在军事应用领域如卫星侦察等方面，这种编码算法亟待转换为可应用的硬件编码器。 在静止图像编码领域，高性能的图像编码器设计一直是相关研究人员不懈追求的目标。本文针对静止图像编码器的设计作了深入研究，并致力于高性能的图像编码算法实现结构的研究，提出了具有创新性的降低计算量、存储量，提高压缩性能的算法实现结构，并成功应用于图像编码硬件系统中。这个方案还支持压缩比在线可调，即在不改变硬件框架的条件下可按用户要求实现16倍到2倍的压缩，以适应不同的应用需求。本文所做的工作包括了两个部分。 1．一种基于行的实时提升小波变换实现结构：该结构同时处理行变换和列变换，并且在图像边界采用对称扩展输出边界数据，使得图像小波变换时间与传统的小波变换相比提高了将近2.6倍，提高了硬件系统的实时性。该结构还合理地利用和调度内部缓冲器，不需要外部缓冲器，大大降低了硬件系统对存储器的要求。 2．一种采用左遍历的比特平面并行SPIHT编码结构：在该编码结构中，空间定位生成树采用深度优先遍历方式，比特平面同时处理极大地提高了编码速度。
上传时间： 2013-06-17
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GPS全球定位系统是美国国防部为军事目的而建立的卫星导航系统，其主要目的是解决海上、陆地和空中运载工具的导航定位问题。GPS作为新一代卫星导航系统，不仅具有全球、全天候、连续、高精度导航与定位能力，而且具有优良的抗干扰性和保密性。因此，发展全球定位系统是当今导航技术现代化的一个重要标志。在GPS接收机中，为了得到导航电文并对其进行解算，要完成复杂的信号处理过程。其中，怎样捕获到卫星信号，并对C/A码进行跟踪是研制GPS接收机的重要问题之一。本文在对GPS信号的结构进行深入的分析后，结合FPGA的特点，对算法进行设计及优化后，给出了相应的仿真。内容主要包括以下几个方面： 1.对GPS信号结构的产生原理进行了深入地分析，并对GPS信号的调制机理进行详细地阐述。 2.在GPS信号的捕获方面，采用了基于FFT频域的快速捕获的方法，即将接收到的GPS信号先利用快速傅立叶变换(FFT)变换到频域，在频域完成相应的运算后，再利用傅立叶反变换(IFFT)变换到时域。从而大大减少了计算量，加快了信号捕获的速度，提高了捕获性能。 3.在C/A码跟踪部分，本文采用了非相干延迟锁定环对C/A码进行跟踪。来自载波跟踪环路的本地载波将输入的信号变成基带信号，然后分别和本地码的三个不同相位序列进行相乘，将相乘结果进行累加，经过处理将得到码相位和当前的载波频率送到载波跟踪环路。 4.载波跟踪环，本文采用的是科斯塔斯环。载波跟踪环和码跟踪环在结构上相似，故本文只对关键的载波NCO进行了仿真。 本文的创新点主要是使用FPGA对整个GPS信号的捕获及C/A码的跟踪进行设计。此外，根据FPGA的特点，在不改变外部硬件设计的前提下，改变相应的IP核或相关的VHDL程序就可对系统进行各种优化设计，以适应不同类型的GPS接收机的不同功能。
上传时间： 2013-06-27
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全球定位系统(GPS)可以向全球用户提供位置、速度和时间信息，在航空、航天、海上及陆地等诸多领域得到了广泛的应用，成为一种主要的导航手段。随着空间定位技术的不断发展，空间定位系统必将出现多元化。本文结合计算机技术，以GPS定位系统为例，研究了卫星定位技术中的GPS星座模拟器。 本文综述了卫星导航系统的历史，现状及发展的方向,介绍GPS模拟器的研究发展状况。详细研究了GPS卫星信号传输理论和GPS卫星定位原理。在此基础上，提出GPS模拟器的理论模型和实现方法,研究了GPS星座模拟器的设计思路、组成模块，分析各个模块的设计原理。在理论研究和分析的基础上，提出模拟器的FPGA的设计与实现,以FPGA为平台，用verilog硬件语言实现了卫星信号的模拟，详细研究了基带模块的实现方法,包括C/A码产生模块，导航电文合成模块，码转换模块。最后通过射频模块发出，完成卫星信号的模拟。在信号测试部分，用示波器，频谱仪，MATLAB程序对模拟信号进行了验证实验。验证结果表明，设计满足要求，达到预想目标。
上传时间： 2013-05-30
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