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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差分跳频(DFH)是集跳频图案、信息调制与解调于一体，是一个全面基于数字信号处理的全新概念的通信系统，其技术体制和原理与常规跳频完全不同，较好地解决了数据速率和跟踪干扰等问题，代表了当前短波通信的一个重要发展方向。美国Sanders公司推出了名为CHESS的新型短波跳频通信系统，并获得了成功，但我国对该体制和技术的研究还处于初始阶段，目前还不太成熟，离实际应用还有一段距离。 本文主要基于FPGA芯片的基础上对差分跳频进行了研究，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，而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、测试及硬件升级。而且设计中尽量采用软件无线电体系结构，减少模拟环节，把数字化处理尽量靠近天线，从而建立一个通用、标准、模块化的硬件平台，用软件编程来实现差分跳频的各种功能，从基于硬件的设计方法中解放出来。 本文首先介绍了课题背景及研究的意义，阐述了目前差分跳频中频率合成跟频率识别的实现方案。在频率合成中，着重对DDS的相位截断误差及幅度量化误差进行仿真，找出基于FPGA实现的最佳参数及改善方法。在频率识别中，基于Xilinx公司提供FFT IP核，接收端中的位同步，频率识别均在FFT的理论上进行设计。最后根据设计方案制作基于FPGA的电路板。 设计中跳频图案、直接数字频率合成器、频率识别、位同步、跳频图案恢复、线性调频z变换等模块均采用Verilog和VHDL两种通用硬件描述语言进行设计，以便能够在所有厂家的FPGA芯片中移植。
上传时间： 2013-07-22
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随着红外探测技术和超大规模专用集成电路的发展，实时红外成像系统得到了越来越广泛的应用。如何针对红外图像的特性对红外图像进行实时处理，得到能真实反映探测场景、适合观察分析的红外图像是目前红外成像技术的研究热点。针对红外图像在被采集后立即进行预处理，简化后级数字信号处理单元的繁重任务，在红外成像技术中具有重要意义。本论文主要工作如下： (1)对红外成像的原理、红外图像的形成过程、红外图像的特征以及红外图像与可见光图像的区别进行了阐述。 (2)简要介绍了频域中图像的增强算法，以及图像的灰度变换原理。 (3)通过对时域中各种算法的分析对比，以及时域处理与频域处理的对比，选择数种适合红外图像预处理的算法进行硬件实现，然后再根据硬件实现的难易程度和算法对硬件资源的占用率，以及最终对图像的处理效果，选择一种最佳的平滑和锐化方法。 (4)针对FPGA的特点，采用了模块化结构设计，方便构成并行运算，充分体现了实时处理的要求。 (5)分析了红外图像灰度变换的硬件构成，实现了对红外图像的直方图统计。 (6)阐述了I2C总线标准，使用I2C总线对SAA7115视频图像处理芯片的控制，对模拟的红外图像采集、量化成数字图像信号；由于采用SDRAM进行数据的存储，所以针对数据的存储及读取方式设计了SDRAM存储器的控制器，将量化后的数据存储到SDRAM存储器。 (7)详细阐述了图像频域处理的硬件实现方法，并特别说明了DFT的FPGA硬件构成方法及这种方法与DSP处理器构成方法的区别。然后针对整个系统的时序构成及时序要求，采用了PLL核构成了系统的时序部分，并对系统进行了优化，以提高运行速度及减少资源占用率。
上传时间： 2013-07-12
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信号发生器是控制系统的重要组成部分。研制出较高精度、可靠性、可调参数的数字量信号发生器，对于促进我国航空、航天、国防以及工业自动化等领域的发展均有重要意义。本文以直接频率合成和伪随机码的设计与实现为中心，对扩频通信的基本理论、信号源的结构、载波调制等问题进行了深入的分析和研究，并给出了模块的硬件实现方案。 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。论文介绍了FPGA技术的发展和应用，包括VHDL语言的基本语法结构和FPGA器件的开发设计流程等等。详细地分析了各类频率合成器的基础上提出采用直接数字式频率合成原理(DDS)实现低相位噪声、高分辨率、高精度和高稳定度的信号源。研究了测距伪随机码的原理，确定选用移位序列作为系统的扩频码序列，并选取了符合本系统使用的移位序列扩频码。分别给出并分析了相应的FPGA硬件实现电路。 对于载波调制这一关键技术，提出了采用二进制相移键控相位选择法并相应作了硬件实现。最后给出具体设计实现了的信号发生器的输出波形。经实验室测试，设计的信号发生器满足要求，且结构简单、工作可靠、重量轻、体积小，具有良好的应用前景。
上传时间： 2013-04-24
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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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软件无线电DDC(数字下变频)系统作为前端ADC与后端通用DSP器件之间的桥梁，通过降低数据流的速率，把低速数据送给后端通用DSP器件进行处理，其性能的优劣将对整个软件无线电系统的稳定性产生直接影响。采用专用DDC芯片完成数字下变频，虽然具有抽取比大、性能稳定等优点，但价格昂贵，灵活性不强，不能充分体现软件无线电的优势。FPGA工艺发展迅速，处理能力大大增强，相对于ASIC、DSP来说具有吞吐量高、开发周期短、可实现在线重构等诸多优势。正因为这些优点，使得FPGA在软件无线电的研究和开发中起着越来越重要的作用。 本次设计的目标是在一块FPGA芯片上实现单通道数字下变频系统。现阶段主要对软件无线电数字下变频器的FPGA实现方法进行了研究分析，重点完成了其主要模块的设计和仿真以及初步的系统级验证。 论文首先对软件无线电数字下变频的国内外现状进行了分析，然后对FPGA实现数字下变频设计的优势作了阐述。在对软件无线电理论基础、数字信号处理的相关知识深入研究的基础上重点研究软件无线电数字下变频技术。对数字下变频的NCO、混频、CIC、HB、FIR模块的实现方法进行深入研究，在：MATLAB中设定整体系统方案、完成模块划分和接口定义，并对部分模块建立数学模型并仿真、对模块的性能进行优化。从数字下变频的系统层次上考虑了各模块彼此问的性能制约，从而选择合理配置、优化系统结构以获得模块间的性能均衡和系统性能的最优化。最后通过使用编写'Verilog程序和调用部分lP Core相结合的方法完成数字下变频各个模块的设计并完成仿真和调试。结果表明设计的思想和结构是正确的，在下一步工作中主要完成系统的板级调试。
上传时间： 2013-04-24
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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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本文在深入分析红外焦平面阵列热成像系统工作原理的基础上，根据红外图像处理系统的实际应用，研究了相应的图像处理算法，为使其实时实现，本文对算法基于FPGA的高效硬件实现进行了深入研究。首先对IRFRA器件的工作原理和读出电路结构进行了分析，叙述了相应的驱动电路设计原理和相关模拟电路的处理技术。然后，以本文设计的基于FPGA高速红外图像处理硬件系统为运行平台，针对红外温差成像图像高背景、低对比度的特点和系统中主要存在的非均匀性图案噪声，研究了非均匀性校正和直方图投影增强算法的实时实现技术。还将基于FPGA的红外图像处理的实现技术，拓展到一些空域、频域及基于直方图的图像处理基本算法。其中以红外增强算法作为重点，引入了一种易于FPGA实现、基于双阈值调节、可有效改善系统成像质量的增强算法。并在FPGA硬件平台上成功地实现了该算法。最后，本系统还将处理后的图像数据转化成了全电视信号，实时地显示在监视器上。实验结果表明，本文设计的系统，能够很好地完成大容量数据流的实时处理，有效地改善了图像质量，显著提高了图像显示效果。
上传时间： 2013-07-02
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本文以直接频率合成和伪随机码的设计与实现为中心，对扩频通信的基本理论、信号源的总体结构、载波调制、滤波器设计等问题进行了深入的分析和研究，并给出了模块的硬件实现方案。 首先介绍了FPGA技术的发展和应用，包括VHDL语言的基本语法结构和FPGA器件的开发设计流程等等。详细地分析了各类频率合成器的基础上提出采用直接数字式频率合成器(DDS)实现低相位噪声、高分辨率、高精度和高稳定度的信号源。研究了测距伪随机码的原理，确定选用移位序列作为系统的扩频码序列，并选取了符合本系统使用的移位序列扩频码。分别给出并分析了相应的FPGA硬件实现电路。 对于载波调制这一关键技术，提出了采用二进制相移键控相位选择法并相应作了硬件实现。分析与研究了射频宽带滤波器应具有的传输特性，通过分析巴特沃思滤波器、切比雪夫滤波器、椭圆滤波器和贝塞尔滤波器这几种滤波器的频谱特性，设计了发生器射频宽带滤波器。最后给出具体设计实现了的信号发生器的输出波形。
上传时间： 2013-04-24
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