遥感图像是深空探测和近地观测所得数据的重要载体，在军事和社会经济生活领域发挥着重要作用。由于遥感图像数据量巨大，它的存储和传输已成为遥感信息应用中的关键问题。图像压缩编码技术能降低图像冗余度，从而减小图像的存储容量和传输带宽，它的研究对于遥感图像应用具有重要的现实意义。CCSDS图像压缩算法是空间数据系统咨询委员会(CCSDS)提出的图像数据压缩算法。该算法复杂度较低，并行性好，适合于硬件实现，能实现对空间数据的实时处理，从而广泛应用于深空探测和近地观测。对于直接关系到军事战略、经济建设等方面的遥感图像的传输，必须对它进行加密处理。AES加密算法是由美国国家标准和技术研究所(NIST)于2000年发布的数据加密标准，它不但能抵抗各种攻击，保证加密数据的安全性，而且易于软件和硬件实现。本论文对CCSDS图像压缩算法和AES加密算法进行了研究，完成的主要工作包括： (1)研究了CCSDS图像压缩算法的原理和结构，用C语言实现了算法的编解码器，并与SPIHT算法和JPEG2000算法的性能进行了比较。 (2)研究了AES加密算法的原理和结构，用C语言实现了算法的加解密器。 (3)介绍了实现CCSDS图像压缩算法和AES加密算法的FPGA设计所选择的软件开发工具、开发语言和硬件开发平台。 (4)给出了CCSDS编码器的FPGA实现方法和实现性能。 (5)给出了AES加密器的FPGA实现方法和实现性能。 本文设计的CCSDS图像压缩和AES加密FPGA系统运用了流水线设计、高速内存设计、模块并行化设计和模块串行化设计等技术，在系统速度和资源面积上取得了较好的平衡，达到了预期的设计目的。
上传时间： 2013-07-15
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FPGA能够减少电子系统的开发风险和开发成本,缩短上市时间,降低维护升级成本,广泛地应用在电子系统中.随着集成电路向着片上系统(SoC)的发展,需要设计出FPGA IP核用于SoC芯片的设计.该论文的工作围绕FPGA IP核的设计进行,在FPGA结构设计优化和FPGAIP接口方案设计两方面进行了研究.设计改进了适用于数据通路的FPGA新结构——FDP.设计改进了可编程逻辑单元(LC);对可编程连线作为"2层2类"的层次结构进行组织,进行了改进并确定了各种连线的通道宽度;结合对迷宫布线算法的分析以及benchmark电路实验的方法,提出了用于分段式网格连线的开关盒和连接盒新结构,提高连线的面积利用效率.在FPGA IP核的接口方案上,基于边界扫描测试电路提出了FPGA IP核的测试方案;结合扩展边界扫描测试电路得到的编程功和自动下载电路,为FPGA IP核提供了具有两种不同编程方法的编程接口.采用SMIC 0.35um 3层金属CMOS工艺,实现了一个10万系统门规模的FDP结构,并和编程、测试接口一起进行版图设计,试制了FDP100k芯片.FDP100k中包括了32×32个LC,128个可编程IO单元.在FDP100k的芯片测试中,对编程寄存器、各种可编程资源进行测试,并完成电路实现、性能参数测试以及IP核接口的测试,结果表明FPGA IP核的整体功能正确.
标签： FPGAIP
上传时间： 2013-04-24
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大气激光通信是指以激光光波作为载体，大气作为传输介质的光通信系统。在空间大气激光通信中，由于大气的散射、吸收，大气湍流等作用，在激光接收端就会出现光斑抖动、相位起伏等现象，因此研究一种适合在高速率、弱信号条件下处理技术，保证激光信号的误码率是有着十分重要的意义。 本文研究了一种基于嵌入式微处理器系统的大气激光信号处理方法。文章从空间激光发展现状及信道环境出发，提出了一种采用ARM微处理控制器并在控制器上移植实时操作系统μC/OS-Ⅱ，运用浮动阈值算法来减小大气信道对激光探测的影响的方法。在测试中，取得了比较好的实验效果。
上传时间： 2013-04-24
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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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CAN-bus(Corltroller Area Network)即控制器局域网，是国际上应用最广泛的现场总线之一。它是一种多主方式的串行通讯总线，在工业控制通讯方面拥有高位速率，高抗电磁干扰性，而且能够检测出产生的任何错误。作为一种灵活，可靠的通讯系统，CAN总线已被广泛运用于各个工业控制现场。 基于FPGA+DSP的CAN总线通讯系统设计主要目标是完成CAN总线的多节点可靠高速性传输，通过各节点之间的数据通信以及结点处理单元内部对数据的处理实现整个通信系统间各个单元的协同工作。 本论文中的 CAN 总线通讯系统是完成红外目标探测系统和控制系统与图像处理系统的实时通信，其硬件部分采用 DSP+FPGA 作为核心通讯处理单元，通过对 DSP硬件编程和FPGA逻辑模块的设计实现了在处理单元外部CAN总线多节点之间的信息可靠性传输以及处理单元内部DSP和FPGA基于SPI的串行通信，从而完成了在FPGA中对CAN总线数据的处理和运用。
上传时间： 2013-05-23
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随着超声检测理论逐渐成熟，以及现代集成电路的快速发展，超声检测技术以其快速、准确、无污染、低成本等特点，成为国内外应用广泛、发展迅速、使用频率最高的一种无损检测技术。其中超声仪器的发展水平直接影响着超声检测技术的发展。数字化、图像化、小型化和实时化等是超声检测仪器的发展趋势。传统的超声检测系统中，PC机存在难以适应恶劣的工作环境，体积大，携带不方便，功耗大，数据传输率不高等问题，并且大部分便携式超声探伤仪缺乏对复杂数字信号处理算法的支持，因此开发与设计一种高性能、小型化的便携式超声探伤检测系统尤为重要。 ARM的数字信号处理能力和DSP的系统控制能力都有其各自弱点，所以文中提出了一种基于ARM与DSP双CPU方案的便携式超声探伤仪，充分利用了ARM与DSP的处理性能，接口简单。ARM利用DSP的主机接口与DSP通信，不会打断DSP的正常运行。本方案为复杂的信号处理算法提供硬件支持，可以有效的提高便携式超声探伤仪器的信号处理能力。 超声探伤回波中的缺陷信号往往与系统的电噪声、金属组织噪声混在一起，影响超声检测回波的信噪比。粗晶材料由于其微观结构对超声的强烈散射，造成严重的材料噪声和信号衰减，致使超声检测灵敏度和信噪比严重下降。目前，对粗晶材料的检测仍然是超声检测技术的一大难题。采用信号处理技术提高超声检测能力和信噪比是无损检测领域的重要研究课题。本文在设计具备复杂信号处理能力的便携式探伤仪的基础上，进行了适合在便携式仪器上实现的小波变换算法的研究，尝试提高便携式仪器对粗晶材料缺陷的检测能力。
上传时间： 2013-04-24
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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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涡流无损检测技术作为五大常规无损检测技术之一，不仅能够探测导体表面的涂层厚度，材料成分，组织状态以及某些物理量和机械量，还能检测材料或构件中是否有缺陷并判断缺陷的形状、大小、分布、走向。脉冲涡流无损检测技术因其激励信号的频域特点，具有有效率高，检测准确的特性，因而有着广泛的应用前景。 用无损检测方法进行钢铁材质检测的研究工作取得了大量成果，然而对于钢材及其制品的混料、硬度和裂纹质量检测还存在许多难题，如用传统检测方法检测齿轮毛坯的硬度效果不够理想，而且人工记录方法较慢。 本文以涡流检测技术理论为基础，系统地分析了脉冲涡流检测的基本理论。在此基础上设计了一套用于检测钢铁材硬度的脉冲涡流检测仪器。该脉冲涡流检测系统可分为硬件、软件两个子系统。整个系统由激励源、涡流传感器、数据处理、结果显示这四个主要部分组成。在涡流探伤中，影响涡流的因素很多，产生大量噪声使得信号分析相对困难。系统以FPGA为开发平台，使得信号激励和信号的采集可以在同一电路中实现，从而提高了信号处理的精确性，接着利用主成分分析方法去除噪音，提取信号的特征值，建立回归方程，利用最小二乘法实现对钢铁材质硬度的测量。实验结果表明，以FPGA为开发平台，采用脉冲涡流激励的方式及相关的脉冲涡流的主成分分析处理方法，使钢铁材质硬度的判别准确率有了很大提高。
上传时间： 2013-04-24
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文中简单阐述了红外辐射机理，论述了红外焦平面阵列技术的发展状况。红外成像系统，尤其是红外焦平面阵列，由于探测器材料和制造工艺的原因，各像素点之间的灵敏度存在差别，甚至存在一些缺陷点，各个探测单元特征参数不完全一致，因而存在着较大的非均匀性，降低了图像的分辨率，影响了红外成像系统的有效作用距离。实时非均匀性校正是提高和改善红外图像质量的一项重要技术。 论文建立了描述其非均匀性的数学模型，分析了红外焦平面阵列非均匀性产生的原因及特点，讨论了几种常用的非均匀性校正的方法，指出了其各自的优缺点和适应场合。 根据红外探测器光谱响应的特点和基于参考源的两点温度非均匀性校正理论，采用FPGA+DSP实现红外成像系统实时非均匀性两点校正，设计完成了相应的红外焦平面阵列非均匀性校正硬件电路。对该系统中各个模块的功能及电路实现进行了详细的描述，并给出了相应的结构框图。同时给出了该图像处理器的部分软件流程图。该方法动态范围大而且处理速度快，适用于红外成像系统实时的图像处理场合。实践表明，该方案取得了较为满意的结果。
上传时间： 2013-04-24
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FPGA是一种可通过用户编程来实现各种数字电路的集成电路器件。用FPGA设计数字系统有设计灵活、低成本，低风险、面市时间短等好处。本课题在结合国际上FPGA器件方面的各种研究成果基础上，对FPGA器件结构进行了深入的探讨，重点对FPGA的互连结构进行了分析与优化。FPGA器件速度和面积上相对于ASIC电路的不足很大程度上是由可编程布线结构造成的，FPGA一般用大量的可编程传输管开关和通用互连线段实现门器件的连接，而全定制电路中仅用简单的金属线实现，传输管开关带来很大的电阻和电容参数，因而速度要慢于后者。这也说明，通过优化可编程连接方式和布线结构，可大大改善电路的性能。本文研究了基于SRAM编程技术的FPGA器件中逻辑模块、互连资源等对FPGA性能和面积的影响。论文中在介绍FPGA器件的体系构架后，首先对开关矩阵进行了研究，结合Wilton开关矩阵和Disioint开关矩阵的特点，得到一个连接更加灵活的开关矩阵，提高了FPGA器件的可布线性，接着本课题中又对通用互连线长度、通用互连线间的连接方式和布线通道的宽度等进行了探讨，并针对本课题中的FPGA器件，得出了一套适合于中小规模逻辑器件的通用互连资源结构，仿真显示新的互连方案有较好的速度和面积性能，在互连资源的面积和性能上达到一个很好的折中。 接下来课题中对FPGA电路的可编程逻辑资源进行了研究，得到了一种逻辑规模适中的粗粒度逻辑块簇，该逻辑块簇采用类似Xilinx 公司的FPGA产品的LUT加触发器结构，使逻辑块簇内部基本逻辑单元的联系更加紧密，提高了逻辑资源的功能和利用率。随后我们还研究了IO模块数目的确定和分布式SRAM结构中编程电路结构的设计，并简单介绍了SRAM单元的晶体管级设计原理。最后，在对FPGA构架研究基础上，完成了一款FPGA电路的设计并设计了相应的电路测试方案，该课题结合CETC58研究所的一个重要项目进行，目前已成功通过CSMC0.6μm 2P2M工艺成功流片，测试结果显示其完全达到了预期的性能。
上传时间： 2013-04-24
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