宗志毅[1]2003年在《高效窄带FIR滤波器的设计与研究》文中提出随着软件无线电技术的发展，使信号的采样频率越来越高，而在高采样率的条件下，采用常规的方法进行窄带FIR滤波器的设计是不可能的。本文另辟它径，采用多抽样率结构来设计窄带FIR滤波器，使窄带FIR滤波器的设计由不可能变为可能。 本文首先简单介绍了窄带FIR滤波器的基本结构，然后对窄带FIR滤波器的各组成部分进行了详细分析，内容包括：积分梳状滤波器(CIC)的特性和设计，半带滤波器(HBF)和整形滤波器的特性和设计，重采样技术的原理与实现。在此基础上给出窄带FIR滤波器的详细结构，分析了窄带FIR滤波器的多级实现原理，并且对窄带FIR滤波器的的基本特性进行了分析，这些特性包括：频率特性、抗混迭特性、去镜象特性。文章最后设计了一个实例，并对其性能进行了分析和测试。 本文最后阐述了采用多抽样率结构来设计窄带FIR滤波器的优点，即能够有效地从通带宽度、通带波纹、矩形系数、阻带衰减等方面对窄带FIR滤波器的性能进行控制。实验测试和工程应用都表明，采用本文所述的方法设计窄带FIR滤波器，其性能和指标要求是非常吻合的。
吴国庆[2]2005年在《软件无线电中高效FIR滤波器的研究与设计》文中指出软件无线电技术的核心是A/D、D/A转换器尽可能的靠近天线,以构造出具有高度灵活性,开放性的无线通信系统。这样的系统,信号采样频率非常高,在高采样率的条件下,无法采用常规的方法进行窄带FIR滤波器的设计。本文结合软件无线电多抽样率信号处理的基本理论设计窄带FIR滤波器,并对其进行了MATLAB仿真。 在软件无线电高采样率的条件下实现窄带FIR滤波器的设计,主要是应用多抽样率信号处理的理论对信号进行抽取、内插、等效变换和多级抽样率转换来实现的。通过抽取器将抽样率降低,在低抽样率条件下,设计出符合性能要求的FIR滤波器。然后,通过内插器将抽样率升高到一个需要的数值上。在设计中,当抽样率转换的转换因子(抽取因子D或内插因子 Ⅰ)过大时,一次完成抽样率转换工作是不现实的,这对硬件的速度和存储量都提出了较高的要求。因此,往往经过两次或两次以上转换实现多级抽样率转换。 本设计中抽取器和内插器的多级实现是基于积分梳状滤波器(CIC)和半带滤波器(HBF)的,主要原因在于积分梳状滤波器不需要乘法器,半带滤波器有近一半系数为0。这样做的好处在于计算效率高,并且为可编程逻辑器件的实现奠定了良好的基础。 在分析窄带FIR滤波器的多级实现原理和基本特性的基础上,给出窄带FIR滤波器的详细结构。通过实例分析了所设计FIR滤波器的频率特性、抗混迭特性、去镜象特性,说明了采用多抽样率结构设计窄带的FIR滤波器能够有效地从通带宽度、通带波纹、矩形系数、阻带衰减等方面对窄带FIR滤波器的性能进行控制。
胡靖华[3]2012年在《GMR磁传感器信号检测技术研究》文中指出1/f噪声是GMR磁传感器的主要噪声源，严重限制了GMR磁传感器的低频性能，本研究团队依托国家自然基金提出了基于磁力线聚集垂动调制技术的磁传感器结构，能有效克服1/f噪声影响，大幅提高GMR磁传感器的分辨力。GMR磁传感器要达到分辨力pT级的检测指标，其检测电路需要实现1ppm的检测分辨率。因此GMR磁传感器信号检测技术研究具有重要意义。国内对低噪声前置放大电路及稳态信号检测算法研究比较多，但是将两者有效的结合起来研究的较少，本文在分析国外研究动态的基础上，对其关键技术展开了研究。论文主要工作如下：研究了低噪声前置放大技术。从结构设计出发，从静态工作点调节机理、共模抑制比增强、等效输入噪声电压密度控制等方面研究了输入级设计原理，并且通过Multisim软件对所设计的电路进行系统的仿真，达到了设计要求。研究了基于频谱校正技术的检测算法。对叁角自卷积窗进行最小二乘拟合，从理论上分析随机噪声背景下叁角自卷积窗和矩形窗的谱分析能力及各自的优缺点，提出了一种基于滑动平均窗频谱校正算法。最后通过仿真实验对叁种频谱校正检测算法进行了幅值测量误差和频率测量误差评估。研究了基于数字锁相放大器的检测算法。应用多抽样率信号处理理论设计窄带FIR滤波器，研究了窄带滤波器中各级滤波器频谱特性，解决了直接FIR滤波器设计阶次过高而难以实现问题，设计了一个的满足实际需求数字锁相放大器。最后进行叁部分实验，包括低噪声放大电路测试、叁种不同信号检测算法性能测试，以及检测系统性能测试，实验验证了低噪声放大电路设计合理性以及信号检测算法的有效性。
吴黎慧[4]2012年在《基于FPGA+DSP的多路采集与实时处理系统的设计》文中提出针对工程上高速飞行物体飞行姿态的测量特点：飞行参数信号要求同步多通道并行采集、数据采集时间长、环境干扰严重、实时性要求高，课题设计了满足研究需要的多通道数据采集与实时处理系统，具体的研究设计工作如下：第一，针对高速飞行物体的飞行参数需要多通道实时采集和处理的要求，设计了基于FPGA+DSP的数据采集与实时处理的系统，其中FPGA芯片为系统提供核心控制，DSP芯片则专注数据的实时处理。系统利用五路12位并行采样A/D同步采集飞行物体上的传感器阵列信号，同时对采集到的数据实现实时滤波处理。第二，在高速飞行物体飞行姿态参数的测量过程中，由于需要对该物体进行长时间的多通道的测量，数据量较大，但是选用的DSP芯片的内部存储空间不足，系统外扩了一片512M的NAND FLASH芯片，保证了系统能够应用于长时间，大容量的采集情况下不会丢失数据。第叁，针对该实时信号滤波时的特点，考虑到信号的采样频率相对带宽很大，利用多采样率技术设计了窄带FIR滤波器，避免了普通FIR滤波器阶数过高，需要较多的硬件资源，从而在DSP中运行时间过长的问题，保证了系统数据处理的实时性。同时，利用MATLAB和CCS的集成开发环境对设计的窄带FIR滤波器进行了仿真测试，验证了该设计的滤波效果和实时性效果。
周峰[5]2012年在《基于准同步采样的电力系统谐波与间谐波在线检测方法研究》文中研究指明谐波和间谐波是典型的电能质量问题。谐波是频率为基波频率整数倍的正弦电压或电流，而间谐波是频率为基波频率非整数倍的畸变成分。各种电力电子装置中的非线性元件都会产生谐波或间谐波，导致谐波和间谐波污染在电力系统中广泛存在并日趋严重。谐波和间谐波会危及供电系统的安全稳定运行，影响用电设备的正常稳定工作，因此，谐波和间谐波的治理越来越受到重视。谐波与间谐波的参数测量是实现谐波和间谐波治理的前提，只有通过在线检测方式及时、准确地获取相关参数，才能实现谐波和间谐波补偿装置的最优配置。电力系统中的电压或电流存在无规律的波动，使得谐波和间谐波的准确测量较难实现。此外，间谐波具有幅值小，频率不确定的特点，在频谱上可能离谐波很近，两者之间会产生互相干扰，从而进一步增加谐波与间谐波测量的难度。快速傅里叶变换(FFT, fast Fourier transform)是常用的谐波、间谐波检测方法，其优点是算法简单、计算量小，缺点是在非同步采样时存在频谱泄漏和栅栏效应，会对测量准确度造成较大影响。加窗插值FFT算法是抑制频谱泄漏和栅栏效应的有效方法，然而该方法在频率分辨率和计算量之间存在矛盾：阶数越高的窗函数抑制频谱泄漏效果越好，但其主瓣宽度也越宽，导致频谱上的频率分辨能力下降，为了保持足够的频率分辨率，需要增加采样数据长度，从而造成计算量的增加。在分析离散傅里叶变换特点和缺陷的基础上，提出了基于准同步采样的谐波检测算法。该算法适用于电力系统缓变谐波的测量，通过将非同步采样信号准同步化，达到抑制频谱泄漏和栅栏效应的目的。算法首先采用带通有限冲激响应(FIR, finite impulse response)滤波器对非同步采样下得到的信号进行预处理，滤除基波频率以外的其它频率分量。然后对滤波信号使用过零比较法获取信号的基波周期，根据该基波周期，采用牛顿插值算法重构原始采样序列，使重构信号近似于同步采样信号。由于频谱泄漏和栅栏效应得到了显着抑制，根据重构信号的FFT结果就能获得各次谐波的准确参数。通过理论分析和仿真实验，讨论了阈值、采样频率、噪声等对谐波检测算法的影响，以及4阶牛顿插值算法的误差估计。在谐波检测算法的基础上，提出了基于准同步采样的间谐波检测算法，该算法通过分离信号中的谐波与间谐波成分，达到抑制两者互扰的目的，能够同时实现谐波和间谐波参数的准确测量。间谐波检测算法首先利用谐波检测算法中的准同步化技术重构采样信号，将信号中的所有谐波分量准同步化。在准同步化过程中，设计了多采样率结构的窄带带通FIR滤波器对原始采样信号进行预处理，该滤波器阶数比窗函数法或最优方法设计的滤波器阶数少一个数量级。然后，使用梳状FIR滤波器分离重构信号中的所有谐波与间谐波分量。对于分离后的间谐波分量，使用谱峰搜索法找到各间谐波在频谱上对应的最大谱线，通过加窗插值FFT算法计算各间谐波的参数。对于提取到的谐波分量，根据其FFT结果直接计算各次谐波的参数。在MATLAB环境下，通过与常用谐波、间谐波检测方法的对比仿真试验，验证了谐波检测算法在不同噪声干扰、低频率分辨率下的测量准确度，以及对信号波动的动态响应特性；验证了间谐波检测算法在噪声干扰下的测量准确度，以及相关滤波器的线性相位特性。将检测算法分别应用于自主研制的在线式电能质量分析仪PQM-F3和数字信号处理平台TDS6713EVM中，通过对标准源生成的谐波和间谐波信号进行测量，验证算法的有效性。最后，使用电能质量分析仪对市电电压信号进行了现场测试，测量了信号中的谐波含量。
连明昌[6]2013年在《氦光泵磁力仪数字化检测系统研制》文中研究指明氦光泵磁力仪是一种高灵敏度磁测仪器，广泛应用于空间磁测、军事反潜和地球物理勘探等领域。氦光泵磁力仪检测系统的数字化是提高仪器精度的发展方向之一，数字化氦光泵磁力仪容易实现仪器小型化，有利于扩展氦光泵磁力仪的应用领域，如挂载在小型无人机上等。全文从介绍氦光泵磁力仪的应用领域和国内外发展现状入手，总结了氦光泵磁力仪检测系统研究概况。在此基础上，提出本文研究对象为氦光泵磁力仪数字化检测系统研制，主要研究工作及成果可归纳为以下几个方面：1.从氦光泵磁力仪的理论基础出发，阐述氦光泵磁力仪磁测原理及信号特性，分析仪器灵敏度估计方法及磁共振角相关性对灵敏度的影响，说明频率调制磁共振检测方法的原理及信号特性，推导调频最优参数，提出基于单片FPGA芯片的数字化检测系统。2.基于DDS技术实现FPGA数字调频器产生射频磁场。根据调频器在频率稳定度、频率分辨力和调制性能等方面的要求完成FPGA方波频率合成器和调频器，及其外围电路的设计。3.针对氦光泵磁力仪检测光敏元件输出的调制基波信号幅度的需求，设计并实现FPGA数字正交锁相放大模块，使用CORDIC算法完成数字相敏检测和求模运算的设计与实现，使用多抽样率技术完成高效窄带低通滤波器的设计与实现。4.对检测系统功能模块和样机进行测试。对数字调频器进行功能仿真，对数字锁相放大器进行仿真并与商用仪器进行对比测试，用商用仪器和样机完成基波信号幅度特性曲线检测。
索亮[7]2011年在《基于DSP的多通道数据采集与处理系统的设计》文中研究说明飞行目标的飞行姿态测量系统在高空且高速飞行的环境下工作,系统必须同步采集储存多通道飞参信号、数据存储容量大、抗环境干扰能力强,且需要实时完成飞行姿态的测量。课题针对飞行姿态测量系统的需要研究多通道数据采集与处理系统的设计,具体的研究工作如下:首先,根据飞行姿态测量系统的多通道采集和实时性的要求,设计了以32位定点DSP芯片作为核心控制芯片,通过8路12位并行采样的AD芯片实现对多路传感器阵列信号的同步采集,并在采集中对数据进行数字滤波处理;其次,针对DSP芯片数据存储空间太小的缺点,系统外扩了一个64M的Nand Flash存储器,使得系统能够应用于长时间的大容量采集;最后,在抗干扰性能的设计上,考虑到飞参信号带宽的特点,选用了窄带FIR数字滤波器的设计方法,避免了普通数字滤波器阶数过高的问题,极大程度的节约了硬件资源,降低了数据运算时间,有效的提高了系统的实时性。本文所设计的基于DSP的多通道数据采集与处理系统其采集存储功能稳定,滤波效果良好,并在设计基于DSP的数字滤波算法中,采用了MATLAB和CCS的集成开发环境,使得系统有了很强的灵活性,能够根据实际应用快速的设计出所需的滤波器,这为不同飞行姿态测量系统的抗干扰设计带来了灵活性。
李玮[8]2009年在《宽带数字T/R组件接收通道关键技术研究》文中认为宽带数字阵列雷达是目前相控阵雷达发展的一个重要趋势,由于其在雷达天线阵列中完成数字信号与模拟信号之间的转换,使其完全成为了一个数字化的雷达,引起了人们的广泛关注。宽带数字阵列雷达是采用宽带信号波形而且发射和接收都使用数字波束形成技术的全数字化阵列天线雷达。随着高速采样技术和高速数字信号处理器的发展,宽带雷达信号的全数字处理成为了可能。宽带数字T/R组件是宽带数字阵列雷达的关键技术之一,已经成为了重要的研究方向。自从1992年被提出以来,软件无线电在最近几年取得了引人注目的进展,引起了人们的广泛关注和巨大兴趣。软件无线电的基本思想是使A/D尽可能靠近射频天线。在软件无线电中,目前较通用的做法是在中频将模拟信号数字化,经数字下变频(DDC)后在基带完成各种数字信号处理,使用这种结构的接收机就称为数字化中频接收机,它已成为现代雷达和通信系统的重要组成部分。首先,本文介绍了数字化中频处理中的信号采样、数字下变频、软件无线电接收机数学模型等基础理论。其中重点介绍了数字下变频中的数字控制振荡器(NCO),整数倍抽取和数字滤波器的设计原理。然后,本文在深入研究了国内外数字T/R组件技术的基础上,提出了一种S波段宽带数字T/R组件(包括射频模块和数字模块)的原理框图,并对工作流程进行了介绍。其中,对数字模块的硬件结构和接收通道的设计进行了详细分析,并对主要器件的选型和设计要点进行了说明。接着,本文对常见的几种雷达接收机结构和主要技术指标进行了介绍,提出了射频模块的原理框图,对设计难点进行了分析并提出了解决办法。其中,对射频模块接收通道的设计原理和主要器件选型进行了详细介绍。针对本课题的具体要求,接下来本文分别对窄带和宽带的数字化中频接收系统方案进行详细分析和设计,并在Matlab中进行了仿真验证。最后,本文分别对宽带和窄带数字下变频在FPGA中的实现进行了详细的模块化设计,并采用Matlab和QuartusII相结合的方式对设计进行功能性仿真,分析测试结果,验证了方案的正确性。
史金芬[9]2006年在《基于频罩法的多载波通信中的数字滤波器设计》文中研究表明在宽带无线数字通信系统中,影响信息高速传输最主要的一类干扰是由信道的多径效应所引起的频率选择性衰落。目前,以正交频分复用(OFDM)为代表的多载波调制技术以其频谱利用率高、抗多径干扰能力强的优点引起广泛关注。随着集成电路的发展,用数字滤波器组实现多载波调制成为新的重要的研究课题。与一般的滤波器组不同,调制型滤波器组的设计简单,它只需设计一个高效的低通原型滤波器,其它滤波器通过对原型滤波器进行调制即可得到。本课题主要是利用频罩法实现高效的原型滤波器设计和调制滤波器组的设计与实现,并利用MATLAB软件对所研究的内容进行了仿真。本文首先介绍了多载波调制技术基础知识和数字滤波器的设计方法,在此基础上从设计高效节约型滤波器角度提出了利用频罩法设计低通原型数字滤波器的方法和用数字滤波器组实现多载波调制的方法。
刘力[10]2006年在《基于FPGA的数字下变频器的设计与应用》文中研究表明软件无线电的中心思想是构造一个具有开放性、标准化和模块化的通用硬件平台，将宽带A／D和D／A转换器尽可能靠近天线，用软件完成各种通信功能，以研制出高度灵活性和适应性的无线通信系统。A／D变换器制造技术的进步，其工作带宽覆盖到中频频段，并具有较高的采样频率和足够大的动态范围，从而使无线电接收机技术由基带数字化向中频数字化方向发展，因此，实现基于带通采样定理的宽带数字中频软件无线电接收机成为可能。本文设计和实现了基于FPGA的数字下变频器DDC，用于宽带数字中频软件无线电接收机中。采用自上向下的模块化设计方法，将DDC的功能划分为基本单元，实现这些功能模块并组成模块库。在具体应用时，优化配置各个模块来满足具体无线通信系统性能的要求。这样做比传统ASIC数字下变频器具有更好的可编程性和灵活性，从而满足不同的工程设计需求。本文章首先阐述了软件无线电中关键的数字信号处理技术，包括中频处理中的下变频技术、抽取技术以及带通采样技术。利用MATLAB的Simulink完成了对系统的设计与仿真，验证了设计的正确性。之后用QuartusⅡ进行了基于FPGA抽取滤波器和NCO等关键模块的设计，编译后进行了时序仿真，最后在PCB板上实现了实际电路并应用于工程项目中。
参考文献：
[1]. 高效窄带FIR滤波器的设计与研究[D]. 宗志毅. 哈尔滨工程大学. 2003
[2]. 软件无线电中高效FIR滤波器的研究与设计[D]. 吴国庆. 大连理工大学. 2005
[3]. GMR磁传感器信号检测技术研究[D]. 胡靖华. 国防科学技术大学. 2012
[4]. 基于FPGA+DSP的多路采集与实时处理系统的设计[D]. 吴黎慧. 中北大学. 2012
[5]. 基于准同步采样的电力系统谐波与间谐波在线检测方法研究[D]. 周峰. 上海交通大学. 2012
[6]. 氦光泵磁力仪数字化检测系统研制[D]. 连明昌. 吉林大学. 2013
[7]. 基于DSP的多通道数据采集与处理系统的设计[D]. 索亮. 中北大学. 2011
[8]. 宽带数字T/R组件接收通道关键技术研究[D]. 李玮. 电子科技大学. 2009
[9]. 基于频罩法的多载波通信中的数字滤波器设计[D]. 史金芬. 东南大学. 2006
[10]. 基于FPGA的数字下变频器的设计与应用[D]. 刘力. 电子科技大学. 2006
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