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面向冷凝管超声成像的fpga模块设计

面向冷凝管超声成像的FPGA模块设计

作者：陈石仞北京交通大学

学位级别：硕士

冷凝管在工业生产领域是一种常用但易受损的设备,需要对其开展定期的检测。冷凝管一般直径较小且长度较长,内部结构复杂曲折,需要采用有针对性设计的小型化无损检测设备方可进行检测。本论文在选择超声检测方案的基础上,采用具有集成度... 详细信息

冷凝管在工业生产领域是一种常用但易受损的设备,需要对其开展定期的检测。冷凝管一般直径较小且长度较长,内部结构复杂曲折,需要采用有针对性设计的小型化无损检测设备方可进行检测。本论文在选择超声检测方案的基础上,采用具有集成度高等优势的现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array,fpga)技术对小型化超声成像的硬件电路进行设计。论文在确定了fpga系统整体框架的基础上,对其中的各个功能模块分别进行了详细的设计和调试,主要工作包括下列内容。(1)基于CY7C68013A-56LTXC芯片设计了超声成像系统的fpga信号传输模块,实现了超声成像系统对USB 2.0信号传输协议的支持。(2)基于HDL6V5584芯片设计了超声成像系统的fpga脉冲发射功能模块。该模块通过寄存器设置对芯片进行初始化和功能设置,并使用计数器等辅助模块控制主通道脉冲发射和传输过程,实现了超声发射脉冲的延时聚焦等功能;同时驱动该芯片的发射/接收开关,实现了对超声回波信号的限幅功能。(3)基于AFE5808芯片设计了超声成像系统的fpga回波接收功能模块。该模块通过寄存器设置对芯片进行初始化和功能设置,对接收到的限幅后回波模拟信号完成模数转换后实现了一系列信号处理和增益控制。(4)设计数字信号处理fpga功能模块,对数字化后的回波信号做数字滤波处理,实现了超声系统成像的孔径控制和回波信号的衰减控制等功能。(5)对fpga模块整体进行了初步测试,验证了该fpga模块能够驱动硬件系统完成超声成像的功能。综上,本论文完成了以冷凝管检测为应用背景的超声成像系统fpga模块设计,初步验证了其成像功能,为进一步设计小型化超声成像原型系统的长远目标奠定了良好的fpga设计基础。

关键词： fpga设计超声成像数字信号处理无损检测冷凝管检测

基于动态随机共振的CIS信号依赖噪声去噪方法及其fpga设计

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基于动态随机共振的CIS信号依赖噪声去噪方法及其FPGA设计

作者：郑晓杉杭州电子科技大学

学位级别：硕士

随机共振(Stochastic Resonance,SR)是一种奇特的非线性现象,利用噪声来增强信号,提高信噪比。这种将噪声视为有用成分来增强信号的特性,与现有噪声去除方法将噪声视为有害成分去除的思路不同,为信号去噪带来了新思路。随着CMOS/CCD图... 详细信息

随机共振(Stochastic Resonance,SR)是一种奇特的非线性现象,利用噪声来增强信号,提高信噪比。这种将噪声视为有用成分来增强信号的特性,与现有噪声去除方法将噪声视为有害成分去除的思路不同,为信号去噪带来了新思路。随着CMOS/CCD图像传感器的广泛应用,信号依赖噪声已经成为了视觉信息噪声的重要形式之一。而现有随机共振的理论研究中,驱动非线性系统的噪声一般为高斯噪声或者与信号无关的非高斯噪声,由信号依赖噪声驱动的随机共振机理尚未得到研究。此外,基于随机共振图像处理算法主要通过外加高斯白噪声或者利用带噪图像内部的高斯白噪声进行去噪,没有考虑带噪图像本身的信号依赖噪声进行噪声去除。针对上述问题,本文研究了在不同噪声强度背景下,基于高斯-高斯信号依赖噪声模型驱动非线性系统产生的随机共振现象,重新推导了基于信号依赖噪声强度的系统输出功率谱密度和最佳系统参数,将理论推导应用到图像去噪中,并完成了随机共振图像去噪算法的fpga设计。主要工作和研究成果如下:(1)研究了高斯-高斯信号依赖噪声模型驱动下,周期信号激励双稳态系统输出的功率谱密度。通过建立高斯-高斯信号依赖噪声驱动的随机微分方程以及对应的福克普朗克方程,推导了取决于信号依赖噪声强度的势函数和传输速率。与此同时,根据绝热近似理论重新推导了随机共振系统输出功率谱密度的精确表达式。讨论了在不同信号依赖噪声强度、系统参数、信号幅值下,系统输出时域波形、功率谱密度、信噪比以及平均首通时间(Mean First Passage Time,MFPT)的变化规律,从而验证了高斯-高斯信号依赖噪声模型驱动的双稳态系统会产生随机共振现象。(2)设计了一种基于动态随机共振的图像去噪算法。根据推导的信号依赖噪声模型驱动下系统输出功率谱密度,结合随机共振的频率匹配条件以及估计的带噪图像的信号依赖噪声参数,推导了取决于高斯-高斯信号依赖噪声强度的最佳系统参数。根据估计的高斯-高斯噪声模型的噪声参数,自适应计算随机共振的系统参数以达到图像去噪的目的。实验结果表明,相比于现有其他方法,所提方法进行图像去噪在峰值信噪比(Peak Signal to Noise Ratio,PSNR)和结构相似性(Structural Similarity,SSIM)衡量指标上具有更高的数值。(3)根据所提基于随机共振的图像去噪算法,在Vivado软件中完成了该算法的fpga设计。利用流水线设计方式将随机共振去噪划分为4个模块,分别为ROM IP核生成模块、计数器控制模块、滑动窗口模块和龙格库塔模块,并对他们进行了行为仿真和在线逻辑分析仪(Integrated Logic Analyzer,ILA)调试。然后通过顶层模块连接各个模块进行综合实现并仿真,将仿真结果与Matlab仿真结果进行比较,SSIM值在0.95以上,PSNR值在30以上,证明了该电路的有效性。

关键词：随机共振信号依赖噪声图像去噪 fpga设计

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PCI总线接口控制器的fpga设计

北京理工大学学报 2004年第5期24卷 423-426页

作者：王友波刘明业北京理工大学信息科学技术学院计算机科学工程系北京100081

研究有限状态机与PCI总线接口控制器的设计问题.在分析PCI总线接口控制器基本功能的基础上,给出其顶层设计.根据PCI总线操作时序,提出了从设备接口控制器的有限状态机模型.同时结合AlteraFLEX10K的fpga器件,采用Verilog硬件描述语言,描... 详细信息

研究有限状态机与PCI总线接口控制器的设计问题.在分析PCI总线接口控制器基本功能的基础上,给出其顶层设计.根据PCI总线操作时序,提出了从设备接口控制器的有限状态机模型.同时结合AlteraFLEX10K的fpga器件,采用Verilog硬件描述语言,描述该总线控制器的基本操作,并完成功能仿真与综合,实现了PCI总线控制器的fpga设计,说明该有限状态机具有结构清晰、易于维护的特点.

关键词： PCI总线接口有限状态机 fpga设计

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红外与CCD图像的融合及fpga设计分析

今日自动化 2023年第8期 76-78页

作者：吴文君广州飒特红外股份有限公司广东广州510000

我国传感器技术快速发展,现代成像与监控系统中采用大量的多类型图像传感器,但此类系统只能独立性,将单个图像传感器信息显示出来,不仅会导致成像与监控系统的空间被占用,还会失去对目标的有效监测,造成不利影响。基于此,文章分析红外与... 详细信息

我国传感器技术快速发展,现代成像与监控系统中采用大量的多类型图像传感器,但此类系统只能独立性,将单个图像传感器信息显示出来,不仅会导致成像与监控系统的空间被占用,还会失去对目标的有效监测,造成不利影响。基于此,文章分析红外与CCD图像的融合,主要分析红外与CCD图像融合的情况,提出红外与CCD图像融合的fpga设计措施,强调完善总体架构的设计模式,合理应用fpga插值放大算法、彩虹编码算法、图像融合算法,旨在为促使红外与CCD图像的良好融合发展提供助力。

关键词：红外与CCD图像融合研究 fpga设计

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相控阵雷达信号处理器的fpga设计与实现

无线互联科技 2022年第15期19卷 66-68页

作者：王成峰王鑫邵志飞鲁冬亮 93305部队沈阳110031

在基于DSPTMS320C6678结构+fpga Kintex 7的雷达信号处理器中,文章以有源相控阵雷达为背景,通过fpga编程实现信号处理器的相应功能。在模式线性调频脉冲(LFM)下,完成256个周期的MTD处理以及和差三通道信号的脉冲压缩。在模式高脉冲重复... 详细信息

在基于DSPTMS320C6678结构+fpga Kintex 7的雷达信号处理器中,文章以有源相控阵雷达为背景,通过fpga编程实现信号处理器的相应功能。在模式线性调频脉冲(LFM)下,完成256个周期的MTD处理以及和差三通道信号的脉冲压缩。在模式高脉冲重复频率脉冲多普勒(HPRF-PD)下,fpga完成了窄带和波束速度搜索处理,以及波束宽带信号的距离跟踪和匹配滤波相关处理。在线性调频连续波(LFMCW)模式下,上扫频周期和下扫频周期实现了信号的FFT处理,MTD处理进行了64个周期,信号处理数据通过SRIO高速接口发送给DSP。每个fpga处理模块的功能都在信号处理器的硬件平台上进行调试和验证,并与MATLAB处理的结果进行比较。保证信号处理器整体功能的实现,fpga相控阵雷达信号处理模块满足实时处理要求。

关键词：相控阵雷达信号处理器 fpga设计实现

矩阵型自适应复数滤波器算法研究及核心单元fpga设计

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南京邮电大学学报（自然科学版） 2013年第4期33卷 59-64页

作者：王莎莎王勇超雷达与电子对抗研究所北京100085 西安电子科技大学ISDN国家重点实验室西安710071

文中基于最小均方误差准则,推导出一种不涉及除法修改一阶复数滤波器权值的迭代算法,并以此为滤波单元,构造出有效抑制多个强单频干扰的矩阵型高阶复数滤波器,仿真表明,该复数滤波器能够自适应跟踪,并在权值迭代算法收敛后有效滤除扩频... 详细信息

文中基于最小均方误差准则,推导出一种不涉及除法修改一阶复数滤波器权值的迭代算法,并以此为滤波单元,构造出有效抑制多个强单频干扰的矩阵型高阶复数滤波器,仿真表明,该复数滤波器能够自适应跟踪,并在权值迭代算法收敛后有效滤除扩频信号中的多个单频干扰。文中针对自适应滤波器硬件设计的重点部分给出了详细设计。

关键词：矩阵滤波器权值更新迭代算法 fpga设计

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基于fpga设计的电视信号检测方法与实现

合肥工业大学学报（自然科学版） 2010年第7期33卷 993-996页

作者：张重德朱跃农合肥工业大学信息与网络中心安徽合肥230009

文章提出了利用信号时序检测方法监测电视信号的播出中断和非法干扰,采用fpga设计实现对32路电视同步信号的实时检测,并依此设计出一个电视信号自动监测与报警系统;系统使用Verilog HDL语言进行硬件电路描述,使用Xilinx ISE9.1软件和Mod... 详细信息

文章提出了利用信号时序检测方法监测电视信号的播出中断和非法干扰,采用fpga设计实现对32路电视同步信号的实时检测,并依此设计出一个电视信号自动监测与报警系统;系统使用Verilog HDL语言进行硬件电路描述,使用Xilinx ISE9.1软件和ModelSim6.2仿真工具对fpga设计进行配置和仿真,给出了硬件模块设计和部分软件代码;实验结果表明,系统达到了实用要求。

关键词：非法干扰电视信号监测同步信号检测 fpga设计

永磁同步电机混沌模型的拓扑马蹄分析与fpga设计

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电力系统及其自动化学报 2018年第4期30卷 57-62页

作者：薛薇张妹谭东程李雪李永丽天津科技大学电子信息与自动化学院天津300222 天津大学智能电网教育部重点实验室天津300072

深入分析永磁同步电机PMSM(pormoment magnet synchronous motor)的混沌特性以便进一步研究如何消除或利用其混沌特性。针对气隙均匀永磁同步电机混沌模型进行了深入分析,通过绘制该混沌模型相图、Ly-apunov指数谱图和分岔图等,对其动... 详细信息

深入分析永磁同步电机PMSM(pormoment magnet synchronous motor)的混沌特性以便进一步研究如何消除或利用其混沌特性。针对气隙均匀永磁同步电机混沌模型进行了深入分析,通过绘制该混沌模型相图、Ly-apunov指数谱图和分岔图等,对其动力学特性进行仿真分析。借助拓扑马蹄引理严格判定其混沌吸引子存在,用Housetool找出该PMSM混沌模型在Poincaré截面映射下的马蹄。此外,还给出该模型的现场可编程门阵列fpga(field programmable gate array)设计与实现,为其在实际中的应用提供一定的理论基础和技术支持。

关键词：永磁同步电机混沌拓扑马蹄 Poincaré映射 fpga设计

EDA工具如何应对fpga设计中的多重挑战

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半导体技术 2007年第7期32卷 626-628页

作者：曹瑞防空兵指挥学院郑州450052

不同领域优化的多平台fpga以其革命性的能力促使fpga技术加速进入更多的应用领域。随着器件复杂性的增加,设计人员需要更加精密复杂的工具,定位于fpga设计的EDA工具也面临着更大的挑战和机遇。指出了EDA工具在fpga设计中所面临的挑战,... 详细信息

不同领域优化的多平台fpga以其革命性的能力促使fpga技术加速进入更多的应用领域。随着器件复杂性的增加,设计人员需要更加精密复杂的工具,定位于fpga设计的EDA工具也面临着更大的挑战和机遇。指出了EDA工具在fpga设计中所面临的挑战,通过对Synplicity公司的解决方案和工具的分析,提出EDA工具应对fpga设计挑战的一般方法和创新方向,并指出EDA工具在面临挑战的同时也将迎来发展机遇。

关键词： EDA工具 fpga设计多重挑战