基于FPGA IPCore的1024点傅里叶变换的实现

本文主要研究傅利叶变换(后简称FFT)算法实现的问题。在传统的利用DSP实现FFT的方法中,主控器的数据吞吐量小,存储器资源不够,速度慢,难以达到FFT实时性的要求。为解决这些问题,本文提出了一种直接调用Altera公司的FFT知识产权核(IPCore)来实现1024点FFT的方法。通过对FFT核模块、状态机控制模块、存储器以及其他外部控制电路的研究设计,实现了10位的1024点FFT运算。利用现场可编程门阵列(后简称FPGA)丰富的内部资源和FFT IPCore的灵活性,简化了FFT算法实现的设计流程。仿真结果表明,这种方法快捷简便,而且能满足不同复杂程度FFT算法的需求。     

基于FPGA的改进FFT模块在数字脉冲压缩系统中的应用与实现

FFT算法是一种实现数字脉冲压缩的高效、灵活的方法,也是实现数字数字信号中重要技术.利用并行存储器和流水设计改进了FFl模块,运用FPGA实现1024点的FFT运算.另外,应用的乒乓存储技术使该模块提高了数据传输的效率,很好的满足了系统实时性和精度要求.     

Moore响度的三种计算方法

简单介绍了Moore响度模型的计算过程,针对该模型以参数化方式输入信号频谱的特点,提出了直接FFT(快速傅里叶变换)频谱算法、FFT校正频谱算法和1/3倍频程谱算法等3条Moore响度计算路线,分析对比了3种不同算法对典型信号响度计算精度的影响。分析结果表明:对纯音或复合音信号,可采用FFT校正频谱算法或点数为4096的直接FFT频谱算法计算响度;对带宽较宽的噪声信号,建议采用1/3倍频程谱计算响度。     

非正则复向量的扩展MVDR算法研究

研究了非正则复向量的特性对MVDR算法的影响。将阵元接收数据经过FFT运算后,在任一频率下的列向量都是非正则复向量。根据非正则复向量伪自相关阵的特性．提出了扩展自相关矩阵和扩展驾驶向量,推导出了扩展MVDR（ExMVDR）算法：仿真试验表明ExMVDR算法比MVDR能够更好的压制旁瓣,主瓣的信噪比能够提高2dB左右。     

基于流水线的FFT快速计算方法与实现技术

针对目前CDMA快速码捕获系统对捕获速度要求越来越高,在分析快速傅里叶算法理论的基础上,结合FPGA(Field Programmable Gate Array)的独特硬件结构,提出一种基于流水线的FFT(Fast Fourier Transform)快速实现方法,并对该方法进行了matlab仿真、ISE仿真和FPGA实验.研究结果证明:相比于传统的FFT实现方法,在保证计算精度的基础上,该方法实现了FFT计算数据的连续输入与输出.减小了捕获时延,缩短了至少1/3的计算时间,在100 MHz时钟时,完成4096点的FFT运算只需要42.05μs,为高速信号处理系统提供了一种更好的时频转换方法.     

实时反卷积的实现

本文介绍一种线性时不变系统反卷积算法的实现方法。通过计算机模拟来确定实现中的主要参数选择。该算法对于二阶系统信号恢复的平方相对误差约为1％。该算法较为简单,恢复一点仅需2M次乘法和2M+1次加法(M为脉冲响应取样点数)。对于低频系统可在微型计算机上实时运行。将该算法用于大白鼠心室内压波形的恢复,得到较好的结果。     

毫米波雷达液位计高精度测距算法研究

本文基于毫米波FMCW雷达液位计测距原理,针对影响测距精度的FFT栅栏效应问题,提出了将Zoom FFT和能量重心校正算法结合的高精度信号处理算法.该算法通过FFT算法锁定感兴趣的差频信号频谱范围,采用Zoom FFT在此范围内进行频谱细化,后利用能量重心校正算法对细化后的频谱进行频率校正,从而获得差频信号的精确频率信息,并通过换算得到雷达到液面的距离.仿真结果表明,该算法能将雷达液位计的测距精度提高到毫米量级,计算量和运算存储空间比较合理.     

素数因子算法的FFT处理器的设计

为满足FFT运算速度的要求,提出了一种易于FPGA实现的素数因子算法FFT处理器的硬件结构。其中数据存储采用了乒乓RAM结构来实现,可以扩大吞吐量;数据缓存使用FIFO来实现,可以减少一半存储空间的使用;运算模块使用素数因子算法结合流水线结构,在一定延迟后可以连续输出结果;增加地址排序映射可以实现数据正序输入输出。     

一种少数点FFT递归算法

FFT广泛应用于数字信号处理中，其算法主要为“同址运算”FFT算法，即使用从前往后逐层算出各结点的数据，因其在计算时总是用当前层替代前一层，具有地址不变的关系而得名，该算法在计算全部分析点数据时具有很高的效率，但是在大部分应用中求出全部谱线是多余的。给出了一种只求有限谱线的高效方法的递归表达式及推导过程，以及在使用此方法的旋转因子的规范化处理方法，比较了此方法与传统方法的时间与空间的效率，得出此方法在计算谱线数少于层数时具有更高的效率，而占用空间大小只有传统方法的1／3。列举了几种应用实例，说明了用于系统计算机时程序编制的方法，特别说明了用于嵌入式系统中的表达式及生成方法。具有更直接和方便的应用形式。这些方法特别适用于少数谱线的分析，如ZOOM分析、实验模态分析、局部谱线识别数字信号处理中。     

点包容性检测

介绍了一个易于实现的点包容性检测算法--倾斜射线法,其特点是射线不会与多边形的顶点或边重合,无须作特殊情况的处理,需计算的区域小,因而计算量小.判断倾斜射线与多边形的交点数,如果交点数为奇数,则点在多边形内,否则,点在多边形外.验证表明,此算法简单有效、稳定可靠,对自相交多边形及带孔多边形等情况同样适用.     

采用双DSP的实时傅里叶变换系统设计

系统设计目的是使FFT变换能够实时完成,以便能够在图像处理等方面应用于实际工程中。系统应用两片TI公司的数字信号处理器TMS320C6416为核心,以可编程逻辑阵列CPLD进行逻辑控制,采用两片现场可编程门阵列FPGA分别作为图像预处理和两片DSP之间的通讯,系统在运算1024点FFT与反傅里叶变换iFFT时耗仅为178μs,实现了实时的图像傅里叶处理。     

高动态北斗B1I信号的快速捕获算法研究

高动态环境下,用户接收机接收到的卫星信号存在较大的多普勒频移,而实现定位导航和授时等功能对捕获算法提出了更高的要求.由于传统的时域串行捕获算法与基于FFT的并行码相位捕获算法存在时间复杂度高而造成捕获较慢的问题,本文采用改进的PMF-FFT捕获算法.捕获信号时,取2 ms输入信号与本地载波信号进行模二加后通过64个部分匹配滤波器,再将输出的数据加海明窗函数,然后进行64点FFT运算,最后将结果取模后与门限值比较,高于门限值判断捕获成功.通过实验仿真验证,该方法可以准确地完成高动态北斗B1I信号的快速捕获.     

MPEG-4形状编码中的自适应二值运动估计算法

运动估计占据TMPEG-4形状编码90％以上的运算量，本文依据MPEG-4中形状信息的自身特性，提出了自适应二值运动估计算法。算法首先扫描参考帧，得出其有效搜索区域——边界掩模。在匹配运算时使用1bit的异或运算代替原有的加法运算。在搜索中根据二值Alpha块的运动特性自适应的采用不同的搜索模板进行搜索，对于静止点直接中止搜索。兼顾了搜索速度和精度。实验结果表明，在码字长度相仿的情况下，本算法的平均搜索点数仅相当于MPEG-4原有搜索算法的5％，有效提高了形状编码速度。     

利用Zoom FFT实现实时噪声功率谱测量

本文简要介绍了Zoom FFT算法，重点讨论了此算法在声呐实时噪声谱经监测中的应用。     

用微型计算机实现840点Winograd富里叶变换算法

本文应用Winograd富里叶交换算法(WFTA)提出了一个能在微型计算机上实现的840点WFTA,其计算速度比FFT提高了约4～5倍,这对于计算速度较慢的微型计算机具有很大的实用价值。文中较详细地介绍了微型计算机实现这种新算法的原理和程序设计思想。     

基于调制FFT的谐振式SAW传感器快速频率估计算法

针对高动态环境下的谐振式声表面波（Surface Acoustic Wave,SAW）传感器快速精确频率估计,提出一种基于调制快速傅里叶变换（Fast Fourier Transform,FFT）的谐振式SAW传感器快速频率估计算法。对单次谐振式SAW传感器回波信号进行N点取样后进行调制FFT计算,获得回波信号频谱,然后利用最大谱线的两相邻谱线取代I_Rife算法频谱细化后的谱线对频率偏移因子进行估计,最后使用频率偏移因子对最大频谱频率进行修正。该算法较I_Rife算法不需要判断频率修正方向,减少了3N次复数乘法和4（N-1）次复数加法运算,频率估计均方根误差的平均值减小了26%。该算法在提高精度的同时,实现了对谐振式SAW传感器的快速频率估计。     

基于DCT的自适应变码长图像压缩算法及汇编实现

本文提出一种基于DCT的自适应变码长的变换域图像压缩算法,并给出实现任意长度序列DCT的FFT的汇编源程序。本算法的基本原理是,在图像快变换区分配长码,在慢变换区分配短码。恢复图像有较好的细节分辨力,视觉效果良好。计算机模拟结果表明,这种算法具有运算速度快,算法精度较高,可以构造硬件实现,恢复图像质量好等优点。     

基于波数-频率联合演变功率谱的一维空间非均匀脉动风场模拟

在高层建筑、大跨桥梁和大型风力发电系统等大型工程中,风荷载对结构的安全性至关重要、甚至是起控制作用的要素。因此,脉动风速场的模拟具有重要意义。谱表达方法得到了广泛的应用。但经典的谱表达方法需要对互功率谱矩阵的逐个频率点进行Cholesky分解或本征正交分解（POD）,当模拟的空间点数较多时,分解效率非常低下、甚至可能出现矩阵奇异而难以实现。基于波数-频率联合功率谱或联合演变谱,不需要Cholesky分解或POD,可以方便地实现均匀或非均匀脉动风场的模拟。当模拟点为等间距点时,该方法能够使用FFT技术提高模拟效率,而当模拟点为非等间距点、不能使用FFT技术时,模拟效率依然有待提高。鉴于此,该文引入“结构化”非均匀离散方法和“舍选法”思想,建议了二维波数-频率域的非均匀离散策略,显著地提高了模拟效率。以某桥塔的一维空间非均匀脉动风场的数值模拟为例,验证了该方法的有效性。     

三维功率谱阵及其应用

三维功率谱阵是应用越来越广泛的信号处理方法。快速高精度的FFT 和谱分析;准确而适用范围广的转速测量方法;高精度时钟系统和灵活方便.功能齐全的显示技术是其要解决的四个难点。本文从采用汇编语言、窗函数库和三角函数库、双段2048点实数一次完成FFT 运算、加校正因子和幅值修正等方面论述了提高软件实现FFT 和谱分析速度和精度的方法;首次提出了用计算机内部8253计数器进行精确测量时间的方法,并由此实现了适用范围广、误差小于1%的转速测量;采用的三维谱阵显示方法具有独特的光标显示功能。以上述方法为基础的三维功率谱,其性能指标达到了较高的水平。     

主动声纳波形复包络—调制仿真技术

本文介绍了一种主动声纳波形仿真系统。在算法上利用了主动声纳波形的窄带性质,先在较低采样率下完成回波、混响、本舰噪声、海洋噪声复包络的运算,然后再经调制运算把复包络调制成高频波形,有效降低了对计算速度的要求。在结构上采用两级TMS32020配置,分别实现波形复包络运算和调制运算,充分发挥了硬件的处理能力。运行结果表明,该系统的仿真逼真性和工作可靠性都是令人满意的。