综合孔径辐射计中二级相关算法的设计与实现

为了解决传统微波遥感辐射计使用FPGA实现多通道数字相关器时资源消耗量过大的问题,本文提出了一种二级相关实现方法.二级相关算法将相关算法分成前后两级,并利用门时钟生成单元使系统保持流型工作状态.前级相关器由基本逻辑资源构成,完成固定短点数的相关处理;多个前级相关器分为一组,分时启动并复用后级长点数相关器.二级相关算法能显著解决微波遥感辐射计中多通道数字相关器资源消耗量巨大的问题,提高数字相关器所容纳的相关通道数,同时优化了FPGA布局布线性能,能提高系统性能并降低成本.     

基于FPGA的空间太阳望远镜图像相关算法实现

两维图像相关跟踪是空间太阳望远镜1m光学系统达到0.1″分辨率关键之一.介绍了基于FPGA实现SST相关算法的方法,如2×2矢量基蝶形FFT、模块化结构、两级状态机、动态块浮点、并行流水时序等.20MHz下32×32图像相关算法在XCV800芯片上实现仅713 微秒,像元拟合精度优于1/50.     

空间太阳望远镜星载CCD图像压缩单元的研究

针对空间太阳望远镜(SST)卫星上海量的观测数据和在轨存储、下传能力有限的矛盾要求在轨压缩科学数据,本文在分析SST星载CCD图像压缩需求基础上,根据空间环境的限制和国内的设计研制能力,采用基于小波变换(DWT)和稀疏矩阵压缩的压缩算法,设计了星载压缩单元(DCU),并在DSP加FPGA结构的硬件平台上进行算法仿真和系统联试.测试结果表明,DCU可以在6 s内对2 048×1 024 pixels的太阳图像进行大于5倍压缩,压缩信噪比(SNR)优于26 dB,均满足SST图像压缩需求.DCU实现了星载图像处理系统的国产化设计,已通过验收.     

一种改进的PMF—FFT短码捕获方法

提出了一种改进的PMF-FFT短码快速捕获方法.该方法将大规模并行相关器与PMF-FFT捕获结构结合起来,利用大规模并行相关器实现接收信号与本地码的分段匹配相关,将部分相关结果进行FFT运算实现对信号载波频偏的搜索,大大提高了PMF-FFT的捕获速度.Matlab仿真结果表明,该方法可以在低的信噪比之下实现对GPS短码的快速捕获.捕获电路的设计基于流水线,资源复用等硬件设计思想,利用较少FPGA资源,在一片FPGA内实现了对短扩频码的实时的快速捕获.     

北斗并行频率捕获算法研究与分析

采用FFT并行频率搜索的北斗二代卫星信号捕获算法,分析了并行频率捕获原理,利用Matlab对设计的捕获模型进行仿真,通过对比分析得到不同的FFT点数、子相关器个数及抽头设置等参数设置对捕获速度、频率搜索范围及灵敏度等性能的影响。在实际设计中考虑到资源消耗和性能的平衡,给出改进后的捕获系统的FPGA实现方案。改进传统的相关器结构,采用同一相关器分段积分方式模拟多个子相关器,减少硬件资源开销,提高了相关器使用效率。     

CPM中相关同步技术的研究

针对连续相位调制系统,提出了一种利用相关器来辅助实现同步的方法,分为差分相关、绝对相位相关两种方法.通过MATLAB仿真,分析了两种相关方法的性能.在性能最佳的基础上,提出了一种利用FPGA实现的简化算法,节省了FPGA芯片的逻辑资源,使相关器的FPGA有效实现变为可能.     

基于低成本FPGA的FFT设计实现

介绍一种采用FPGA计算2 048点10 bit块浮点的FFT(Fast Fourier Transform)的硬件实现方法。采用递归结构实现FFT处理模块,硬件资源消耗少;采用块浮点算法实现蝶形运算中的乘加运算,有很好的速度和精度;根据旋转因子特性减少50%的ROM资源。同时,本算法在高频带内幅值和频率检测更加精确。     

高速高精度体全息光学相关器

体全息光学相关器基于体光栅的布拉格选择性,在记录介质的共同体积中利用角度复用存储多幅图像。相关计算时,输入一幅图像可以并行输出所有的相关点,每个相关点的强度代表输入图像与对应库图像之间的内积值。分析了提高体全息光学相关器运算精度和速度的关键技术。总结了近年来采用散斑调制技术降低相关通道串扰,采用二维随机交错方法消除图案依赖行为,采用多样本并行估计方法提高并行运算精度,采用读写分离结构实观系统小型化集成等体全息光学相关器技术方面的研究进展。目前体全息光学相关器已经实现超过7500通道的并行运算能力,运算速度达到138GHz。系统在遥感图像匹配、指纹识别等领域的成功应用证明了其高速高精度运算能力。     

高效Golay序列相关器的FPGA实现

介绍了二进制互补GOLAY序列及其FPGA(现场可编程门阵列)实现。首先介绍了GO-LAY序列递归生成方式,由此导出了高效GOLAY序列相关器的滤波器实现结构。高效GOLAY序列相关器算法实现复杂度低,特别适用于高速数据传输的情况。然后介绍了基于FPGA的实现方案,并且进一步提出了改进方案,大大节省了硬件资源。相对于传统的串行或并行相关器,高效GOLAY序列相关器在节约硬件资源和提高工作频率上都有很大的优势。硬件仿真结果表明,该结构能满足高速数据传输的快速计算要求,且硬件资源占用很少。     

红外凝视成像系统弱点目标检测的实时实现

为了解决红外点目标检测算法的复杂性与系统实时性之间的矛盾,设计了一套基于DSP的实时处理硬件实施方案.首先,介绍了基于高性能DSP的实时处理系统的原理结构,在此基础上,从硬件和软件两方面提出了系统实时实现的关键技术,包括大容量图像数据的双缓冲交互访问机制、图像预处理算法的FPGA快速实现,以及基于多媒体指令集等技术的代码级优化策略.实践结果证明,优化后的实时处理实现方案有效地提高了系统的实时性和稳定性,能够满足红外点目标检测算法大数据量高速传输、复杂运算的实际需求.     

数字水印相关检测的可靠性研究

目前大多数图像水印算法根据经验值确定水印相关检测时的检测门限,并且只能通过实验结果检验算法性能.本文分析了图像和水印的随机过程模型,给出了水印相关检测的统计特性,在此基础上描述了水印能量、检测门限及水印检测器误码率之间的关系,从理论上确定为保证一定的误码率而应嵌入的水印能量;对于退化的水印图像,也可根据所期望的误码率确定判决门限.因此本文对水印的相关检测的可靠性分析具有一定的普遍性.     

基于最小平均相关能量滤波器的畸变目标识别

通过对多种畸变目标识别算法的研究, 对用于匹配滤波器的最小平均相关能量(MACE)滤波器进行了改进。利用MACE滤波器算法的基本思想构造滤波器函数, 在合成参考图像前对训练图像进行边缘提取, 并对联合图像的功率谱进行了拉普拉斯锐化, 成功实现了在联合变换相关器中对旋转目标图像的探测和识别, 提高了畸变图像相关峰的亮度, 拓展了联合变换相关器的探测和识别的范围。作为实例, 对旋转战机目标图像进行了计算机模拟实验和光学实验, 验证了该算法的可行性。     

基于最小平均相关能量滤波器的畸变目标识别

通过对多种畸变目标识别算法的研究,对用于匹配滤波器的最小平均相关能量(MACE)滤波器进行了改进。利用MACE滤波器算法的基本思想构造滤波器函数,在合成参考图像前对训练图像进行边缘提取,并对联合图像的功率谱进行了拉普拉斯锐化,成功实现了在联合变换相关器中对旋转目标图像的探测和识别,提高了畸变图像相关峰的亮度,拓展了联合变换相关器的探测和识别的范围。作为实例,对旋转战机目标图像进行了计算机模拟实验和光学实验,验证了该算法的可行性。     

基于FPGA的红外序列图像动态压缩显示

高位宽红外相机数字视频信号在向8位宽模拟信号线性压缩显示转换时存在细节丢失的现象。针对这一问题,提出了一种新算法,即先利用高斯滤波器对红外数字图像进行低通滤波,然后将低频图像进行线性压缩后再进行直方图均衡运算,之后与滤波产生的高频细节信号进行叠加后送到D/A芯片进行模拟显示。详细讨论了该算法在FPGA嵌入式系统上的具体硬件结构和实现方法,并对12位相机采集的图像进行了实时压缩显示实验。最终实验结果证明,该系统在进行压缩显示时可以很好地显示传统压缩算法无法显示的细节信息,并有效抑制了图像的高频噪声。     

Simple intra-signal-interference removing detector for HE-DCSK

In this paper, a novel simple detector is designed to remove the intra-signal interference in high efficiency differential chaos shift keying （HE-DCSK） modulation scheme. With the help of data bit estimated before correlation detection, this new detector could remove the modulated chaotic segment that would form intra-signal interference component in the correlator output from every received information-bearing signal in HE-DCSK, leading to greatly and effectively improved system bit error rate （BER） performance. The effectiveness of this proposed detector is studied analytically based on the numerical integration method and evaluated by computer simulation in additive-white-Gaussian- noise （AWGN） channel. Simulation results reveal that the proposed detector can dramatically improve the overall BER performance of HE-DCSK even at relatively low signal noise ratio （SNR） levels.     

基于FPGA的实时幸运区域融合算法

大气湍流对光学目标图像的分辨率会产生随机性 的影响。幸运区域融合(lucky-region fusion,LRF)是一 种针对受大气湍流影响图像序列的图像合成技术,通过在一系列短曝光图像中选取具有高分 辨率的区域进行融合,从而获得一张清晰的图像。LRF 算法在台式计算机上实现比较简单, 但这是事后处理的方法,没有实时性。描述一种针对灰度图像流实时地进行提取、分区处理 和合成的LRF算法及其系统实现技术。根据现场可编程门阵列(field programmable gate array,FPGA)数字信号处理的特点 , 提出了一种适合于FPGA处理的实时LRF算法。用硬件描述语言对该算法进行逻辑设计,将 其嵌入到一个中小规模的FPGA上,从而构成一个纯硬件的紧凑的LRF处理系统。通过模拟 的序列图像和在实验室实际拍摄了短曝光序列图像,对该系统进行了测试。实验结果表明, 所提出的实时LRF算法可行,所实现的FPGA系统可以实现输入灰度图像序列的实时动态幸 运区域融合,并最终获得高分辨率的融合图像。     

一种基于新型同步算法的脉冲UWB能量检测接收器设计

在RFID和无线传感器网络等应用系统中,脉冲UWB(IR-UWB)技术的低功耗和低成本特点具有很大的优势。为了有效地降低功耗和成本,采用了一种基于能量检测,使用开关键控(OOK)调制的IR-UWB接收器,提出了一种使用能量补偿与自适应门限的新型同步与检测算法,此算法降低了接收器的能耗与硬件复杂度。通过对该接收器的仿真及用FPGA硬件实现,表明此算法降低了同步时的功耗及前导序列长度,提高了传输效率,同时保持了系统性能。测试结果表明此接收器架构能够满足在数据率10Mb/s时,功耗仅为1nJ/bit左右,具有低功耗、低复杂度的特点。