基于FPGA的全数字Costas环的设计与实现

介绍了传统模拟Costas环路存在的问题,通过对Costas环路原理的分析,利用连续时间域与离散时间域之间的变换关系,推导出Costas环路的离散模型,据此阐述了环路各模块参数的计算及电路设计。最后利用FPGA对Costas环载波恢复电路进行了实现,并给出了所实现的RTL原理图。     

改进的数字Costas环设计与实现

为解决传统Costas环在多路载波提取中占用资源量大以及在数字下变频中消耗现场可编程门阵列资源过多的问题,提出一种采用逻辑控制模块代替直接数字合成器模块的方法,设计并实现数字Costas环路.该方法适用于阵列雷达信号等多路载波信号处理,能够实现环路载波的快速提取,节约25％的硬件资源.     

变换域全相位信号处理算法

全相位处理有效地改善了信号吉布斯现象,为了在数据压缩、谱分析和多分辨率分析等领域 内充分利用全相位方法,本文设计了各种正交变换下全相位信号处理算法的一般形式,即全 相位变换等于信号准2倍延拓的全相位核加权,推导出离散傅里叶变换（Discrete Fourier transform,DFT）、离散余弦变换（Discrete cosine transform,DCT)和DCT正交基下的全相 位核的数学表达式及反变换公式。为进一步改善算法效果,给出了加窗的变换域全相位处理 算法的系统实现框图,对满足线性的窗进行了分析。最后,基于DCT、离散小波变换(Discre te wavelet transform,DWT)的传输特性和信号子带分解实验证实了该算法的正确性和可实 现性。     

数字直扩接收机中同步环路设计与仿真

同步是扩频通信系统中的一个重要问题。该文详细介绍了直接序列扩频（DSSS）通信系统中，数字科斯塔斯（Costas）环、数字延迟锁定环（DLL）的工作原理和环路中二阶环路滤波器的设计方法，并根据该原理提出了一种新的码环实现方案。使用Matlab对数字直扩接收机进行了仿真。不同环路滤波器参数下环路捕获性能的仿真结果及系统解调误码率证明了该环路滤波器在Costas环和DLL环中的正确性和实用性。其较好地解决了直扩系统中载波和伪码精确同步的问题。该文所设计的数字直扩接收机可有效地应用于CDMA及GPS等系统之中。     

基于载波表的GPS载波跟踪环路研究

实时GPS软件接收机可以使用查找表的方法得到本地复现载波以减少运算量。载波表是由一组具有一定频率间隔和固定初始相位的正弦和余弦信号组成。传统的载波跟踪环路无法使用具有离散频率和不连续相位的复现载波完成GPS载波跟踪。针对这一问题,使用相位补偿算法对载波进行相位补偿,设计了基于载波表的载波跟踪环路。仿真结果表明该载波跟踪环路能有效实现GPS信号的载波跟踪,且与传统的载波跟踪环路相比仅有微小的信噪比损失和频率跟踪精度衰减,可用于实时GPS软件接收机设计。     

基于相位控制的硅微机械陀螺驱动控制技术

全面分析、研究并实现了一种基于相位控制的硅微机械陀螺(Silicon micromechanical gyroscope, SMG)驱动控制技术. 分析了硅微陀螺驱动模态的动力学特性,阐述了相位控制方案的基本原理; 在此基础上建立了控制环路,采用自激振荡理论分析了其稳定性; 建立了环路的相位模型,引入特异因子实现相位控制误差到频率差 (工作频率与驱动模态谐振频率之差)的转换; 建立了对应于相位控制环路的频率模型,当环路滤波器为一阶模型时, 与传递函数为二阶的信号跟踪锁相环(Phase locked loop, PLL)不同,总的闭环模型仅为一阶; 最后基于FPGA平台,采用线性鉴相方式设计了数字化相位控制环路, 并结合幅值控制实现了双闭环驱动控制电路.测试结果表明, 该方案可实现硅微陀螺驱动端的高精度控制.     

直扩信号数字载波环的FPGA设计与实现

在DSSS(直接序列扩频)系统中,载波同步是关键技术之一,其同步时间及精度在一定程度上直接影响着整个系统性能的优劣。结合一个具体的工程实例,以FPGA为设计平台,对BPSK调制方式的DSSS信号Costas环载波恢复电路进行了设计,详细阐述了全数字化Costas环路各部件的参数设计方法。最后给出了实现后的仿真测试数据,仿真结果表明,该Costas环路具有十分优良的性能(输入信噪比为0dB时,环路锁定后相位抖动小于5度)。     

RDWT域全相位子带运动补偿视频编码方法

当前小波视频编码技术的一个研究热点是如何提高运动补偿的效率．提出了一种基于RDWT（冗余离散小波变换）域的奎相位子带运动补偿视频编码方法．运动补偿过程在参考帧和当前帧的RDWT域进行，使用提出的RDWT小波块结构，利用RDWT域的全相位子带信息提高运动补偿效率．在RDWT域形成预测数据后变换到空域得到预测帧和残差帧，对残差帕进行DWT变换，SPECK小波系数编码．实验表明提出自寺方法获得了较好的编码效率．     

基于离散傅里叶不变特性的人脸识别

给出了一种基于离散傅里叶不变特征的人脸识别方法，从连续傅里叶变换出发，讨论连续傅里叶变换情况下的傅里叶变换性质，给出离散傅里叶变换情况下的傅里叶变换性质。依据离散傅里叶变换性质，推导出离散傅里叶变换的不变特征，并将其用于人脸图像识别。人脸识别结果表明方法具有很好的识别能力。     

线性系统近似生存域的计算

研究了构造控制系统近似生存域的方法和线性系统的近似生存性条件. 基于集合的逼近法锥, 给出了凸紧集的过剩近似生存域表达式．在凸紧集边界上采样足够多个点的情况下, 此近似生存域可以逼近真实的生存域. 并研究了连续线性控制系统和离散线性控制系统在此近似生存域上的生存性, 将求生存控制器的问题转化为线性不等式组问题. 最后, 以悬挂点可以移动的钟摆模型和两类细菌数量变化模型为例说明了算法的有效性.     

Simulation of Analog Costas Loop Circuits

The analysis of stability and numerical simulation of Costas loop circuits for the high-frequency signals is a challenging task. The problem lies in the fact that it is necessary to observe very fast time scale of input signals and slow time scale of signal s phases simultaneously. To overcome this difficulty, it is possible to follow the classical ideas of Gardner and Viterbi to construct a mathematical model of Costas loop, in which only slow time change of signal s phases and frequencies is considered. Such an construction, in turn,requires the computation of phase detector characteristic, depending on the waveforms of the considered signals. In this paper, the problems of nonlinear analysis of Costas loops and the approaches to the simulation of the classical Costas loop, the quadrature phase shift keying(QPSK) Costas loop, and the two-phase Costas loop are discussed. The analytical method for the computation of phase detector characteristics of Costas loops is described.     

Linear quadratic networked control of uncertain polytopic systems

This paper investigates the problem of designing robust linear quadratic regulators for uncertain polytopic continuous‐time systems over networks subject to delays. The main contribution is to provide a procedure to determine a discrete‐time representation of the weighting matrices associated to the quadratic criterion and an accurate discretized model, in such a way that a robust state feedback gain computed in the discrete‐time domain assures a guaranteed quadratic cost to the closed‐loop continuous‐time system. The obtained discretized model has matrices with polynomial dependence on the uncertain parameters and an additive norm‐bounded term representing the approximation residual error. A strategy based on linear matrix inequality relaxations is proposed to synthesize, in the discrete‐time domain, a digital robust state feedback control law that stabilizes the original continuous‐time system assuring an upper bound to the quadratic cost of the closed‐loop system. The applicability of the proposed design method is illustrated through a numerical experiment. Copyright © 2015 John Wiley & Sons, Ltd.     

高动态条件下BPSK信号载波的同步算法

在诸如火箭、导弹等飞行器的数据传输中,不可避免遇到多普勒频移的影响,多普勒效应将导致收发信号之间频率发生偏移,高动态将产生很大的多普勒频移.并且还伴随不同的加速度,这都会影响载波的同步,通过对锁相环载波同步机理的分析,提出在全数字科斯塔斯环上、改变环路带宽法进行快速、高精度载波跟踪同步,在全数字环中,变带宽法具有结构简单,容易实现的特点,设计了全数字锁相环,进行了Matlab仿真,仿真结果说明该算法是可行的,能够适应高动态大频偏环境下,载波的快速、高精度跟踪.     

高级综合前的检查和转化

Talent2000中VHDL文件的编译中间结果用于综合和模拟,VHDL是面向模拟的语言,并不是所有的VHDL语句都可以综合,在一个实用化高级综合系统中,除了根据可综合子集检查VHDL源描述之外,还要求可综合VHDL描述具有一定的风格。在进行高级综合前,必须对VHDL文件编译的中间结果进行处理,包括语句可综合性检查、VHDL描述的可综合性风格检查、循环语句展开和子程序内联。该文给出了要求VHDL描述具有可综合性风格的原因,实现了面向高级综合的检查、循环语句的展开和子程序内联。     

Tutorial on dynamic analysis of the Costas loop

Costas loop is a classical phase-locked loop (PLL) based circuit for carrier recovery and signal demodulation. The PLL is an automatic control system that adjusts the phase of a local signal to match the phase of the input reference signal. This tutorial is devoted to the dynamic analysis of the Costas loop. In particular the acquisition process is analyzed. Acquisition is most conveniently described by a number of frequency and time parameters such as lock-in range, lock-in time, pull-in range, pull-in time, and hold-in range. While for the classical PLL equations all these parameters have been derived (many of them are approximations, some even crude approximations), this has not yet been carried out for the Costas loop. It is the aim of this analysis to close this gap. The paper starts with an overview on mathematical and physical models (exact and simplified) of the different variants of the Costas loop. Then equations for the above mentioned key parameters are derived. Finally, the lock-in range of the Costas loop for the case where a lead-lag filter is used for the loop filter is analyzed.     

大滞后系统数字内模控制器的设计及仿真研究

对于带有严重纯滞后的工业对象,目前的控制策略是史密斯预估控制,或者是内模控制,他们都要使用连续域的数学模型。而在目前的对象辨识中,辨识出来的对象往往是离散形式的数学模型,这就需要连续到离散模型的转换。在转换的过程中,难免会出现一些偏差,使得辨识出来本来就不是很精确的数学模型变得更加偏离实际系统,进而使得控制效果不尽理想。该文针对这种情况,提出一种基于离散对象模型的数字内模控制（DIMC）算法。该算法直接利用对象辨识给出的离散模型,导出离散的内模控制器,直接用于工业生产的计算机控制。仿真结果表明,该方法能克服被控对象参数变化和时滞变化对控制性能的影响,具有很强的鲁棒性能。     

一种基于DWT的自适应大容量音频水印算法

提出了一个自适应的音频水印嵌入算法。对音频载体和水印图像分别进行了离散小波变换和离散余弦变换，根据人类听觉系统的时域掩蔽效应选择嵌入点，在小波系数中的对应位置嵌入水印信号。嵌入水印后的音频信号觉察不出明显的变化，并且嵌入后的水印具有较高的鲁棒性。     

一种新的三维模型水印频域算法

从提高三维模型数字水印的鲁棒性和效率出发．提出一种新的频域水印算法。该算法利用网格拓扑结构．构建出目标顶点所处的局部几何空间．进而提取出适用于DCT变换的信息序列,修改频域系数嵌入水印：然后通过逆向DCT转回空域信号,修改目标顶点在局部几何空间中的位置得到含水印模型。算法实现简单．水印检测无需预处理．且能有效抵抗平移、旋转、缩放、剪切、网格简化等攻击。实验结果表明,该算法具有很好的鲁棒性、水印的不可感知性、水印检测高效准确的优势。