分数倍抽样率转换器的时变网络结构及其FPGA实现

提出了分数倍抽样率转换器的高效时变网络结构的设计方法,并用现场可编程门阵列（FPGA）实现.通过对分数倍抽样率转换器的多相结构与时变网络结构的比较,指出在实现分数倍抽样率转换器时,时变网络结构克服了分数延迟的问题,结构简单;整个设计采用并行工作方式以提高系统的运算速度;采用低抽样率下进行滤波运算,从而大大降低了运算量.以I/D=256/1 023倍抽样率转换器为例,用FPGA XC2V250-5来实现时变网络结构的设计,芯片利用率为61%,最高工作频率可达92.225 MHz.     

并行格型结构实现——一维块时间递归实值离散Gabor变换

为了有效和快速地计算实值离散Gabor变换,本文提出了在临界抽样条件下,一维块时间递归实值离散Gabor变换系数求解算法和由变换系数重建原信号算法,并研究了并行格型结构实现这两种算法的方法。     

离散小波变换与理想重建的FPGA实现

离散小波变换的硬件设计逐渐成为信号处理中的关键技术。本文提出了一种一维离散小波变换及理想重建的硬件结构,用分频器代替专门的二抽样模块,避免了滤波单元的冗余操作,用移位寄存器代替了实现卷积所需要的乘法器,提高了工作频率。实验表明本结构不仅能产生高质量的重建信号,而且占用资源少,规则化模块设计也使其容易推及至多级小波变换。     

基于多抽样率滤波实现离散Gabor展开与变换的快速并行算法

Gabor变换在信号处理领域一直被认为是一十分有用的时频分析工具,却因Gabor变换算法的高计算复杂性而限制了其实时应用.本文基于多抽样率滤波原理,设计了分析和综合滤波器组分别用于实现离散Gabor变换与展开,从而提出了全新的离散Gabor展开与变换快速并行算法.所设计的分析和综合滤波器组中的每一并行通道具有一致的结构并能够利用快速Fourier变换(FFT)及其逆变换(IFFT)减小计算量.每一并行通道计算复杂性非常小,只取决于输入离散信号的长度及Gabor频率抽样点数,并且每一并行通道计算复杂性不会随Gabor变换过抽样率增加而增大.本文对所提出的并行算法的计算复杂性进行了分析并与目前主要的离散Gabor展开与变换并行算法进行了比较,结果表明所提出基于多抽样率滤波实现离散Gabor展开与变换的并行算法对实时信号处理十分有利.     

块时间递归离散Gabor变换的并行格型结构实现方法

虽然Gabor变换在语音与图象处理、雷达、声纳、振动信号的处理与理解等很多领域被认为是非常有用的方法,然而实时应用却因其很高的计算复杂性而受到限制。为了有效地和快速地计算离散Gabor变换,论文提出了在临界抽样条件下和在过抽样条件下,一维离散Gabor变换系数求解的块时间递归算法以及由变换系数重建原信号的块时间递归算法,研究了两算法使用并行格型结构的实现方法,并讨论和比较了算法的计算复杂性和优越性。     

LCC谐振变换器的优化设计与实现

LCC谐振变换器是电除尘高频高压电源的核心器件,十分适用于高压大功率场合,针对连续模式应用于电除尘高频高压电源的不足,采用LCC谐振变换器断续模式进行优化设计。分析了带RC负载的LCC谐振变换器断续模式(简称DCM)的工作原理及拓扑结构,采用状态空间法推导了其数学模型,研究并建立了新颖的LCC谐振变换器断续模式下的损耗模型。在此基础上提出了一种基于遗传粒子群算法的LCC谐振变换器优化设计方法,该方法直观并且准确,实现了软开关技术,提高了电源的工作效率。并在现场通过一台72KV/85KW的电除尘高频高压电源样机验证了本文的正确性。     

基于不确定参数的双重有源桥变换器优化控制

针对双重有源桥变换器控制中的参数不确定性问题,提出了一种优化闭环控制方法。其中,对双重有源桥变换器进行了平均小信号建模,并获得了变换器的多面体模型,利用线性矩阵不等式方法计算出了满足约束条件的反馈参数,并将负载电流反馈引入控制环,得到了优化的混合控制系统结构。仿真结果表明了控制方法能够在参数不确定时保持系统稳定性,并增强了负载阶跃响应。     

p+Si/Au热电堆式气体流量传感器一维模型及其应用

为了优化热电堆式气体流量传感器的结构参数使其灵敏度达到最佳,建立了一个一维数学模型,此模型能够快速反映当器件关键尺寸变化时传感器输出电压的变化,有限元仿真软件结果证实了此一维模型的有效性。并利用此模型对一系列器件关键参数进行仿真分析,结合工艺参数得到了一个最优化的器件尺寸。根据这一尺寸制造了一个p+Si/Au热电堆式气体流量传感器以进一步验证一维模型。测试得到的传感器归一化灵敏度为481 [mV/(m/s)]/W。此参数比之前的工作高出数倍。此外,测试所得的输出电压曲线与一维模型仿真的曲线一致性也较好,进一步证明了这一一维模型的正确性。     

DC/DC变换器动态特性预测

在DC/DC变换器优化动态特性的研究中,关键决定于主电路控制系统结构和参数.DC/DC变换器通过终端特性实现能量的传递;而DC/DC变换器动态特性不仅与输入输出状态相关,也与本身的终端特性相关.由于在DC/DC变换器超载情况下,终端特性具有线性特性,理论上可以参考线性系统理论,对DC/DC变换器的各个终端特性做阶跃响应,可预测相应的动态特性.为了验证上述方法的正确性与可行性,设计合适的DC/DC变换器,根据小信号模型,推导出终端特性,然后利用终端特性预测动态特性,最后再在saber仿真平台搭建相应DC/DC变换器仿真动态特性,并与预测结果相比较.结果表明改进方法正确可行.     

开关DC_DC变换器双斜坡补偿技术设计

讨论了一种采用双斜坡补偿技术的峰值电流模式控制PWM升压型DC_DC变换器结构,利用双斜坡信号差模输入方法有效消除了单斜坡补偿技术中存在的电路干扰对斜坡信号斜率造成的误差。利用一个求和比较器电路同时实现了电压和电流的双环反馈以及双斜坡补偿,提高了变换器的瞬态响应速度。     

分数抽样率变换中线性相位FIR滤波器多相分解的对称性研究

为提高分数抽样率变换系统的计算效率, 在讨论其滤波器多相分解结构的基础上, 利用线性相位FIR滤波器的系数对称性, 构造多相分解系数的中心对称矩阵, 推导出适用于任意分数抽样率和任意滤波器阶数的高效实现方法, 并给出所需乘法与加法运算量的计算公式. 测试结果表明, 与直接计算相比, 采用本文方法可减少50%乘法运算和30%加法运算, 计算效率显著提高.     

一种宽带VLBI数字基带转换器设计

VLBI(very long baseline interferometry)即甚长基线干涉测量,是目前精度最高的射电观测手段。为了解决对硬件处理速度要求过高的问题,设计了一种基于并行下变频的宽带VLBI数字基带转换器,将并行处理与多相滤波相结合,可大大降低对处理速度的要求,缓解硬件压力,有助于解决数字信号处理的瓶颈问题。仿真结果表明,该宽带VLBI数字基带转换器成功实现了对数字中频信号的下变频、滤波抽取等功能,同时数据率大大降低,可实现宽带接收处理,也有助于信号的实时处理。     

Fractional Fourier domain analysis of decimation and interpolation

The sampling rate conversion is always used in order to decrease computational amount and storage load in a system. The fractional Fourier transform (FRFT) is a powerful tool for the analysis of nonstationary signals, especially, chirp-like signal. Thus, it has become an active area in the signal processing community, with many applications of radar, communication, electronic warfare, and information security. Therefore, it is necessary for us to generalize the theorem for Fourier domain analysis of decimation and interpolation. Firstly, this paper defines the digital fre- quency in the fractional Fourier domain (FRFD) through the sampling theorems with FRFT. Secondly, FRFD analysis of decimation and interpolation is proposed in this paper with digital frequency in FRFD followed by the studies of interpolation filter and decimation filter in FRFD. Using these results, FRFD analysis of the sam- pling rate conversion by a rational factor is illustrated. The noble identities of decimation and interpolation in FRFD are then deduced using previous results and the fractional convolution theorem. The proposed theorems in this study are the bases for the generalizations of the multirate signal processing in FRFD, which can advance the filter banks theorems in FRFD. Finally, the theorems introduced in this paper are validated by simulations.     

取邻抽取任意倍数采样率变换算法性能研究

定量分析了取邻抽取任意倍数采样率变换算法的取邻误差.首先基于分数倍采样率变换结构,从取邻抽取的角度阐述了软件无线电中的任意倍数采样率变换算法,推导了其实现结构和计算量.在此基础上,详细地定量分析了取邻误差,将取邻抽取的影响等价为信噪比的降低,并以此为指导选取算法参数.结果表明,这种取邻抽取任意倍数采样率变换算法具有通用性和高效性的优势,通用性表现为以统一的算法结构来实现任意倍数的采样率变换,高效性表现为在同样性能要求下其计算量与传统方法相当.     

数字信道化高效结构设计及FPGA实现

针对宽带接收机中处理多个同时到达信号时的逻辑资源消耗大、实时性差、配置不灵活等问题，从多相滤波和采样率等价交换原理出发，对接收机前端信道化过程开展研究。提出了包含移位抽取模块、多相滤波模块和全并行快速傅里叶变换(FFT)模块的数字信道化高效实现结构；利用基于现场可编程门阵列(FPGA)的硬件描述语言实现了该高效结构。最后，给出了仿真验证和在线测试的结果，验证了该高效结构实现方式合理。在满足宽带接收机处理多个同步到达信号的同时，有效提高了处理速率，降低了资源消耗，为后续基带信号处理预留了更多的硬件资源。     

高速四相时钟电路设计

基于IHP 130 nm SiGe BiCMOS工艺,设计了一个由基于RC网络相移特性的polyphase移相器和差分时钟缓冲器组成的2 GHz四相时钟电路.因单阶polyphase带宽不足而设计了三阶polyphase级联提高带宽.采用HBT(heterojuntion bipolar transistor)差分时钟缓冲取代MOS(metal oxide semiconductor)单端时钟缓冲,实现更高时钟频率的同时,差分结构也能有效抑制流入采样电容的时钟信号馈通.各模块版图设计均采用高度对称结构来消除相位误差.仿真结果表明,差分输入2 GHz正弦波时,可输出4路相位相差90°方波时钟信号,时钟上升时间约15 ps,4路时钟相位误差小于2.2°,应用到4通道采样保持电路后可成功采样和保持8 GHz正弦输入信号.     

基于FPGA的多相数字基带转换器设计与实现

介绍了深空测控系统中数字基带转换器的原理及作用.在研究△DOR对航天器跟踪测轨原理的基础上,根据其信号频谱特征选择围绕多相信道化滤波器组来设计数字基带转换器.算法实现过程中,利用实信号谱以π为周期互为镜像的特点解决了接收信道存在盲区的问题.硬件实现前在Matlab环境下对算法进行验证.仿真正确后利用DSP Builde...     

基于多子带信号采样和小波变换的宽带频谱感知*

在GHz级宽带信号频谱感知中,如果直接采样此宽带信号,其所需采样速率太高,超过现有的模数转换器指标;确切估计出主信号所占频段,可以进一步提高频谱利用率;因此本文基于调制宽带转换系统（MWC）,提出一种基于多子带信号采样和小波变换的宽带频谱感知方法。首先利用MWC实现宽带信号的低速率采样,得到子带信号;然后提出一种噪声功率及检测门限估计方法,再利用能量检测法实现对非噪声子带的频谱感知;最后利用小波变换对信号子带进行频谱边缘检测,以确定主用户信号占用频段的确切位置信息。仿真结果验证了本文所提出的宽带频谱感知方法的可行性和有效性。     

Polyphase filtering with variable mapping rule in protein coding region prediction

Genomic researches are concerned with the study of genomes of organisms. It has become a challenge to the researchers to identify the segments within the DNA sequence that involved in protein synthesis and called coding region of gene. The methods are generally used to identify the segment that relies on period-3 property of genes. This period-3 property easily can be identified by digital signal processing with great accuracy. Prior to DSP application in gene prediction a conversion rule is required which converts symbolic DNA (ATCGTC…) sequence into numerical representations. Accuracy of gene prediction depends on mapping rule. The effectiveness of mapping rule depends on the application area of genomics. Some mapping rule works well in gene prediction may not performed good in genetic disease prediction. Most of the available conversion rules are fixed mapping technique. In this paper a new conversion rule is proposed prior to DSP application and a polyphase filter is used to suppress the noise in the DNA spectrum. The performance of the proposed mapping is compared with existing mapping and also the performance of the polyphase filtering method is compared with existing filtering methods in terms of signal to noise ratio (SNR) and location accuracy.