高性能单精度除法器的实现

在3D图像处理等对运算要求高的领域，高效除法器已成为处理器内必不可少的部件。在分析除法器设计的泰勒级数展开算法基础上，提出了一种新的除法器设计算法。在满足同样精度的情况下，所实现的三级流水线的除法器．与基于泰勒级数展开算法的除法器相比，面积更小，速度更快。     

基于泰勒级数展开的蜂窝TDOA定位新算法

在蜂窝移动通信系统中，TDOA（到达时间差）是目前最有发展潜力的无线定位技术。其中的泰勒级数展开算法因为具有精度高和顽健性强等特点在求解非线性定位方程组中得到了广泛的应用，但它对初始值有很强的依赖性。在此基础上，提出一种混合优化算法（HOA，hybrid optimizing algorithm）将泰勒级数展开算法和最速下降法有机结合，扬长避短，既继承了泰勒级数展开算法的精确性和顽健性，又具备最速下降法迭代前期收敛速率快，计算量小的优点。仿真结果表明HOA算法能显著提高传统的泰勒级数展开算法的定位精度和定位效率。     

浮点指数函数的设计与实现

设计了一种用于现代雷达系统的指数函数。设计中,浮点数格式均采用IEEE-754标准32位单精度表示[1]。采用Table-driven算法实现浮点指数函数的运算。为了简化硬件的实现并提高算法实现的精度,引入了CORDIC算法。基于这两种算法结构,提出一种改进结构。采用Verilog语言描述,通过ModelSim6.5b进行仿真,结果表明,在一定的数据范围内,改进后指数函数运算结果的相对误差是传统方法的40%。在TMSC 65nm工艺下综合,频率达到483MHz,满足系统的工作频率要求。     

一种用于图像超分辨的实时高精度像素内配准方法

在超分辨图像复原处理中,像素内的配准精度、速度是超分辨图像最终实现的实时性和高质量的关键因素。传统的利用泰勒级数展开像素内配准方法实时性较差;分级少的块匹配配准精度相对较低。该文提出一种基于分段双三次多项式拟合的分级块匹配像素内配准技术,在算法复杂度低的同时保证了配准精度,并在文中给出了实验统计结果。     

基于Parallel_CORDIC的高精度高速度直接数字频率合成器的FPGA实现

本文提出了一种直接数字频率合成器（DDFS）的设计,以Parallel_CORDIC（COrdinate Rotation Digital Computer）算法模块替代传统的查找表方式,实现了相位与幅度的一一对应,输出相位完全正交的正余弦波形;同时应用旋转角度预测及4：2的进位保存加法器（CSA）技术,将速度比传统CORDIC算法提高41.7%,精度提高到10^-4.最后以Xilinx的FPGA硬件实现整个设计.     

激光频率标准

以分子吸收线作基准对激光频率(波长)进行稳定，稳定度很快就突破大关， 1973年达到了10^-12量极的水平。其后，这工作在美、苏、日、德、英、法等国展开，均确切地获得了10^-12~10^-13的稳定度，并尝试向10^-14目标进军。     

SAR回波模拟中回波信号多普勒相位计算方法在FPGA上的实现

多普勒相位作为被测目标信息获取的重要来源,其计算精度成为基于FPGA实现合成孔径雷达实时回波模拟技术的关键要素。本文针对多普勒相位计算过程中存在的数值开方运算以及FPGA中专用开方器件的缺失性问题,在保证原始数据的仿真精度以及满足大位宽数据的仿真需求基础下,以Xilinx Virtex6 sx315t为硬件平台,使用两种FPGA常用的近似方法----泰勒级数展开和CORDIC算法,对于多普勒相位的定点求解进行了程序设计与实现,并将仿真结果与MATLAB双精度数据进行对比,验证了精度的有效性。      

基于腔损耗扫描寻优的光腔衰荡高反射率测量

针对目前腔失调参数与腔损耗之间的映射关系并不明确，调腔过程中腔相对失调量亦不明晰等问题，提出一种基于腔失调参数扫描的腔损耗寻优调腔方法。该方法通过腔镜倾斜调节量的扫描寻优，以光腔衰荡时间为判据寻找初始腔和测试腔相对失调优化的腔状态。实验结果表明：通过该方法，对同一高反射率待测样片6次实验测量结果的测量重复性精度相比传统方法由1.26×10^-4提高到约9.83×10^-6，测量重复性峰谷值由3.25×10^-4提高到2.7×10^-5，测量结果更稳定，表明该方法能获得腔参数相对失调更小的调腔状态，为在初始腔反射率较低的光腔衰荡测量系统中抑制衰荡腔相对失调提供了一种解决方案。     

蝶形纳米天线调控的超高品质光子-等离激元混合微腔

具有超高品质因子的光学微腔是构造各种集成光子器件的重要组件，以光子晶体微腔为基础的混合微腔为实现强烈的光和物质相互作用提供了一个新颖的平台，在腔量子电动力学、集成单光子源、量子计算等方面都具有十分广阔的应用前景。本文基于双异质结构光子晶体微腔，结合蝶形金纳米天线等离激元结构，设计实现了一种可见光波段的新型光子-等离激元混合微腔，并通过改变蝶形金纳米天线的间隙、角度、长度、厚度、相对位置等结构参数，利用三维时域有限差分法研究了等离激元纳米结构对混合腔的品质因子、有效模式体积、品质因数的调控规律，模拟结果显示，混合腔的有效模式体积和品质因数分别始终稳定在10^-6(λ/n)³和10⁸(λ/n)^-3数量级，最佳品质因数值可达5.730689×10⁸(λ/n)^-3，优于其他类型的微腔。     

稳定分布的两段曲线逼近算法

针对描述通信信道中存在的非高斯、重拖尾脉冲噪声的对称α稳定(SαS)分布模型,其概率密度函数不存在解析表达式,在信号检测和信道迭代译码等应用场合不易分析和处理的问题,提出了一种以3倍散度为界的两段曲线逼近算法。首先,确定两段曲线的分界点;其次,在3倍散度之外,确定了前3项级数来逼近;最后,在3倍散度之内,构造了一个简洁的双参数指数函数,并用泰勒级数展开的方法确定指数函数中的2个参数。所提出的两段曲线逼近法避免了已有级数逼近法中存在的级数项项数的选择问题和级数发散的问题。数值计算结果表明,与传统的柯西高斯混合逼近算法相比,提出的逼近算法更接近真实的SαS分布。     

基于CORDIC的精确快速幅相解算方法

针对传统CORDIC算法进行高精度幅度相位解算时迭代次数过多、时延较长、相位收敛较慢等局限,提出了一种基于最佳一致逼近方法的幅度与相位补偿算法,即利用传统CORDIC算法迭代一定次数后得到的向量信息,采用最佳一致逼近方法对幅度和相位分区间进行一阶多项式补偿,有效提高了计算精度.仿真及实测结果表明,对传统CORDIC算法4次迭代后的结果进行补偿,幅度相对误差可达到10^-5量级、相位绝对误差可达到10^-5度量级,最大输出时延不大于100ns.在使用部分专用乘法器的条件下,寄存器消耗降低了42.5%,查找表消耗降低了15.5%.采用该补偿算法,每多一次CORDIC迭代其相位精度可提高约一个数量级.因此,本文提出的补偿CORDIC算法在迭代次数、计算精度等方面优于传统CORDIC算法,适合于高精度计算的场合.     

TITO系统前馈解耦补偿器含有超前环节的近似处理方法

用前馈补偿法对双输入双输出系统（TITO）时滞系统进行解耦,有些系统的补偿器往往会含有超前环节,无法用器件实现。针对这一问题,该文提出了一种近似方法：把超前环节展开成泰勒级数,根据精度要求取前几项。该文通过Simulink软件对实例进行了仿真分析,证实了用这种方法设计的补偿器非常简单,能很好地实现解耦。这种近似的补偿器也可以用硬件和软件实现,所以这种方法是有实用价值的解耦法。     

基于泰勒级数展开信号分辨算法的FPGA设计与实现

为了从硬件实现角度研究信号检测与分辨算法,提出了基于泰勒级数展开信号分辨算法的FPGA设计方案。在分析算法在理想脉冲情况下性能的基础上,针对扩频信号情况提出相应的改进,然后给出具体FPGA实现,结合静态时序分析进一步优化。最后通过仿真与上板实测,验证了该方案的可行性,算法最高可跑在150MHz频率下,具有良好的速度性能。实验结果表明,该方案满足设计需求,为其他算法的硬件实现提供了参考。     

基于电流体动力学喷印法的胶体量子点MEMS气体传感器性能

针对传统的成膜工艺无法实现在百微米级并且结构悬空的微电子机械系统(MEMS)基板上实现气敏薄膜制备的问题,利用电流体动力学(EHD)喷印技术结合氧化钨(WO₃)胶体量子点进行气敏薄膜的无掩模沉积。考虑MEMS基板对沉积精度和工艺条件要求较高,因此首先基于EHD理论建立EHD喷印的数值模型,模拟锥射流形成过程以及电压、油墨属性等因素对锥射流稳定性的影响,并采用实验进行对比分析,验证仿真的有效性并制备出符合喷印的墨水,后采用EHD喷印制备MEMS气体传感器。实验结果表明,利用EHD喷印方法制备的WO₃气体传感器的薄膜致密均匀,在150℃下功耗仅20 mW,对体积分数5×10^-6 NO₂的响应值约为10,能实现体积分数5×10^-7～1×10^-5的NO₂检测,检测下限低至1.6×10^-7,具有优异的气敏性能。     

640×512帧转移EMCCD相机时序设计

为了实现640×512分辨率的EMCCD(Electron-Multiplying CCD)在1×10^-3 lx照度条件下25fps连续动态成像，设计了对应的相机。搭建了相机硬件平台，分析了EMCCD工作时序、AFE工作时序、BT.656编码和Camera Link编码时序。利用硬件描述语言在FPGA中产生了相应的驱动时序。实现了EMCCD曝光和读出控制，AFE相关双采样和光学暗电平钳位，模拟视频信号逐行变隔行和插值拉伸以及Camera Link协议的并串转换。通过实际测量和分析，相机在模拟夜天光1×10^-3 lx照度，EMCCD增益1000倍，镜头焦距25 mm,F1.4的条件下，能同时输出模拟视频和数字视频，成像帧率25 fps，信噪比21.8 d B。     

基于ADSP-21262的数字压限器设计

对数字压限器压限过程中计算音频信号有效值的加窗宽度进行了分析,提出了用分段法和泰勒级数展开相结合的算法计算压限系数,从而将压限误差控制在0.6 dB之内.基于压限算法的理论分析,利用通用DSP处理器ADSP-21262设计数字压限器,给出了硬件设计框图及其设计原理,测试表明样机性能与理论设计一致.     

基于改进Shuffle-RetinaNet的红外车辆检测算法

针对当前红外场景下多尺度车辆检测精度欠佳且算法模型复杂度高的问题，提出了基于Shuffle-RetinaNet的红外车辆检测算法。该算法以RetinaNet网络为基础，并选用ShuffleNetV2作为特征提取网络。提出双分支注意力模块，通过双分支结构和自适应融合方法增强网络对红外图像中目标关键特征的提取能力；优化特征融合网络，集成双向交叉尺度连接和快速归一化融合，增强目标多尺度特征的表达能力；设置校准因子增强分类和回归之间的任务交互，提高目标分类和定位的准确性。该算法在自建红外车辆数据集上的检测精度达到92.9%，参数量为11.74×10⁶，浮点计算量为24.35×10⁹，同时在公开红外数据集FLIR ADAS上也展现出较好的检测性能。实验结果表明：该算法具有较高的检测精度，且模型复杂度低，在红外车辆检测领域具有较高的应用价值。     

单精度浮点数FFT的FPGA实现

文中首先讨论了多种FFT算法及其基本原理,实现了基2频率抽取算法,采用单蝶形顺序处理的结构实现单精度浮点数FFT处理器。根据自顶向下的设计思想,将整个设计划分为6个子模块,分别对子模块进行设计,最后组合成FFT处理器。然后,文中介绍了浮点数加法器和浮点数乘法器的硬件实现,在其中引入流水线,大大提高了数据吞吐量,提高处理速度。在中间结果缓存单元的设计中,调用Altera IP Core中的三口RAM,能够同时读写数据,大大节省了运算时间。最后对FFT处理器进行了功能仿真和时序仿真,做了详尽的分析测试。结果表明,单精度浮点数FFT处理器达到了较高的运算精度,可稳定运行在62.5MHz,完成一次256点浮点数复数FFT运算需要33.056μs。与DSP和单片机实现的FFT相比,在性能上具有一定优势。     

一种TIADC时间失配误差自适应校准算法

设计了一种TIADC时间失配误差自适应校准算法。基于相邻通道信号互相关原理,将相邻通道的输出信号作相关运算,利用简单的乘法器、加法器和取绝对值即可实现时间误差的估计;利用基于泰勒级数展开的1阶级联误差补偿方法进行误差校正。误差估计模块和校准模块构成反馈环路,实现误差的实时跟踪与校正。MATLAB仿真结果表明,当输入信号归一化频率为fin/fis=0.477 1时,系统校准后的SNR提高了45 dB以上,校准效果明显。相比于传统的基于泰勒级数展开的高阶校准,本文校准算法的结构更简单,校准精度更高,整个奈奎斯特频率范围内均有较好的校准效果,非常适用于工程应用。     

LTE中PUSCH发射功率的一种优化方法

本文从LTE PUSCH的功率计算公式出发,研究指数运算和对数运算的泰勒级数展开算法,并研究在保持较高精度的情况下,最大限度地降低运算时间开销的算法实现方案,给出算法仿真性能,并对结果进行分析。