中国工程论文网
代写工程论文
当前位置:工程论文网 > 通信工程论文 > 基于ARM Cortex-A8的相关辨识接收机通信设计与实现

基于ARM Cortex-A8的相关辨识接收机通信设计与实现

时间:2018-11-30 20:18来源:www.e-lunwen.com 作者:lgg 点击:
本文是一篇通信工程论文,信号处理是通信工程中一个重要环节,其包括过滤,编码和解码等。毕业后可从事无线通信、电视、大规模集成电路、智能仪器及应用电子技术领域的研究,
本文是一篇通信工程论文,信号处理是通信工程中一个重要环节,其包括过滤,编码和解码等。毕业后可从事无线通信、电视、大规模集成电路、智能仪器及应用电子技术领域的研究,设计和通信工程的研究、设计、技术引进和技术开发工作。(以上内容来自百度百科)今天为大家推荐一篇通信工程论文,供大家参考。
 
1 引言
 
1.1 课题的研究背景与意义
近些年,我国社会经济高速发展,各个行业对矿产资源的消耗也随之增加,因此需要不断使用新的方法探索新的矿产资源。电法勘探是固体矿产探测领域一个重要的分支方法。电法勘探常用的方法包括:激发极化法、频谱激电法、瞬变电磁法、可控源音频大地电磁法和探地雷达等(李金铭,1996)。随着科学技术的不断发展,电法勘探在理论、技术和仪器设备上都有了很大提高,在固体矿产探测等领域发挥着不可替代的作用(金中国,2002;底青云,2002)。野外勘探过程中自然环境存在的电磁干扰愈来愈强,强干扰环境下原有的抗噪方法在信号采集和处理的过程中已经不能获得高信噪比的信号。针对上述情况,通信领域中被用于扩频和加密的伪随机 m 序列被引于电法勘探中,即将伪随机m 序列作为发送序列,将接收机接收到的信号做相关计算,从计算结果中提取有用的信号或参数,在抑制干扰和提高勘探效率等方面取得了不错的效果。伪随机信号用于系统辨识最早由李白男提出,李白男等(1979a,1979b)根据系统辨识原理研制了多功能伪随机信号相关仪以及用于冷轧机控制系统,取得了很好的辨识效果。此后,基于伪随机信号的相关辨识方法和电法勘探相结合,并且近些年相关辨识激电法在不断发展。李梅等(2008)提出将伪随机信号和相关辨识法结合应用于电法勘探,随后李梅教授在其博士论文中详细论述了这种方法可行性和具体过程。随着伪随机相关辨识法的应用,基于伪随机的电法接收机也开始备受关注。李梅教授在其博士论文中简单论述了采用相关辨识法的发送机和接收机的设计与使用,并在其以后的项目中不断发展相关辨识理论。
........
 
1.2 课题的国内外研究现状
伪随机信号和电法勘探相结合的思路在国外出现较早。加拿大的 Duncan 等(1980)将伪随机 m 序列应用到电法勘探中,用于探测层状目标体,但是缺乏后续的文献和进展;此后,Ziolkowskietal (2007,2010,2011)和 Hobbset al(2006)将伪随机 m 序列应用于 MTEM 方法中,但是其使用的是反卷积的处理方法,不是相关辨识法。除此之外,国外还有很多研究人员在研究伪随机相关辨识法及相应的电法仪(Larose,2006;Zepernick,2013)。相比于国外,国内的研究也在迅速发展。赵璧如等(2006)在地电阻率测量中使用了 CDMA 技术,成功研制了 PS100 型大地电测仪系统,利用的就是相关分析的思想,但是其使用的方法只用到了零频处的幅值;陈儒军等(2003)在 2003年研制了 WDD–2 伪随机多频电法接收机,但是其使用的是伪随机多频信号,即2n系列伪随机信号(何继善,1998),而不是相关辨识法使用的伪随机 m 序列;汤井田等(2008)伪随机电磁法使用逆重复 m 序列作为发送信号,采用的是相关辨识的思想,论证了相关辨识电磁法采用逆重复 m 序列的优势;李梅在其博士论文中详细论述了相关辨识法在电法勘探中的可行性,并分析了地下简单激电系统的辨识过程,同时还介绍了地电系统相关探测方法以及伪随机序列的参数选择、仪器设计等内容,从理论和方法上奠定了相关辨识法应用于电法勘探的基础;罗先中等(2011,2014)研制了抗干扰编码电法仪,采用的也是相关辨识法和伪随机序列,从实践上验证了相关辨识法的可行性;罗延钟等(2015,2016)研制了基于伪随机信号的电法仪器,指出了应用中算法的问题,并推出了伪随机信号系统辨识的“第二方案”,证明了该方案应用于电法勘探的正确性和可行性,还以该方案为基础成功研制了 AbolloIP 激电仪;陈驰(2016)设计并实现了用于电法勘探数据采集的接收机,采用的是 STM32、DSP 和 FPGA 的多核心设计方案,但是其论文最后没有做对伪随机信号的采集测试;除此之外,还有很多研究人员在研究伪随机信号、相关辨识方法和相关仪器的设计和制作(罗维斌,2007;李飞,2007;刘义国,2010;黄金峰,2011;张怀,2014;淳少恒,2014;王显祥,2016)。
..........
 
2 相关辨识原理
 
2.1 伪随机序列
伪随机序列是一种可以预先确定且满足随机特性的序列。伪随机序列最开始应用于通信领域调制信号,用来提高信号的可靠性并对信号加密。常用的伪随机序列包括 m 序列、Gold 序列和 Walsh 序列等。以伪随机 m 序列为例,图 2-1 为伪随机信号的示意图,伪随机信号可以由移位寄存器和模 2 相加器生成。伪随机信号具有很好的自相关特性,其自相关函数表现为三角脉冲的形式,如图 2-2 所示,在系统辨识领域可以利用该特性相对容易地得到待测系统的冲激响应,该特性是系统辨识领域使用伪随机信号的一个主要原因。
.........
 
2.2 相关辨识法
相关辨识法是将伪随机信号作为待测系统的输入信号,计算输入、输出信号的自相关和互相关函数以获得待测系统的冲激响应的一种辨识方法。在辨识环境存在随机噪声时,相关辨识法可以获得较好的辨识效果,并且已经成为一种成熟的系统辨识方法。相关辨识法的基本框图如图 2-3 所示,输入信号 x(t)和输出信号 z(t)为已知量,x(t)的自相关、x(t)和 z(t)的互相关函数可以计算得到,进而可以计算两个相关函数傅里叶变换后的函数,即可得到待测系统的频谱,对待测系统的频谱进行反傅里叶变换可以得到其冲激响应,根据冲激响应可以获得其他需要的参数。
.........
 
3 相关辨识接收机的硬件设计........... 9
3.1 接收机整体硬件结构.... 9
3.2 硬件设计关键问题分析.......... 10
3.3 接收机主控部分硬件设计........ 11
3.3.1 主控部分硬件设计方案分析........... 11
3.3.2 存储接口硬件设计.......... 16
3.3.3 通信接口硬件设计.......... 18
3.3.4 显示接口硬件设计.......... 22
3.3.5 GPIO 接口硬件设计 ......... 23
3.4 接收机其他部分硬件设计........ 25
3.5 本章小结.... 284 相关辨识接收机的软件设计.......... 29
4.1 接收机软件整体结构............ 29
4.2 软件设计关键问题分析.......... 30
4.3 接收机嵌入式 Linux 系统移植.... 31
4.4 接收机 Qt 采集程序设计与实现............ 32
4.5 本章小结.... 45
5 相关辨识接收机的实验测试.......... 46
5.1 接收机测试........... 46
5.2 接收机电路实验....... 49
5.3 接收机水槽实验....... 51
5.4 接收机性能参数....... 55
5.5 本章小结.... 56
 
5 相关辨识接收机的实验测试
 
相关辨识接收机硬件和软件设计与实现完成后,需要通过实现来验证其可靠性和稳定性。本文在实验测试环节,通过采集信号发生器生成的正弦波信号、电路实验和水槽实验测试了接收机的性能。下面将对这三个实验测试进行详细介绍。
 
5.1 接收机测试
相关辨识接收机软、硬件调试完成后,首先对采集基本的正弦信号做了测试,以验证接收机可以正确采集信号。正弦信号由信号发生器生成。接收机四个通道的设计完全相同,使用的电阻和 PCB 走线可能会对每个通道的采集结果产生影响,但是影响程度很小,所以这里只选择一个通道的采集测试结果作详细说明。因为接收机硬件本身存在一定的噪声,所以测试接收机之前,首先对接收机进行了校准。校准后,在实验室环境下,接收机输入端悬空,测得的绝大部分采集点电压绝对值在 1mV 以下,即可以认为接收机硬件对采集结果造成的误差小于 1mV。虽然对接收机采集进行了校准,但是不能避免环境中的噪声对采集造成的干扰。接收机采集的信号主要集中在低频区域且信号输入模块使用的低通滤波器,因此选用的测试信号为低频正弦信号,采用正弦信号是为了保证输入的信号不会因为滤波器的影响产生失真。生成的三种正弦信号的频率和峰峰值如表5-1所示。
..............
 
总结
 
理论方法和硬件技术的发展,为电法勘探提供了新的技术路线。相关辨识作为一种相对较新的勘探方法,将通信领域的信号处理方法应用到电法勘探中,提高了工作效率和勘探的准确性。同时,相关辨识方法的发展对勘探硬件设备提出了较高的要求,一方面,硬件设备需要更加轻便、易携带、易操作,另一方面还要具备强大的处理和控制性能。本文设计和实现了针对相关辨识方法的接收机,硬件上使用了控制和浮点处理性能强大的 ARM Cortex – A 系列的高级处理器 AM3358,软件上移植了人机交互友好、开发方便的嵌入式 Linux 高级操作系统,硬件和软件结合可以满足相关辨识方法对接收机的控制和计算要求。论文设计和实现了相关辨识接收机的硬件,包括主控部分和其他部分的硬件设计,其中主控部分使用了 ARM Cortex – A 架构的高级处理器 AM3358 单芯片结构。硬件上,AM3358 主频高达 1GHz,且具有丰富的外设接口,可以进行浮点运算,主要完成控制、存储和计算功能,软件上 AM3358 支持高级操作系统,使用更加方便,更符合目前的发展趋势。其他部分硬件包括电源、模拟输入处理、ADC 和 GPS 模块,配合主控部分完成其任务。论文还设计和实现了相关辨识接收机的软件,包括嵌入式 Linux 系统移植和Qt 采集程序编写。软件整体结构简单描述了软件的层次关系;嵌入式 Linux 系统移植详细说明了移植前的准备工作,主要是内核裁剪,涉及 SPI、UART 和 GPIO等接口的驱动修改,以符合接收机硬件设计的需求;Qt 采集程序为上层应用程序,裁剪后的嵌入式 Linux 系统为底层管理平台,完成对接收机硬件的控制与管理。
..........
参考文献(略)
(责任编辑:gufeng)
顶一下
(0)
0%
踩一下
(0)
0%
------分隔线----------------------------
发表评论
请自觉遵守互联网相关的政策法规,严禁发布色情、暴力、反动的言论。
评价:
栏目列表
点击提交代写需求
点击提交代写需求
点击提交代写需求
推荐内容