基于FPGA的自适应频谱分析算法的软件设计.pdf

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专业硕士学位论文
(工程硕士)
基于 FPGA 的自适应频谱分析算法的软件设计





硕士研究生:刘丹丹
指导教师:王大成副教授
学位级别:工程硕士
工程领域:电子与通信工程
所在单位:水声工程学院
论文提交日期:2013 年 5 月 24 日
论文答辩日期:2013 年 6 月 20 日
学位授予单位:哈尔滨工程大学
Classified Index:
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A Dissertation for the Professional Degree of Master
(Master of Engineering)

The Software Design of Adaptive Spectrum
Analysis Algorithm Based on FPGA





Candidate : Liu Dandan
Supervisor : Associate Prof. Wang Dacheng
Academic Degree Applied for : Master of Engineering
Engineering Field : Electronics munication Engineering
Date of Submission : May 24,2013
Date of Oral Examination : June 20,2013
University : Harbin Engineering University
哈尔滨工程大学
学位论文原创性声明
本人郑重声明:本论文的所有工作,是在导师的指导下由作者本人独立完成的。
有关观点、方法、数据和文献的引用已在文中指出,并与参考文献相对应。除文中已
注明引用的内容外,本论文不包含任何其他个人或集体已经公开发表的作品成果。对
本文的研究做出重要贡献的个人和集体,均已在文中以明确方式标明。本人完全意识
到本声明的法律结果由本人承担。

作者(签字):
日期: 年月日


哈尔滨工程大学
学位论文授权使用声明
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明作者第一署名单位为哈尔滨工程大学。涉密学位论文待解密后适用本声明。
本论文(□在授予学位后即可□在授予学位 12 个月后□解密后)由哈尔滨
工程大学送交有关部门进行保存、汇编等。
作者(签字): 导师(签字):
日期: 年月日年月日
基于 FPGA 的自适应频谱分析算法的软件设计
摘要
信号的频谱分析是现代信号处理的重要方面。在电子和通信系统中,信号的频谱
是十分重要的监测量。通过频谱分析方法,我们可以分析输入信号的频率成分、监测
系统的工作性能、分析系统的频域特性、测量电子元件的增益特性等等。
进入 21 世纪以后,电子和通信系统逐渐向着高精度、高处理速度、大存储容量、
智能化等高性能指标发展,这就要求频谱分析模块也要具备高精度、高集成度、高实
时性等性能。目前,FPGA 器件的性能飞速发展,资源越来越丰富、集成度越来越高,
且性能稳定,系统设计完成后修改方便,通用性和可调控性强,适于在高要求的电子
和通信系统中完成频谱分析任务。本文以 FPGA 为核心处理芯片,配合模拟采集板、
串口、PC 机等设备实现高性能的实时频谱分析系统。
本文采用 LMS 横向自适应滤波器对采样信号进行滤波、降噪,可以有效对确知
信号进行谱线增强,对非确知信号进行噪声抑制,提高输出信号的信噪比,最后再对
优化后的信号进行谱分析,采用这种设计方案实现的频谱分析算法可以得到比模拟频
谱分析方法更高的频率分辨率。
本文着重论述了算法在 QUARTUS 平台上的软件设计和程序在 FPGA 硬件平台上
的实现。第 4 章着重论述了各子模块的实现方法和仿真结果,验证了模块功能和总体
方案设计的可行性和正确性。第 5 章则给出了硬件实现的具体方案设计,整个频谱分
析系统在 Cyclone III 系列 EP3C16Q240C8N 的 FPGA 开发板