适于FPGA实现的相关干涉仪测向算法研究

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基于FPGA的相关干涉仪算法的研究与实现

该方案在宽带测向中较原有实现方式的优势。为了使算法更适于ＦＧ实现，出了一种新的相位样ＰＡ提
本选取方法，仿真验证了该方法与传统方法的等效性。并
关键词：测向；ＰＡ；关干涉仪；关系数ＦＧ相相
Ａｂｔａｔｓｒｃ：ＡｉｃｉｎｆｎｉｇｌｏｉｍｙＰｉｇｖｎｍｅｈｄｔｅｌｅｏｒｌｔｉｔｒｏｔｒｄｒｔｄｎａｇｒｈｂＦＧＡｓｉｅ．Ｔｅｔｃｕｅａｄｃｍ・ｚｏｅｅｏｉｔｈｓｕｔｒｎｏｒｐｓｔｎｏｉｃｉｎｆｄｎｙｔｍｓｉｅ，ｍｅｎｉｔｅｄｖｓｏｆＦＧＡｏｉｏｆｄｒｔｎｉｇｓｓｅｉｉｅｏｉｇｖｎａｗｈｌｈｉｉｉｎｏＰｍｏｕｅｎｅｉｎｌｗｒｎｒｄｃｄｎｄｔｉｅｄｌｓａｄｄｓｇｆａｅｉｔｕｅｉｅａｌｉｏｏ．Ｆ — ｎｌ，ａｃｒｉｇｔｐａｔａａｐｉａｉｎａｄｓｇｃｅｓｉｅａｌｙｃｏｄｎｏｒｃｉｌｐｌｔｅｉｎｓｈｍｅｉｃｃｏｇｖｎ．Ａｄｈａｖｎａｅｏｈｓｄｓｎｎｂｏｄａｄｄｒｃｉｎｆｄｎｎｔｅｄａｔｇｆｔｉｅｉｉｒａｂｎｉｔｎｉｇｇｅｏｉｉｒｕｈｆｒｒｓｏｇｔｏｗａｄ．ＩｏｄｒｔｍａｅｈａｇｒｔｍｂｎｒｅｏｋｔｅｌｏｉｍｏｅｕｔｂｅｏＧＡｍｐｅｎａｉｎ，ａｎｗｍｅｈｄｆｓｌｃｉｇｔｅｐａｅｈｒｓｉｌｆｒＦＰｉｌｍｅｔｔａｏｅｔｏｏｅｅｔｈｈｓｎｓｍｐｅｉｒｐｓｄａｄｉｌｔｎｖｒｅｈｔｔｉｅｕｌｔｒｄｔｎｌｍｅｈｄａｌｓｐｏｏｅｎｓｍｕａｉｅｉｓｔａｓｑａｏｔｉｏａｔｏ．ｏｉｆｉａｉ

一种相关干涉仪测向算法的快速实现

T
,i ∈
(3)
对该频率未知信号测向时，先按照采集样本的规则采集未知信号，得到其相位差
ˆ = [ϕ1 , ϕ2 , , ϕ M ] ϕ
T
(4)
将该相位差与样本库中的样本进行相关运算处理得到相关系数
ρi =
式中： ( ⋅) 表示共轭转置， ⋅ 表示 2-范数。
H
ˆ ϕ iHϕ ˆ ϕi ⋅ ϕ
(5)
ρi 的最大值的索引 i 对应的是测得的角度。
从式(5)中可以看到，如果样本库中的相位差和测量的相位差都已进行了归一化处理，那么单次相关运算就是两个 M 维矢量的内积运算，单个信号测向需要进行 N 次相关运算。当需要进行测向的信号较多的时候，运算量会变得很大，因此，有必要对单个信号测向的运算量进行优化。
ϕ11 ϕ12 ϕ1N ϕ ϕ22 ϕ2 N 21 = Φ = ϕ M 1 ϕ M 2 ϕ MN
[ϕ1 , ϕ 2 , , ϕ N ]
(1)
DOI: 10.12677/hjwc.2018.81002合为
=
式中：表示整数集。
{i |1 ≤ i ≤ N , i ∈ }
(2)
每一个角度索引 i 对应一个方位和仰角的组合，如果以 1˚步进方位和 1˚步进仰角建立样本库，则
N = 360 × 90 = 32400 。样本库中在角度索引 i 的样本相位差为
ϕi =
式中： ( ⋅) 表示转置。
T
[ϕ1i , ϕ2i , , ϕMi ]
ˆ ′ 与中所有角度的样本进行相关运算，并进行峰值搜索，得到测向结果； 6) 将 ϕ
7) 重复步骤 3)，继续进行测向。
3.3. 方法仿真

基于FPGA的白光干涉仪数据采集系统的设计

ＤＥＮＧｉＷＡＮＧｎｏＧＡＯｕｘｏｇＺＨＥＮＧｈｔｏＺｈＹｕｂＪｎｉｎＳｉａ
（ｅａｔｎｆｌｃｒｎｃＳｉｃＤｐｒｍｅｔｏｅｔｏｉｃｅｅ＆ＴｅｈｏｏｙＥｎｃｎｌｇ。ＨｕｚｏｇＵｎｖｒｉｆｃｎｅ＆ＴｅｈｏｏｙａｈｎｉｅｓｙｏｉｃｔＳｅｃｎｌｇ。Ｗｕａ４０７）ｈｎ３０４
一
次数据，ＣＣＤ开始光积分过程，进行信号的存储与转移，并
把数据送到ＡＤ输人口，同时开始下一次扫描；Ｄ收到数据Ａ后进行滤波、转换，并把数据送到ＦＯ中的ＦＦ同时开ＰＡＩＯ，始下一次处理；ＩＯ在相应条件下按照写时钟把数据依次ＦＦ存储好，照读时钟把原来存储的数据发送给以太网芯片；按以太网芯片把这些数据封装成ＵＤＰ包，通过以太网总线传输给上位ＰＣ机；最后，上位机在收到有效数据时，对数据进行分析与处理，完成一次数据的采集。
ＧＡ设计。
１８３
邓
志等：基于ＦＧＡ的白光干涉仪数据采集系统的设计Ｐ
第４卷Ｏ
号，ＰＡ内部的信号包括ＦＦＦＧＩＯ控制信号，ＡＤ采样传人的数据信号，输出给以太网芯片的数据信号。系统的工作过程
位：ＰＡ对ＣＤ、ＦＧＣＡＤ、以太网进行正确的驱动后，果来了如
ＴＣ５１线阵ＣＤ作为图像传感器。ＴＣ５１内部自带Ｄ１０ＣＤ１０
采样和保持电路，具有灵敏度高，电流低等特点，暗主要是应用于传真、图像扫描、ＲＯｐｉｌｈｒｃｅｅｏｎｔｎＯＣ（ｔａＣａａｔｒＲｃｇｉｏｃｉ光学字符识别）等方向。ＴＤ１０Ｃ５１有效像元数为５０，００每个像元大小为７ｍ×７ｍＸ７ｍ，／￣光敏区域长３５ｍ，．ｃ工作在５Ｖ脉冲驱动和１Ｖ电源供电的情况下。２ＴＤ５１的驱动时序是一组关系复杂但有带有周期Ｃ１０

基于 FPGA 的逐次逼近算法实现激光干涉信号细分

基于 FPGA 的逐次逼近算法实现激光干涉信号细分黄晓清;高思田;缪琦;卢荣胜【摘要】In order to achieve the goal of the laser interference measurement signal being in high speed and high precision subdivision,the division of tangent subdivision algorithm is improved. The successive approximation algorithm instead of using shift subtraction algorithm is used more in the past. Experiments prove that successive approximation algorithm is faster than shift subtractionm,resource usage is less. successive approximation algorithm is more suitable for FPGA based on high speed and high precision requirements.%为了实现激光干涉测量中信号的高速度、高精度细分，对正切细分算法中的除法运算进行了改进，采用逐次逼近算法替代使用较多的移位相减算法。

实验证明逐次逼近算法比移位相减算法运算速度更快、资源占用较少。

更适合 FPGA 信号细分高速度、高精度要求。

【期刊名称】《计量学报》【年(卷),期】2014(000)004【总页数】4页(P311-314)【关键词】计量学;细分;激光干涉;逐次逼近;移位相减;FPGA【作者】黄晓清;高思田;缪琦;卢荣胜【作者单位】合肥工业大学仪器科学与光电工程学院，安徽合肥 230009;中国计量科学研究院，北京 100013;合肥工业大学仪器科学与光电工程学院，安徽合肥230009;合肥工业大学仪器科学与光电工程学院，安徽合肥 230009【正文语种】中文【中图分类】TB92高精度几何尺寸测量仪器常基于激光干涉原理［1，2］。

基于cordic算法的干涉仪测向的fpga实现方法

关键词：干涉仪测向；CORDIC 算法；反正弦运算；FPGA
通过截获无线电信号，进而确定辐射源所在方向的过程，称为无线电测向，简称测向。对辐射源测向的基本原理是利用测向天线系统对不同方向到达电磁波所具有的振幅或相位响应来确定辐射源的来波方向。相位法测向系统由位于不同位置的多个天线单元组成，天线单元间的距离使它们所收到的信号由于波程差而产生相位差。通过比较不同天线单元收到的来自同一辐射源的信号的相位差，可以确定辐射源的到达角 [1-2]。由于相位差对波程差变化很灵敏，因此相位法测向系统的测向精度相对较高且无需机械转动天线。相位干涉仪是一种常见的相位测向系统。
1514 − 1517. [6]Yingying Cui, Jie Huang, Lingjuan Wu, Xiaoxin Cui and
Dunshan Yu, "An optimized design for a decimation filter and implementation for Sigma-Delta ADC," 2009 IEEE International Conference of Electron Devices and Solid-State Circuits (EDSSC), Xi'an, 2009, pp. 338-341. [7] 梁向明 .Sigma-Delta A/D 转换器抽取滤波器设计 [D]. 复旦大学 ,2011. [8] 辛挺战 .Sigma-Delta ADC 中数字滤波器的研究与设计 [D]. 西安电子科技大学 ,2018.
作者简介郭书宏（1996-），男，山西省原平市人。硕士研究生。研究方向为数字集成电路设计。刘云涛（1980-），男，黑龙江省哈尔滨市人。博士，副教授。研究方向为集成电路设计。杨璐（1995-），女，黑龙江省哈尔滨市人。硕士研究生。研究方向为模拟集成电路设计。

一种干涉仪测向解模糊的方法

95电子技术Electronic Technology电子技术与软件工程Electronic Technology & Software Engineering示。

而家属或医护人员可通过远程终端（手机或电脑），使用键鼠或触屏点击的方式进行终端操作。

设备自带的高清摄像头组件，则可通过互联网，随时随地连接到脑电信息沟通系统，辅助视频互动。

4.5 视觉刺激模块视觉刺激模块采取SSVEP-BCI 脑电范式。

稳态视觉诱发电位作为BCI 系统常使用的一种信号范式，它是在人眼受到固定频率超过3.5Hz 的视觉刺激时，大脑皮质活动将被调动，导致类似于刺激的周期性节律活动。

SSVEP-BCI 通过固定频率的闪烁刺激诱发。

而诱发产生SSVEP 信号的视觉刺激源通常包括光刺激源、图形刺激源以及模式翻转刺激源。

依照具备多目标、多任务的非侵入BCI 模式的使用场景，本文系统采取常见的LCD 型刺激源硬件，更易于编程设计刺激形状和刺激颜色等条件。

但LCD 型刺激源产生的刺激频率受到LCD 屏幕刷新率的限制。

为了避免两种刺激频率难以区分，编程设计的刺激频率不应为倍数集合，并且设计的刺激频率也应该大于4Hz [5]。

此外，由于过多检测对象需要极高的识别精度，所以本文系统每层设计不多于五个刺激源图像。

比如，如图8所示，设置“帮助”、“沟通”和“娱乐”，分别以29.95Hz 、14.98Hz 和5.99Hz 的频率闪烁，界面右侧则是专注度指标尺和返回键。

5 结束语立足于解决语体失能患者与外界的沟通难题，本文设计与实现了一种基于TGAM 模块的脑电信息沟通系统。

该系统采用美国神念科技的TGAM 芯片，基于SSVEP-BCI 脑电范式，完成了从脑电信号采集，到脑电信号处理分析，以及脑电信号运用的一整套脑波控制的标准化流程，实现了将脑波“意念”转化为他人可直观解读的个人需求信息或意愿信息的目的。

语体失能病患能够通过该脑电信息沟通系统，与外界进行有效交流。

基于FPGA马赫_泽德干涉仪的光谱数据采集系统_李肖廷

第41卷第4期激光与红外V o.l41,N o.4 2011年4月 LA SER & I NFRA RED A pr i,l2011文章编号:1001 5078(2011)04 0466 04 光电技术与系统基于FPGA马赫-泽德干涉仪的光谱数据采集系统李肖廷,李仰军,王高(中北大学仪器科学与动态测试教育部重点实验室,山西太原030051)摘要:针对马赫-泽德(M-Z)干涉仪中干涉条纹采集和处理的要求,为了使其具有高速实时光谱数据处理能力,设计了一种通过FPGA硬件编程实现干涉条纹采集处理的方法。

系统由C MOS探测器采集马赫-泽德干涉仪获取的干涉图像,再将干涉图像中的灰度信息输入到FPGA芯片中,通过去噪、切趾、快速傅里叶变换、标定等求解入射激光的光谱特征。

系统通过切趾加窗等处理,采用基2的快速傅里叶变换及标准波长对比的方法进行标定。

在FPGA软件环境中仿真后,时序正确。

硬件调试采用中心波长为580n m,690nm,870n m三种激光器,由马赫-泽德干涉仪及FPGA组成的系统进行分析,实验结果与GS I8013N I R型近红外光纤光谱仪进行对比,误差小于1nm,满足设计要求。

关键词:马赫-泽德;光谱数据;FPGA;实时采集中图分类号:TN247 文献标识码:AFPGA real ti m e spectru m data ac quisition s yste m ofM ac h Ze hnder i nterfero m eterLI X iao ting,LI Y ang j u n,WANG G ao(Schoo l o f Infor m ati on and Communicati on Eng ineer i ng,T he N o rt h U niversity of Ch i na,T a i yuan030051,China)Ab stract:In o rder to m ake hi gh speed rea l ti m e spectru m data acqu isiti on and process i ng i n M ach Zehnder interfero m ete r,design and i m ple m en t of a hard wa re progra mm i ng i n FPGA is presented.T he syste m co ll ec ted i n terferom eterfri nges o fM ach Zehnder w ith t he C M OS de tector,and then put t he g ray i nfor m ation of i nterfe rence fri nges i nto the FPGA ch i p.T hrough t he no ise remova,l apodiza ti on,f ast Fourier transfor m,the i ncident laser is ca librated.T hrough apodization w indo w i ng and other treat ment,the syste m uses base 2fast Four i er transf o r m and the m ethod of standardwave l eng th compar i son to ge t spectru m data.In FPGA si m ulati on soft w are env ironment,t he ti m i ng proves t o be correct.H ard w are debugg i ng is carr i ed out w it h three lasers w i th respec ti ve l y central wave l eng t h o f580n m,690nm,870n m.T he syste m co m po ses of theM ach Z ehnder Interfero m ete r and t he FPGA.R esults o f our syste m are co m pared w it hthe results o f the GS I8013N I R fiber optic spec trom eter.T he e rror i s less t han 1n m,wh ich m eets t he design requirem ents.K ey w ords:M ach Z ehnder;spectra l data;FPGA;real ti m e acqu i s ition1 引言针对马赫-泽德干涉仪而言,通过空间位置变化产生的干涉条纹,同时由C MOS探测器采集光电信号,将干涉仪产生的干涉信息(灰度数据信号)送入FPGA处理系统中。

基于相关干涉仪的双通道测向系统的研究与实现

基于相关干涉仪的双通道测向系统的研究与实现基于相关干涉仪的双通道测向系统的研究与实现摘要：本文主要研究了基于相关干涉仪的双通道测向系统。

首先，介绍了测向系统的背景和意义，然后详细阐述了基于相关干涉仪测向系统的原理和设计方案，并且搭建了实验平台进行实验验证。

实验结果表明，该系统能够准确测向目标信号，并且具有较高的测向精度和抗干扰性能。

1. 引言测向技术是指通过接收和处理信号来确定信号源的方向、位置和距离的技术手段。

它在无线通信、雷达、声学、电子侦察等领域具有广泛的应用。

双通道测向系统可以通过同时接收两个通道的信号来提高测向精度，并且具有更好的抗干扰性能。

相关干涉仪是一种常用的测向系统，它主要利用信号之间的相干性进行测向分析，具有较高的测向精度和抗多路径干扰的能力。

因此，基于相关干涉仪的双通道测向系统成为了当前研究的热点之一。

2. 相关干涉仪原理相关干涉仪基于相关性分析原理，可以通过计算信号之间的相关系数来测量信号的相对时间延迟，从而确定信号源的方向和位置。

相关系数的计算公式为：r(t) = ∫S1(t)S2(t-tau)dt其中，r(t)为相关系数，S1(t)和S2(t)分别为两个接收通道的信号，tau为信号的时间延迟。

3. 双通道测向系统设计基于相关干涉仪的双通道测向系统由相位测量部分和方位角计算部分组成。

相位测量部分通过相关干涉仪进行信号相关性分析，并得到信号的相对时间延迟。

方位角计算部分利用测得的时间延迟和接收天线之间的几何关系来计算信号源的方位角。

4. 实验设计与结果分析本文搭建了基于相关干涉仪的双通道测向系统实验平台。

实验中，设置了信号源距离、角度等不同参数，通过改变信号源的位置来模拟实际情况下的测向场景。

实验结果显示，该系统可以准确测向信号源，且测向精度较高。

另外，在多径干扰情况下，系统也表现出良好的抗干扰性能。

5. 结论与展望本文基于相关干涉仪的双通道测向系统进行了研究与实现。

实验结果表明，该系统具有较高的测向精度和抗干扰性能。

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ｖｎｉｎｌｉｔｒｅｏｔｒｔｉｔｏｈｕｄｎｔｓｌｅｆｒｔｅｓｇａｈｓ．Ａｎｈｓａｇｒｈｅｔａｎｅｆｒｍｅｅ，ｈｓｍｅｈｄｓｏｌｏｏｖｉｌａｅｏｏｈｎｐｄｔｉｌｏｉｍ，ｗｈｃｒｇｅｔｇｔｅｍｉｉｍｔｉｈｂｎｓｇｔｎｈｎｍｕｉｉ
ｍｉｉｍｉｔｎｅｍｅｈｄｗｈｃｓｅｙｓｉｂｅｆｒＦＧＡｎｍｕｄｓｃｔｏ，ａｉｈｉｖｒｕｔｌｏＰａｉｌｍｅｔｔｎｉｔｄｃｄＭｉｍｕｄｓａｃｉｅｅｔｒｍｏ — ｍｐｅｎａｉ，ｓｉｒｕｅ．ｏｎｏｎｉｍｉｔｎｅｉｄｆｒｎｏｃｎｓｆ
关键词：关干涉仪；测向；现场可编程门阵列；相关系数；最小间距相
中图法分类号：Ｎ１Ｔ９４
文献标识码：Ａ
文章编号：００７２（００２。３５０１０．０４２１）０４６．３
Ｒｅｅｒｈｎｎａｇｒｔｍｕｉａｌｏｍｐｌｍｅｔｔｏｆｃｒｅａｉｎｉｔｒｅｏｅｅｓａｃｉｇｏｌｏｉｈｓｔｂｅｆｒｉｅｎａｉｎｏｏｒｌｔｏｅｆｒｍｔｒｎ
（息工程大学信息工程学院，河南郑州４００）信５０２
摘要：关干涉仪测向算法的应用广泛，用ＦＧ相使ＰＡ能够解决其应用ＤＳＰ很难实现宽带信号的实时测向问题。绍一种适介
于ＦＧＰＡ实现的相关干涉仪测向算法—— 最小问距法。与使用相位差值进行相关处理的传统相关干涉仪不同，最小间距法不需要求解来向信号的相位差，并且该算法摒弃了传统算法中求解相关系数的设计思路，引入求取空间点最小距离的方法来获取信号来向，降低了算法复杂度，少了ＦＧ内部逻辑资源的使用。减ＰＡ
ｄｒｃｉｎｆｎｉｇｗｉＰｉｔｄｎｔＦＧＡｅｏｉｈ
ＨＡＮａｇＧｕｎ， Ⅵ ＮＧｎＣＨＥＮｉ — ａｇＢｉ，Ｊｎｙｎ
（ｓｔｔｏｆｒｔｎｎｉｅｒｇＩｆｒａｏｎｉｅｒｇｎｖｒｔＺｅｇｈｕ４００，ｈｎ）Ｉｔｕｅｆｎｏｍａｏｇｎｅｉ，ｎｏｔｎＥｇｎｅｉｉｓｙｈｎｚｏ５０２ＣｉａｎｉＩｉＥｎｍｉｎＵｅｉ，
Ｋｅｒｓｃｒｅａｉｎｉｔｒｅｏｅｅ；ｄｒｃｉｎｆｄｎ；ＦＧＡ；ｃｒｅａｉｎｃｅｃｅｔｍｉｉｍｉｔｃｙｗｏｄ：ｏｌｔｅｆｒｍｔｒｏｎｉｅｔｏｎｉｇｉＰｏｌｔ — ｏｆｉｎ；ｏｉｎｍｕｄｓａｅｎ
ｄｓｃｆｗｏｓａｉｌｏｎｂａｎｔｅｓｇａｉｅｔｎａａｄｎｅｔａｉｏａｅｓｆｏｒｌｔｎｃｅｃｅｔｌｏｉｍｒｏｖｎｉｔｅｏｐｔｉｔｏｏｔｉｉｌｒｃｉ，ｂｎａｔａｐｔｈｎｄｏｎｏｓｈｄｔｎｌｄａｒｅａｉ－ｏｆｉｎｇｒｔｒｉｉｏｃｏｉａｈｏｓｔｆｌｉｇｔｅｄｓｇ．Ｔｉｍｅｈｄｒｄｃｓｈｏｈｅｉｎｈｓｔｏｕｅｅｃｍｐｅｉｆｈｌｏｉ，ａｄｃｔｄｗｎｔｅｉｔｒａｇｃｏＦＧＡｅｏｒｅｕｉｚｔｏ．ｅｔｌｘｔｏｔｅａｇｒｈｙｔｍｎｕｓｏｅｌｏｉｆＰｈｎｎｌｒｓｕｃｔｌａｉｎｉ
Ａｂｔａｔｓｒｃ：Ｃｏｒｌｔｏｔｒｅｏｔｒｌｏｔｍｄｌｓｄｉｉｅｔｎｆｄｎｅｄｕｅｅｉａｐｏｌｍａｉｃｌｔｃｉｖｒｅａｉｎｉｅｆｒｍｅｅｇｒｈｉｗｉｅｙｕｅｄｒｃｉｎｉｇｆｌ，ｂｔｈｒｒｂｅｔｔｔｓｆｕｔｏａｈｅｅｎａｉｓｎｏｉｉｔｓｈｉｉｄｉｒａ —ｉａｕｅｎｓｏｒａｂｎｉｎｌｔＰａｄｕｉｇＦＧＡａ／ｓｌｅｔｉｒｂｅｅｌｔｍｅｍｅｓｒｍｅｔｆｏｄａｄｓｇａｓｗｉＤＳ，ｎｓｎＰｂｈｃｒｏｖｈｓｏｌｍ．Ｔｅｅｏｅａｎｗｌｏｉｍａｌｄｐｈｒｆｒ，ｅａｇｒｔｃｌｈｅ
计算机工程与设计ＣｍｕｒｎｉｅｎｄｅｉｏｐｔｇｅｒｇｎｓｎｅＥｎｉａＤｇ
２ｔ，２）０００３１（
４６３５
・嵌入式系统工程・
适于ＦＧＰＡ实现的相关干涉仪测向算法研究
韩广，王斌，陈晋央