基于FPGA多路PGC解調(diào)技術(shù)研究及系統(tǒng)實(shí)現(xiàn).pdf

1、光纖水聽器是一種抗干擾能力強(qiáng)，靈敏度高，動態(tài)范圍大的新型水聲探測傳感系統(tǒng)。對國防建設(shè)和科學(xué)研究都有著重大意義。采用相位生成載波(PGC)方法實(shí)現(xiàn)的光纖水聽器解調(diào)系統(tǒng)憑借其優(yōu)越的性能，越來越受到研究者的重視。該解調(diào)系統(tǒng)可廣泛應(yīng)用于潛艇監(jiān)測、地質(zhì)勘查、光纖位移等振動傳感中實(shí)現(xiàn)高精度解調(diào)。傳統(tǒng)的解調(diào)系統(tǒng)由 DSP實(shí)現(xiàn)，其浮點(diǎn)運(yùn)算可以使解調(diào)數(shù)據(jù)較精確，但較慢的DSP運(yùn)算成為了解調(diào)系統(tǒng)發(fā)展的瓶頸。利用FPGA實(shí)現(xiàn)的解調(diào)系統(tǒng)，可以大大提高采樣率和運(yùn)

2、算速率，并能實(shí)現(xiàn)多路并行處理。采用PGC原理實(shí)現(xiàn)的解調(diào)系統(tǒng)，需要窄過渡帶低通濾波器，該濾波器的性能直接決定了后續(xù)運(yùn)算的精度以及所得解調(diào)結(jié)果的準(zhǔn)確性。采用提高濾波器階數(shù)的方法，在提高濾波器的性能時(shí)會帶來龐大的計(jì)算，降低運(yùn)算速率。而應(yīng)用內(nèi)插和屏蔽濾波技術(shù)，不僅可得到性能高的窄過渡帶低通濾波器，提高解調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)算速率，還節(jié)省了乘法器資源。
　　論文研究的主要內(nèi)容及創(chuàng)新點(diǎn)如下：
　　首先，本文對光纖水聽器的應(yīng)用發(fā)展進(jìn)行闡述，并對其核

3、心解調(diào)系統(tǒng)的現(xiàn)狀進(jìn)行分析。討論以FPGA為硬件核心，PGC解調(diào)算法為理論基礎(chǔ)的解調(diào)系統(tǒng)優(yōu)勢所在。提出利用FPGA流水線操作和并行處理技術(shù)完成4路PGC信號高精度采樣和實(shí)時(shí)相位解調(diào)的系統(tǒng)。
　　其次，對 PGC解調(diào)算法進(jìn)行詳細(xì)分析和數(shù)學(xué)公式推導(dǎo)，確定算法中數(shù)據(jù)的處理流程。通過分析算法中起重要作用的低通濾波器，說明濾波器的性能、運(yùn)算速率以及資源消耗的關(guān)系，提出采用內(nèi)插和屏蔽濾波技術(shù)來實(shí)現(xiàn)高性能的窄過渡帶低通濾波器，相比傳統(tǒng)的濾波器不僅

4、提高運(yùn)算效率，還降低FPGA乘法器資源消耗。
　　再次，確定解調(diào)系統(tǒng)的基本功能，對系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)過程中的硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)進(jìn)行逐步分析。設(shè)計(jì)硬件電路，合理選擇芯片，以 FPGA為核心搭建硬件電路。利用Matlab對PGC算法進(jìn)行仿真，說明其正確性和可行性，并給出運(yùn)算信號波形的變化。利用Verilog編程和FPGA自帶模塊建立所需功能模塊，確定各個(gè)功能模塊之間的聯(lián)系和時(shí)序。
　　最后，利用硬件平臺和SignaltapⅡ工具，對得到的