基于FPGA多路PGC解調技術研究及系統(tǒng)實現(xiàn).pdf

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

2、算速率，并能實現(xiàn)多路并行處理。采用PGC原理實現(xiàn)的解調系統(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)運算的精度以及所得解調結果的準確性。采用提高濾波器階數(shù)的方法，在提高濾波器的性能時會帶來龐大的計算，降低運算速率。而應用內插和屏蔽濾波技術，不僅可得到性能高的窄過渡帶低通濾波器，提高解調系統(tǒng)的運算速率，還節(jié)省了乘法器資源。
　　論文研究的主要內容及創(chuàng)新點如下：
　　首先，本文對光纖水聽器的應用發(fā)展進行闡述，并對其核

3、心解調系統(tǒng)的現(xiàn)狀進行分析。討論以FPGA為硬件核心，PGC解調算法為理論基礎的解調系統(tǒng)優(yōu)勢所在。提出利用FPGA流水線操作和并行處理技術完成4路PGC信號高精度采樣和實時相位解調的系統(tǒng)。
　　其次，對 PGC解調算法進行詳細分析和數(shù)學公式推導，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、運算速率以及資源消耗的關系，提出采用內插和屏蔽濾波技術來實現(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、提高運算效率，還降低FPGA乘法器資源消耗。
　　再次，確定解調系統(tǒng)的基本功能，對系統(tǒng)實現(xiàn)過程中的硬件設計和軟件設計進行逐步分析。設計硬件電路，合理選擇芯片，以 FPGA為核心搭建硬件電路。利用Matlab對PGC算法進行仿真，說明其正確性和可行性，并給出運算信號波形的變化。利用Verilog編程和FPGA自帶模塊建立所需功能模塊，確定各個功能模塊之間的聯(lián)系和時序。
　　最后，利用硬件平臺和SignaltapⅡ工具，對得到的