本文關(guān)鍵詞：基于FPGA的自適應濾波器設(shè)計，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：數(shù)字濾波器較模擬濾波器相比,具有信噪比高,過渡帶性能好,高可靠性及可擴展性,設(shè)計靈活方便的優(yōu)勢,應用范圍越來越廣。隨著專用數(shù)字信號處理芯片的發(fā)展,數(shù)字濾波器的可實現(xiàn)性能以及處理速度得到了極大的提升,FPGA(現(xiàn)場可編程門陣列)作為一種新型數(shù)字信號處理芯片,具有數(shù)字信號處理速度快、數(shù)據(jù)并行處理并且利用硬件編程語言直接進行硬件設(shè)計等特點,自適應濾波器的FPGA設(shè)計以及優(yōu)化方法,是目前的一個研究熱點。本文對自適應濾波器進行Matlab仿真,以對其結(jié)構(gòu)特性以及運算特點進行了解,利用Matlab生成測試信號與FPGA仿真軟件Modelsim進行聯(lián)合設(shè)計以及行為仿真,采用Altera公司的Cyclone IV系列芯片EP4CE15F17C8為載體的開發(fā)板進行設(shè)計仿真,在設(shè)計過程中,充分利用FPGA可以并行處理以及快速的數(shù)字信號處理的特點進行針對性的結(jié)構(gòu)設(shè)計。在此基礎(chǔ)上做了以下工作。在充分了解濾波器,自適應橫向濾波器,自適應陷波濾波器以及FFT變換原理的基礎(chǔ)上,選擇并搭建了設(shè)計平臺,在目前自適應橫向濾波器的FPGA設(shè)計的研究基礎(chǔ)上,采用模塊化的設(shè)計方法,單獨設(shè)計可重復調(diào)用的串行FIR濾波模塊以及串行LMS權(quán)值更新模塊,對兩種模塊的設(shè)計以及綜合分別進行了設(shè)計以及仿真實驗,通過并行調(diào)用兩種不同模塊,每種調(diào)用四個的方式設(shè)計一個16階的濾波器為例來闡述模塊化設(shè)計方法,并設(shè)計32階64階分別與全串行以及全并行設(shè)計方式的處理速率以及邏輯資源調(diào)用進行比較,結(jié)果說明運算速率與并行調(diào)用模塊數(shù)量成正比,遠快于全串行結(jié)構(gòu)的設(shè)計方式,并且對于64階全并行系統(tǒng)來說,極大的減少了硬件資源的消耗,提高了設(shè)計靈活性。在此設(shè)計的基礎(chǔ)上,針對傳統(tǒng)自適應陷波濾波器的濾波頻率固定不變的缺陷,提出了一種頻域變換法檢測噪聲特征頻率,并可以根據(jù)特征噪聲頻率實時改變陷波頻率的濾波器設(shè)計方法,為了減小設(shè)計復雜性,研究了符號LMS自適應陷波器算法,通過Matlab仿真實驗選取符號的特征變量。并對噪聲信號提取算法進行了介紹和設(shè)計仿真,最終設(shè)計出根據(jù)噪聲頻率自動調(diào)節(jié)陷波中心頻率的自適應陷波濾波器,并對濾波器性能進行了Modelsim仿真研究,自適應陷波器具有能有效的濾除對應頻率的單頻噪聲信號,并且根據(jù)噪聲的頻率特性自動調(diào)節(jié)濾波頻率的特點。針對兩種自適應濾波器的FPGA設(shè)計,體現(xiàn)了FPGA在自適應濾波器設(shè)計時靈活性以及針對性,兩種不同類型的自適應濾波器,可以分別適用于普通數(shù)字濾波器無法有效發(fā)揮作用的場合,同時本文的設(shè)計方法對其它類型數(shù)字信號處理系統(tǒng)的FPGA實現(xiàn)具有一定參考價值。
【關(guān)鍵詞】：現(xiàn)場可編程門陣列 自適應橫向濾波器 模塊化設(shè)計 自適應陷波器
【學位授予單位】：太原理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TN713.7
【目錄】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-9
• 第一章 緒論9-17
• 1.1 研究目的與意義9-11
• 1.1.1 數(shù)字濾波器簡介9-10
• 1.1.2 基于FPGA的自適應濾波器研究意義10-11
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀11-14
• 1.2.1 自適應濾波器研究現(xiàn)狀11-13
• 1.2.2 自適應濾波器的FPGA實現(xiàn)研究現(xiàn)狀13-14
• 1.3 課題的主要研究內(nèi)容14-15
• 1.3.1 課題的主要工作14-15
• 1.3.2 課題的研究實現(xiàn)方案15
• 1.4 本章小結(jié)15-17
• 第二章 自適應陷波濾波器的原理以及實驗平臺17-35
• 2.1 自適應濾波器理論介紹17-28
• 2.1.1 IIR與FIR濾波器簡介17-21
• 2.1.2 LMS算法原理21-23
• 2.1.3 自適應陷波器的原理23-25
• 2.1.4 FFT變換的原理25-28
• 2.2 設(shè)計平臺介紹28-32
• 2.2.1 自適應濾波器的設(shè)計平臺28-30
• 2.2.2 自適應陷波濾波器接口30-32
• 2.3 本章小結(jié)32-35
• 第三章 自適應橫向濾波器的FPGA實現(xiàn)35-49
• 3.1 自適應濾波器的Matlab仿真研究35-41
• 3.1.1 自適應濾波器的功能仿真研究35-36
• 3.1.2 自適應濾波器的濾波收斂性能研究方法36-38
• 3.1.3 自適應濾波器的收斂性能研究38-41
• 3.2 自適應濾波器的FPGA模塊化設(shè)計41-48
• 3.2.1 自適應濾波器FPGA模塊化設(shè)計原理41-42
• 3.2.2 FIR串行模塊的設(shè)計42-43
• 3.2.3 LMS串行模塊的設(shè)計43-44
• 3.2.4 自適應濾波器多級處理結(jié)構(gòu)整體設(shè)計44-47
• 3.2.5 結(jié)構(gòu)特性分析47-48
• 3.3 本章小結(jié)48-49
• 第四章 自適應陷波濾波器的FPGA設(shè)計49-75
• 4.1 符號LMS算法的梯度特征值選擇及系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計49-54
• 4.1.1 符號LMS算法的梯度特征值選擇49-52
• 4.1.2 FIR自適應陷波濾波器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計52-54
• 4.2 噪聲信號分析以及參考信號頻率值提取54-62
• 4.2.1 FFT變換的功能54
• 4.2.2 FFT變換的參數(shù)介紹54-56
• 4.2.3 FFT IP核的調(diào)試以及功能測試56-58
• 4.2.4 特征噪聲頻率提取算法58-62
• 4.3 自適應陷波模塊的設(shè)計62-68
• 4.3.1 自適應陷波器的Matlab仿真62-63
• 4.3.2 自適應陷波器FPGA設(shè)計時的數(shù)據(jù)截取方法63-64
• 4.3.3 自適應陷波器模塊的FPGA設(shè)計64-68
• 4.3.4 自適應陷波器的整體設(shè)計68
• 4.4 采用頻域變換法自適應陷波器濾除工頻噪聲68-73
• 4.4.1 提高系統(tǒng)實時性的方法69-70
• 4.4.2 模擬與實驗驗證70-73
• 4.5 本章小結(jié)73-75
• 第五章 總結(jié)與展望75-77
• 參考文獻77-83
• 致謝83-85
• 攻讀學位期間發(fā)表的學術(shù)論文目錄85

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本文編號：256056