本文關鍵詞：基于FPGA的自適應濾波器設計，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計等特點,自適應濾波器的FPGA設計以及優(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,以對其結構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)板進行設計仿真,在設計過程中,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構設計。在此基礎上做了以下工作。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變換原理的基礎上,選擇并搭建了設計平臺,在目前自適應橫向濾波器的FPGA設計的研究基礎上,采用模塊化的設計方法,單獨設計可重復調用的串行FIR濾波模塊以及串行LMS權值更新模塊,對兩種模塊的設計以及綜合分別進行了設計以及仿真實驗,通過并行調用兩種不同模塊,每種調用四個的方式設計一個16階的濾波器為例來闡述模塊化設計方法,并設計32階64階分別與全串行以及全并行設計方式的處理速率以及邏輯資源調用進行比較,結果說明運算速率與并行調用模塊數(shù)量成正比,遠快于全串行結構的設計方式,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,提高了設計靈活性。在此設計的基礎上,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計方法,為了減小設計復雜性,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計仿真,最終設計出根據(jù)噪聲頻率自動調節(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節(jié)濾波頻率的特點。針對兩種自適應濾波器的FPGA設計,體現(xiàn)了FPGA在自適應濾波器設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。
【關鍵詞】：現(xiàn)場可編程門陣列 自適應橫向濾波器 模塊化設計 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 設計平臺介紹28-32
• 2.2.1 自適應濾波器的設計平臺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模塊化設計41-48
• 3.2.1 自適應濾波器FPGA模塊化設計原理41-42
• 3.2.2 FIR串行模塊的設計42-43
• 3.2.3 LMS串行模塊的設計43-44
• 3.2.4 自適應濾波器多級處理結構整體設計44-47
• 3.2.5 結構特性分析47-48
• 3.3 本章小結48-49
• 第四章 自適應陷波濾波器的FPGA設計49-75
• 4.1 符號LMS算法的梯度特征值選擇及系統(tǒng)結構設計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)結構設計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設計64-68
• 4.3.4 自適應陷波器的整體設計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73-75
• 第五章 總結與展望75-77
• 參考文獻77-83
• 致謝83-85
• 攻讀學位期間發(fā)表的學術論文目錄85

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本文編號：256056